Последовательный интерфейс: описание, типы и применение в компьютерных системах

Что такое последовательный интерфейс. Какие бывают виды последовательных интерфейсов. Как используются последовательные интерфейсы в современных компьютерах и устройствах. Каковы преимущества и недостатки последовательной передачи данных.

Что такое последовательный интерфейс и как он работает

Последовательный интерфейс — это способ передачи данных между устройствами, при котором биты информации передаются последовательно друг за другом по одной сигнальной линии. В отличие от параллельного интерфейса, где несколько бит передаются одновременно по нескольким линиям, последовательный интерфейс использует только один провод для передачи данных в каждом направлении.

Как работает последовательная передача данных? Информация разбивается на отдельные биты, которые отправляются по очереди. Принимающее устройство собирает биты обратно в байты и восстанавливает исходное сообщение. Для синхронизации передачи используются старт-биты и стоп-биты, обозначающие начало и конец передачи каждого символа.

Основные характеристики последовательных интерфейсов:

• Скорость передачи данных (бит/с)
• Количество бит данных (обычно 5-8)
• Наличие бита четности для контроля ошибок
• Количество стоп-бит (1, 1.5 или 2)
• Способ синхронизации (асинхронный/синхронный)

Виды последовательных интерфейсов

Существует несколько стандартов последовательных интерфейсов, различающихся по электрическим характеристикам, скорости передачи и другим параметрам:

RS-232

RS-232 (EIA-232) — один из старейших и наиболее распространенных стандартов. Особенности RS-232:

• Несимметричная передача сигналов
• Скорость до 115200 бит/с
• Расстояние до 15 м
• Используется в COM-портах компьютеров

RS-422

RS-422 (EIA-422) обеспечивает более высокую скорость и дальность передачи:

• Симметричная передача сигналов
• Скорость до 10 Мбит/с
• Расстояние до 1200 м
• Поддержка многоточечного подключения

RS-485

RS-485 (EIA-485) — улучшенная версия RS-422:

• Симметричная передача сигналов
• Скорость до 35 Мбит/с
• Расстояние до 1200 м
• До 32 устройств на одной линии
• Полудуплексный режим работы

Применение последовательных интерфейсов в компьютерных системах

Несмотря на появление более современных интерфейсов, последовательные порты до сих пор широко применяются в различных областях:

Подключение периферийных устройств

Многие периферийные устройства используют последовательный интерфейс для связи с компьютером:

• Модемы
• Мыши и клавиатуры
• Принтеры и сканеры
• GPS-приемники

Промышленная автоматизация

В промышленных системах управления последовательные интерфейсы применяются для:

• Связи контроллеров с датчиками и исполнительными механизмами
• Объединения устройств в сети
• Передачи данных на большие расстояния

Встраиваемые системы

Во встраиваемых системах последовательные интерфейсы используются для:

• Отладки и программирования микроконтроллеров
• Обмена данными между компонентами системы
• Подключения внешних устройств

Преимущества и недостатки последовательных интерфейсов

Какие плюсы и минусы имеют последовательные интерфейсы по сравнению с параллельными? Рассмотрим основные преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Простота реализации и низкая стоимость
• Меньшее количество проводов
• Большая дальность передачи данных
• Высокая помехоустойчивость на больших расстояниях
• Возможность работы в полудуплексном режиме

Недостатки:

• Меньшая скорость передачи данных
• Необходимость преобразования данных из параллельной формы в последовательную
• Сложность синхронизации при высоких скоростях

Современные высокоскоростные последовательные интерфейсы

С развитием технологий появились новые высокоскоростные последовательные интерфейсы, сочетающие преимущества последовательной и параллельной передачи данных:

USB (Universal Serial Bus)

USB стал стандартом де-факто для подключения периферийных устройств к компьютерам:

• Скорость до 20 Гбит/с (USB 3.2)
• Поддержка горячего подключения
• Возможность питания устройств
• Широкая совместимость

FireWire (IEEE 1394)

FireWire используется преимущественно для подключения видео- и аудиоустройств:

• Скорость до 3.2 Гбит/с (FireWire S3200)
• Изохронный режим передачи данных
• Поддержка цепочечного подключения устройств

Thunderbolt

Thunderbolt объединяет возможности PCI Express и DisplayPort:

• Скорость до 40 Гбит/с (Thunderbolt 3)
• Поддержка питания устройств до 100 Вт
• Возможность подключения внешних видеокарт

Программирование последовательных интерфейсов

Как осуществляется программное управление последовательными портами? Рассмотрим основные аспекты программирования последовательных интерфейсов:

Настройка параметров порта

Перед началом работы необходимо настроить параметры порта:

• Скорость передачи данных
• Количество бит данных
• Контроль четности
• Количество стоп-бит
• Управление потоком

Открытие и закрытие порта

Для работы с портом его нужно открыть, а после завершения — закрыть:

• В Windows используются функции CreateFile() и CloseHandle()
• В UNIX-системах — open() и close()

Чтение и запись данных

Обмен данными осуществляется с помощью функций чтения и записи:

• В Windows: ReadFile() и WriteFile()
• В UNIX: read() и write()

Обработка событий

Для эффективной работы с портом используется событийно-ориентированное программирование:

• Ожидание прихода данных
• Обработка ошибок передачи
• Контроль состояния линий порта

Заключение

Последовательные интерфейсы, несмотря на свой почтенный возраст, продолжают играть важную роль в современных компьютерных системах. Их простота, надежность и универсальность обеспечивают широкое применение в самых разных областях — от бытовой электроники до промышленной автоматизации.

Появление новых высокоскоростных последовательных интерфейсов, таких как USB, FireWire и Thunderbolt, позволило преодолеть основные недостатки традиционных последовательных портов, сохранив при этом их преимущества. Это обеспечило последовательным интерфейсам достойное место в арсенале современных технологий передачи данных.

Последовательный интерфейс | это… Что такое Последовательный интерфейс?

ТолкованиеПеревод

Последовательный интерфейс

9-контактный разъём COM-порта

После́довательный порт или COM-порт (произносится «ком-порт», от англ. COMmunication port) — двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена байтовой информацией.

Содержание 1 Название 2 Использование 3 Разъемы 4 Актуальность 5 Программный доступ к СОМ-порту 5.1 POSIX 5.2 Windows 6 См. также 7 Ссылки

Название

Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта).

Хотя некоторые другие интерфейсы компьютера — такие как FireWire и RS-232C, и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом.

Использование

Наиболее часто для последовательного порта персональных компьютеров используется стандарт сканера, модема или мыши. Сейчас он используется для соединения с источниками бесперебойного питания, для связи с аппаратными средствами разработки встраиваемых вычислительных систем.

С помощью COM-порта можно соединить два компьютера, используя так называемый «нуль-модемный кабель».

Разъемы

Принятое условное обозначение последовательного порта:

Варианты разъёма COM-порта типа DB-9F

Наиболее часто используются Д-образные разъёмы: 9-ти и 25-тиконтактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Раньше использовались также DB-31 и круглые восьмиконтактные DIN-8. Максимальная скорость передачи обычно составляет 115 200 бод.

Стандарт на него был разработан в 1969 году.

Актуальность

Морально устарел, но ещё нередко присутствует на современных компьютерах и используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании.

В настоящее время активно вытесняется интерфейсом

Программный доступ к СОМ-порту

операционной системе Unix (/dev и называются

• ttyS0, ttyS1, ttyS2 и т.д. в ttyb, ttyc и т.д. в Solaris
• ttyf1, ttyf2, ttyf3 и т.д. в tty2p0, tty3p0 и т.д. в tty02, tty03 и т.д. в Digital Unix

Для программнго доступа к СОМ-порту необходимо открыть на чтение/запись соответствующий файл и сделать вызовы специальных функций tcgetattr (для того, чтобы узнать текущие настройки) и tcsetattr (чтобы установить новые настройки). Также может потребоваться сделать вызовы ioctl с определенными параметрами. После этого при записи в файл данные будут отправляться через порт, а при чтении программа будет получать уже принятые данные из буфера СОМ-порта.

Windows

COM-порты в операционной системе Windows — это именованные каналы для передачи данных, называемые обычно COM1, COM2 и т. д. по порядку обнаружения драйверов соответствующих устройств. Например, для обмена информации через

См. также

• USB
• LPT
• Сигналы последовательных портов
• Последовательные и параллельные порты ввода-вывода

Ссылки

• Перевод руководства по программированию СОМ-порта в POSIX операционных системах
• Распайка разъёма COM 9 pin
• Распайка разъёма COM 25 pin
• Программирование порта на java — позволяет работать из Windows, в отличие от официальных пакетов от Sun.
• Программирование COM порта на C++ под Windows. Готовая библиотека, исходные тексты, примеры программ.

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужно решить контрольную?

• Последовательные эксперименты Лэйн (аниме)
• Последствия облучения эмбриона и плода

Полезное

Последовательные интерфейсы — Интерфейсы периферийных устройств (ИПУ) (Информатика и программирование)

5. 9 Последовательные интерфейсы

Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек. Количество бит данных может составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1,1.5,2 бита. Асинхронный в РС реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C.

Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры интерфейса V.35.

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.

Префикс «RS» -рекомендованный стандарт.

5.9.1 Интерфейс RS-232

Интерфейс RS-232C использует несимметричные приемники и передатчики, сигнал передается относительно общего провода (схемной земли). Интерфейс RS-232C не обеспечивает гальванической развязки устройств. В интерфейсе RS-232С оговариваются следующие электрические параметры.

Выходные сигналы:

— 0 задается диапазоном напряжения со стороны источника (+5 ¸ +15)В;

— неопределенное состояние – диапазон напряжения (+5 ¸ -5)В;

— 1 задается диапазоном напряжения (-5 ¸ -15)В.

Входные сигналы:

— 0 задается диапазоном напряжения со стороны приемника (+3 ¸ +25)В;

— неопределенное состояние – диапазон напряжения (+3 ¸ -3)В;

— 1 задается диапазоном напряжения (-3 ¸ -25)В.

Логической единице на входе приемника соответствует уровень напряжения -3 … -12 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называют «ON», а для линий последовательных данных — «MARK». Логическому «0» соответствует напряжение +3 … +12 В (называемое «OFF» или «SPACE», соответственно). Между уровнями +3 … -3 В существует зона нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Состояние на выходе приемника изменяется только при пересечении напряжением порога +3 или -3 В.

Разъем и кабель порта RS232.

Стандартный последовательный порт имеет 9- контактный разъем. На рисунке 5.5 приведены назначения контактов этих разъемов. 

                                                                   

                                                         

Рисунок 5.5 — Блочная часть 9-контактного штыревого разъема

В таблице 5.6 указано назначение контактов разъема последовательного интерфейса.

Таблица 5.6 — Назначение контактов разъемов последовательного порта

Внутреннее аппаратное устройство.

Компьютер, совместимый с IBM PC, может иметь до четырех последовательных портов. Они маркируются как COM1-COM4. Каждый COM-порт формируется отдельным UART 16450 (в нем имеется восемь восьмибитовых регистров), установленным внутри компьютера.

5.9.2 Интерфейсы RS-422A, RS-423A и RS-449

Более новыми стандартами, по сравнению с RS-232, позволяющими обеспечить высокоскоростную работу на больших расстояниях, являются стандарты EIA RS-422A, RS-423A и RS-449. Соответствующими рекомендациями ITU-T для этих стандартов являются V.10 и Х.26 — для RS-423, и V.11 и Х.27 — для RS-422, V.36 для RS-449.

Интерфейс RS-422A.

Стандарт RS-422A определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоростях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE—DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики.

Стандарт RS-422A был разработан совместно с RS-423A и позволяет размещать линии этих интерфейсов в одном кабеле. Он не совместим с RS-232, и взаимодействие между RS-422A и RS-232 может быть обеспечено только при помощи специального интерфейсного  конвертера.

Таблица  5.8 — Электрические и временные характеристики интерфейса RS-422

Интерфейс RS-423A.

Стандарт RS-423A определяет электрические характеристики несимметричного цифрового интерфейса. «Несимметричность» означает, что данный стандарт подобно RS-232 для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод. Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание электрических характеристик интерфейса. Стандарт RS-422A предусматривает максимальную скорость передачи 100 Кбит/с.

Таблица 5.9 — Соотношение скорости передачи и длины кабеля для стандартов

Интерфейс RS-449.

Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т.п. В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS-449 соответствует международный стандарт V. 36.

Стандарт RS-449 определяет 30 сигналов интерфейса. Большинство этих сигналов имеют эквивалентные в RS-232. Кроме того, добавлен ряд новых сигналов.

Десять сигналов RS-449 определены как линии 1-й категории. Эта группа сигналов включает в себя все основные сигналы данных и синхронизации, такие как «Передаваемые данные», «Принимаемые данные», «Синхронизация терминала». Скорость передачи сигналов 1 -и категории существенно зависит от длины кабеля. Для линий этой категории на скоростях до 20 Кбит/с могут использоваться стандарты RS-422A либо RS-423A; на скоростях выше 20 Кбит/с (до 2Мбит/с) — только RS-422A.

Оставшиеся 20 линий классифицируются как линии 2-й категории и используются стандартом RS-423A. Ко 2-й категории относятся такие управляющие линии, как «Качество сигнала», «Выбор скорости передачи» и др.

Стандарт RS-449 определяет тип разъема и, в отличие RS-232, распределение контактов разъема. Используемые разъемы имеют 37 контактов для прямого канала и 9 контактов для обратного канала.

Интерфейс RS-485.

Протокол связи RS-485 является наиболее широко используемым промышленным стандартом, использующим двунаправленную сбалансированную линию передачи. Протокол поддерживает многоточечные соединения, обеспечивая создание сетей с количеством узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м. Использование повторителей RS-485 позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 м или добавить еще 32 узла. Стандарт RS-485 поддерживает полудуплексную связь. Для передачи и приема данных достаточно одной скрученной пары проводников

Таблица 5.10 – Характеристики интерфейса RS-485

Характеристики интерфейсов RS-232C, RS-423A, RS-422A, RS-485A сведены в таблицу 5.12.

Таблица 5.12 — Характеристики интерфейсов

Определение последовательного интерфейса | ПКМаг

Канал данных, который передает цифровые данные последовательным образом: один бит за другим по одному проводу или волокну. Последовательные интерфейсы могут иметь несколько линий, но для данных используется только одна линия. Остальные линии используются для управления.

На более ранних ПК последовательный порт представлял собой последовательный интерфейс для подключения модемов и терминалов сбора данных, а иногда и мышей. См. последовательный порт.

Стандартные последовательные интерфейсы настольных компьютеров

USB широко используется для подключения множества периферийных устройств. Популярный в мире Apple FireWire (IEEE 1394) используется для передачи видео. Serial ATA (SATA) — популярный интерфейс жесткого диска. В отличие от параллельного интерфейса. См. USB, FireWire и SATA.

Реклама

Истории PCMag, которые вам понравятся

{X-html заменен}

Выбор редакции

ЭТО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНО ТОЛЬКО ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Любое другое воспроизведение требует разрешения.
Авторские права © 1981-2023. Компьютерный язык (открывается в новом окне) Co Inc. Все права защищены.

Информационные бюллетени PCMag

Информационные бюллетени PCMag

Наши лучшие истории в папке «Входящие»

Следите за новостями PCMag

• Фейсбук (Открывается в новом окне)
• Твиттер (Откроется в новом окне)
• Флипборд (Открывается в новом окне)
• Гугл (откроется в новом окне)
• Инстаграм (откроется в новом окне)
• Pinterest (Открывается в новом окне)

PCMag. com является ведущим авторитетом в области технологий, предоставляющим независимые лабораторные обзоры новейших продуктов и услуг. Наш экспертный отраслевой анализ и практические решения помогут вам принимать более обоснованные решения о покупке и получать больше от технологий.

Как мы тестируем Редакционные принципы

• (Открывается в новом окне) Логотип Зиффмедиа
• (Открывается в новом окне) Логотип Аскмен
• (Открывается в новом окне) Логотип Экстримтек
• (Открывается в новом окне) Логотип ИНГ
• (Открывается в новом окне) Логотип Mashable
• (Открывается в новом окне) Предлагает логотип
• (Открывается в новом окне) Логотип RetailMeNot
• (Открывается в новом окне) Логотип Speedtest
• (Открывается в новом окне) Логотип Спайсворкс

(Открывается в новом окне)

PCMag поддерживает Group Black и ее миссию по увеличению разнообразия голосов в СМИ и прав собственности на СМИ.

© 1996-2023 Ziff Davis, LLC., компания Ziff Davis. Все права защищены.

PCMag, PCMag.com и PC Magazine входят в число зарегистрированных на федеральном уровне товарных знаков Ziff Davis и не могут использоваться третьими лицами без явного разрешения. Отображение сторонних товарных знаков и торговых наименований на этом сайте не обязательно указывает на какую-либо принадлежность или поддержку PCMag. Если вы нажмете на партнерскую ссылку и купите продукт или услугу, этот продавец может заплатить нам комиссию.

• О Ziff Davis(Открывается в новом окне)
• Политика конфиденциальности(Открывается в новом окне)
• Условия использования(Открывается в новом окне)
• Реклама(Открывается в новом окне)
• Специальные возможности(Открывается в новом окне)
• Не продавать мою личную информацию (открывается в новом окне)

• (Открывается в новом окне) доверительный логотип
• (Открывается в новом окне)

Устаревшая станция последовательного интерфейса Unison AV

• Продукты
• Поддержка и обучение
• О ЕТЦ
• MyETC
• Рынки

Главная>Наследие>Архитектурные системы

Посмотреть все продукты ETC Распечатать

Особенности

• Функции
• Документация

Доступ к системной интеграции из нескольких мест! Станция Unison AV/Serial Interface предоставляет компьютеру или устройству любого другого типа, поддерживающему последовательную связь RS232, метод управления и взаимодействия с системой управления освещением Unison.