Nuvoton communications port что такое. COM-порт (последовательный порт). Оптимизация последовательных портов
Описание интерфейса RS-232, формат используемых разъемов и назначение выводов, обозначения сигналов, протокол обмена данными.
Общее описание
Интерфейс RS-232, совсем официально называемый "EIA/TIA-232-E", но более известный как интерфейс "COM-порта", ранее был одним из самых распространенных интерфейсов в компьютерной технике. Он до сих пор встречается в настольных компьютерах, несмотря на появление более скоростных и "интеллектуальных" интерфейсов, таких как USB и FireWare. К его достоинствам с точки зрения радиолюбителей можно отнести невысокую минимальную скорость и простоту реализации протокола в самодельном устройстве.
Физический интерфейс реализуется одним из двух типов разъемов: DB-9M или DB-25M, последний в выпускаемых в настоящее время компьютерах практически не встречается.
Назначение выводов 9-контактного разъема
|
9-контактная вилка типа DB-9M Нумерация контактов со стороны штырьков Направление сигналов указано относительно хоста (компьютера) |
|
Назначение выводов 25-контактного разъема
|
|
Из таблиц видно, что 25-контактный интерфейс отличается наличием полноценного второго канала приема-передачи (сигналы, обозначенные "#2"), а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере "широкого" разъема, дополнительные сигналы на нем просто не подключены.
Электрические характеристики
Логические уровни передатчика: "0" - от +5 до +15 Вольт, "1" - от -5 до -15 Вольт.
Логические уровни приемника: "0" - выше +3 Вольт, "1" - ниже -3 Вольт.
входное сопротивление приемника не менее 3 кОм.Данные характеристики определены стандартом как минимальные, гарантирующие совместимость устройств, однако реальные характеристики обычно существенно лучше, что позволяет, с одной стороны, питать маломощные устройства от порта (например, так спроектированы многочисленные самодельные data-кабели для сотовых телефонов), а с другой - подавать на вход порта инвертированный TTL-уровень вместо двуполярного сигнала.
Описание основных сигналов интерфейса
CD - Устройство устанавливает этот сигнал, когда обнаруживает несущую в принимаемом сигнале. Обычно этот сигнал используется модемами, которые таким образом сообщают хосту о обнаружении работающего модема на другом конце линии.
RXD - Линия приема хостом данных от устройства. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
TXD - Линия передачи хостом данных к устройству. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
DTR - Хост устанавливает этот сигнал, когда готов к обмену данными. Фактически сигнал устанавливается при открытии порта коммуникационной программой и остается в этом состоянии все время, пока порт открыт.
DSR - Устройство устанавливает этот сигнал, когда включено и готово к обмену данными с хостом. Этот и предыдущий (DTR) сигналы должны быть установлены для обмена данными.
RTS - Хост устанавливает этот сигнал перед тем, как начать передачу данных устройству, а также сигнализирует о готовности к приему данных от устройства. Используется при аппаратном управлении обменом данными.
CTS - Устройство устанавливает этот сигнал в ответ на установку хостом предыдущего (RTS), когда готово принять данные (например, когда предыдущие присланные хостом данные переданы модемом в линию или есть свободное место в промежуточном буфере).
RI - Устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.
Протокол обмена данными
В протоколе RS-232 существуют два метода управления обменом данных: аппаратный и программный, а также два режима передачи: синхронный и асинхронный. Протокол позволяет использовать любой из методов управления совместно с любым режимом передачи. Также допускается работа без управления потоком, что подразумевает постоянную готовность хоста и устройства к приему данных, когда связь установлена (сигналы DTR и DSR установлены).
Аппаратный метод управления реализуется с помощью сигналов RTS и CTS. Для передачи данных хост (компьютер) устанавливает сигнал RTS и ждет установки устройством сигнала CTS, после чего начинает передачу данных до тех пор, пока сигнал CTS установлен. Сигнал CTS проверяется хостом непосредственно перед началом передачи очередного байта, поэтому байт, который уже начал передаваться, будет передан полностью независимо от значения CTS. В полудуплексном режиме обмена данными (устройство и хост передают данные по очереди, в полнодуплексном режиме они могут делать это одновременно) снятие сигнала RTS хостом означает его переход в режим приема.
Программный метод управления заключается в передаче принимающей стороной специальных символов остановки (символ с кодом 0x13, называемый XOFF) и возобновления (символ с кодом 0x11, называемый XON) передачи. При получении данных символов передающая сторона должна соответственно остановить передачу или возобновить ее (при наличии данных, ожидающих передачи). Этот метод проще с точки зрения реализации аппаратуры, однако обеспечивает более медленную реакцию и соответственно требует заблаговременного извещения передатчика при уменьшении свободного места в приемном буфере до определенного предела.
Синхронный режим передачи подразумевает непрерывный обмен данными, когда биты следуют один за другим без дополнительных пауз с заданной скоростью. Этот режим COM-портом не поддерживается .
Асинхронный режим передачи состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов. Схема потока данных в асинхронном режиме представлена на рисунке.
Один из возможных алгоритмов работы приемника следующий:
- Ожидать уровня "0" сигнала приема (RXD в случае хоста, TXD в случае устройства).
- Отсчитать половину длительности бита и проверить, что уровень сигнала все еще "0"
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала записать в младший бит данных (бит 0)
- Повторить предыдущий пункт для всех остальных битов данных
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала использовать для проверки правильности приема с помощью контроля четности (см. далее)
- Отсчитать полную длительность бита и убедиться, что текущий уровень сигнала "1".
|
Вот мы и добрались до COM порта. Но с ним все не так просто как с LPT, и его полноценное использование потребует значительно больших усилий. Главной загвоздкой является и его главное преимущество - передача данных в последовательном виде. Если в LPT байт данных передается по 8-ми линиям по биту на каждую, и состояние каждой линии можно было легко посмотреть, то в COM порту байт данных передается бит за битом по одной линии (относительно земли, конечно) и посмотреть что там передается с помощью одних светодиодов не удастся. Для этого нужно специальное устройство - преобразователь потока последовательных данных в парраллельный, т.н. USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter). Например, он есть в составе материнской платы компьютера, снабженного COM портом, в любом более мение серьезном микроконтроллере. |
Надеюсь, вы еще пали духом в освоении COM порта. Все не так уж и мрачно. Некоторые результаты можно получить и без USART. Сформулируем задачу, которую реализуем на начальном этапе работы с COM портом:
"Хочу что бы к компьютеру через COM порт подключался светодиод. Запускаю программу. Далаю какое-то действие в этой программе, светодиод загорается, делаю другое - светодиод тухнет."
Задача довольно специфичная (с учетом того, что USART не используется) и является чистой "самопальщиной", но вполне реализуема и работоспособна. Давайте приступим к ее реализации.
1. COM порт
Опять берем системный блок вашего ПК и смотрим в тыловую часть. Примечаем там 9-ти штырьковй разъем - это и есть COM порт. Реально их может быть неколько (до 4-х). На моем ПК установлено два COM порта (см. фото).
2. Удлинитель COM порта
3. Аппаратная часть
С аппаратной частью нам тоже придется "повозиться", в том смысле что она будет сложнее чем с первым устройством для LPT порта. Дело в том что протокол RS-232 по которому идет обмен данными в COM порту, имеет несколько отличное соотношение логическое состояние - напряжение. Если обычно это логический 0 0 В, логическая 1 +5 В, то в RS-232 это соотношение следующее: логический 0 +12 В, логическая 1 -12 В.
И например, получив -12 В не сразу понятно что с этим напряжением делать. Обычно проводят преобразование уровней RS-232 в ТТЛ (0, 5 В). Самый простой вариант - стабилитроны. Но я предлагаю сделать этот преобразователь на специальной микросхеме. Называется она MAX232.
Теперь давайте посмотрим, а какие сигналы из COM порта мы можем посмотреть на светодиодах? В действительности, в COM порту есть аж 6 независимых линий, представляющих интерес для разработчика устройств сопряжения. Две из них пока для нас недоступны - линии по передаче последовательных данных. А вот оставшиеся 4 предназначены для управления и индикации процесса передачи данных и мы сможем "передалать" их под свои нужды. Две из них предназначены для управления со стороны внешнего устройства и мы их пока трогать не будем, а вот последние две оставшиеся линии мы сейчас и поиспользуем. Они называются:
- RTS - Запрос на передачу. Линия взаимодействия, которая показывает, что компьютер готов к приему данных.
- DTR - Компьютер готов. Линия взаимодействия, которая показывает, что компьютер включен и готов к связи.
Сейчас мы немного передалаем их назначение, и светодиоды, подключенные к ним будут либо тухнуть либо загораться, в зависимости от действий в нашей собственной программе.
Итак, давайте соберем схему, которая позволит нам проводить задуманные действия.
А вот ее практичекая реализация. Я думаю вы меня простите, что я сделал ее в таком стремном макетном варианте, ибо делать плату для такой "высоко продуктивной" схемы не хочется.
4. Программная часть
Тут все попроще. Давайте создадим Windows приложение в Microsoft Visual C++ 6.0 на основе MFC для управления двумя линиями взаимодействия COM порта. Для этого создаем новый проект MFC и указываем ему имя, например, TestCOM . Далее выбираем вариант построения на основе диалога.
Придайте внешний вид окну диалога нашей программы, как на рис. ниже, а именно добавьте четыре кнопки, по две на каждую из линий. Одна из них соответственно необходима для того чтобы "погасить" линию, другая чтобы ее "установить" в еденицу.
Class CTestCOMDlg: public CDialog { // Construction public: CTestCOMDlg(CWnd* pParent = NULL); // standard constructor HANDLE hFile;
Чтобы наша программа могла упрявлять линиями COM порта, его надо сначала открыть. Напишем код, ответственный за открытие порта при загрузке программы.
HFile = CreateFile("COM2", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0,NULL); if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE) { MessageBox("Не удалось открыть порт!", "Ошибка", MB_ICONERROR); } else { MessageBox("Порт успешно открыт", "Ok", MB_OK); }
С помощью стандарной функции Win API CreateFile() открываем COM-порт COM2 . Далее проверяем успешность открытия с выводом информационного сообщения. Вот тут надо сделать важное замечание: COM2 - это в моем компьютере, а на Вашем компьютере Вы могли подключить его к другому COM порту. Соответственно, его имя нужно изменить на то, кокай порт Вы используете. Посмотреть, какие номера портов присутствуют на Вашем компьютере, можно так: Пуск -> Настройка -> Панель управления -> Система -> Оборудование -> Диспетчер устройств -> Порты (COM и LPT) .
В итоге, функция CTestCOMDlg::OnInitDialog() , расположенная в файле TestCOMDlg.cpp , класса нашего диалога должна принять вид:
BOOL CTestCOMDlg::OnInitDialog() { CDialog::OnInitDialog(); // Add "About..." menu item to system menu. // IDM_ABOUTBOX must be in the system command range. ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX); ASSERT(IDM_ABOUTBOX AppendMenu(MF_SEPARATOR); pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu); } } // Set the icon for this dialog. The framework does this automatically // when the application"s main window is not a dialog SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon // TODO: Add extra initialization here hFile = CreateFile("COM2", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0,NULL); if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE) { MessageBox("Не удалось открыть порт!", "Оштбка", MB_ICONERROR); } else { MessageBox("Порт успешно открыт", "Ok", MB_OK); } return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control }
Теперь добавим обработчики кнопок управления линиями. Я дал им соответствующие имена: функция, которая устанавливает еденицу на линии DTR - OnDTR1(), 0 - OnDTR0(). Для линии RTS соответственно аналогичным образом. Напомню, что обработчик создается при двойном щелчке на кнопке. В итоге, эти четыре функции должны принять вид:
Void CTestCOMDlg::OnDTR1() { // TODO: Add your control notification handler code here EscapeCommFunction(hFile, 6); } void CTestCOMDlg::OnDTR0() { // TODO: Add your control notification handler code here EscapeCommFunction(hFile, 5); } void CTestCOMDlg::OnRTS1() { // TODO: Add your control notification handler code here EscapeCommFunction(hFile, 4); } void CTestCOMDlg::OnRTS0() { // TODO: Add your control notification handler code here EscapeCommFunction(hFile, 3); }
Поясню немного как они работают. Как видно, внитри себя они содержат вызов одной и той же Win API функции EscapeCommFunction() с двумя параметрами. Первый из них - это хэндл (HANDLE) на открытый порт, второй - специальный код действия, соответствующий необходимому состоянию линии.
Все, комилируем, запускаем. Если все хорошо, должны увидеть сообщение об успешном открытии порта. Далее, нажатием соответствующих кнопок мигаем светодиодами, подключенными к COM порту.
© Иванов Дмитрий
Декабрь 2006
THR
-
промежуточный регистр данных передатчика
(только для записи)
Данные, записанные в регистр, будут пересланы в выходной сдвигающий
регистр (когда он будет свободен), из которого поступят на выход при
наличии разрешающего сигнала CTS
. Бит 0 передается (и принимается)
первым. При длине посылки менее 8 бит старшие биты
игнорируются.
RBR
- буферный регистр принимаемых данных
(только для чтения) Данные,
принятые входным сдвигающим регистром помещаются в регистр RBR
,
откуда они могут быть считаны процессором. Если к моменту окончания приема
очередного символа предыдущий не был считан из регистра, фиксируется
ошибка переполнения. При длине посылки менее 8 бит старшие биты в регистре
имеют нулевое
значение.
DLL
-
регистр младшего байта делителя
частоты
.
DLM
- регистр старшего байта делителя частоты
. Делитель определяется по
формуле D=115200/V, где V - скорость передачи, бит/с. Входная частота
синхронизации 1 8432 МГц делится на заданный коэффициент, после чего
получается 16-кратная частота передачи
данных.
IЕR
-
регистр разрешения прерываний
. Единичное значение бита разрешает
прерывание от соответствующего
источника.
Назначение
бит регистра
IER
:
*
биты =0 - не
используются;
*
бит 3 - Mod_IЕ
- по изменению состояния модема (любой из линий
CTS, DSR, RI,
DCD
);
*
бит 2 - RxL_IЕ
- по обрыву/ошибке
линии;
*
бит 1 - TxD_IE
- по завершении
передачи;
*
бит 0 - RxD_IЕ
- по приему символа (в режиме FIFO - прерывание по
тайм-ауту).
IIR
- регистр идентификации прерываний и признака режима FIFO
(только
для чтения). Для упрощения программного анализа UART выстраивает
внутренние запросы прерывания по четырехуровневой системе приоритетов.
Порядок приоритетов (по убыванию): состояние линии, прием символа,
освобождение регистра передатчика, состояние модема. При возникновении
условий прерывания UART указывает на источник с высшим приоритетом до тех
пор, пока он не будет сброшен соответствующей операцией. Только после
этого будет выставлен запрос с указанием следующего источника. Ниже
описано назначение бит регистра
IIR
.
*
Биты - признак режима
FIFO:
11-режим FIFO
16550A;
10 - режим FIFO
16550;
00 -
обычный.
*
Биты - не
используются.
*
Бит 3 - прерывание по тайм-ауту приема в режиме FIFO (в буфере есть
символы для
считывания).
*
Биты - причина прерывания с наивысшим приоритетом (в обычном, не
FIFO-режиме):
11 - ошибка/обрыв линии, сброс выполняется чтением регистра состояния
линии;
10 - принят символ, сброс выполняется чтением
данных;
01 - передан символ (регистр THR
пуст), сброс выполняется записью
данных;
00 - изменение состояния модема; сброс выполняется чтением регистра
состояния
модема.
*
Бит 0 - признак необслуженного запроса прерывания (1 - нет запроса, 0 -
есть запрос).
В режиме
FIFO причину прерывания идентифицируют биты
.
*
О11 - ошибка/обрыв линии. Сброс выполняется чтением регистра состояния
линии.
*
010 - принят символ. Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника
*
110 - индикатор тайм-аута (за 4-кратный интервал времени символа не
передано и не принято ни одного символа, хотя в буфере имеется, по крайней
мере, один). Сброс выполняется чтением регистра данных
приемника.
*
001 - регистр THR
пуст. Сброс выполняется записью
данных.
*
000 - изменение состояния модема (CIS, DSR, RI
или DCD
).
Сброс выполняется чтением регистра
MSR
.
FCR
- регистр управления FIFO
(только для записи). Ниже описано
назначение бит регистра
FCR
:
*
Биты - ITL
(Interrupt Trigger Level) - уровень заполнения
FIFO-буфера, при котором вырабатывается
прерывание:
00 - 1 байт (по
умолчанию);
01 - 4
байта;
10 - 8
байт;
11 - 14
байт.
*
Биты
зарезервированы.
*
Бит 3 - разрешение операций
DMA.
*
Бит 2 - RESETTF
(Reset Transmitter FIFO) - сброс счетчика
FIFO-передатчика (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 1 - RESETRF
(Reset Receiver FIFO) - сброс счетчика
FIFO-приемника (записью единицы; сдвигающий регистр не
сбрасывается).
*
Бит 0 - TRFIFOE
(Transmit And Receive FIFO Enable) - разрешение
(единицей) режима FIFO для передатчика и приемника. При смене режима
FIFO-буферы автоматически
очищаются.
LCR
-
регистр управления линией
(настройки параметров канала). Ниже
описано назначение бит регистра
LCR
.
*
Бит 7 - DLAB
(Divisor Latch Access Bit) - управление доступом к
делителю
частоты.
*
Бит 6 - BRCON
(Break Control) - формирование обрыва линии (посылка
нулей) при
BRCON=1.
*
Бит 5 - STICPAR
(Sticky Parity) - принудительное формирование бита
паритета:
0 - контрольный бит генерируется в соответствии с паритетом выводимого
символа;
1 - постоянное значение контрольного бита: при EVENPAR
=1 - нулевое,
при EVENPAR
=0 -
единичное.
*
Бит 4 - EVENPAR
(Even Parity Select) - выбор типа контроля: 0 -
нечетность, 1 -
четность.
*
Бит 3 - PAREN
(Parity Enable) - разрешение контрольного
бита:
1 - контрольный бит (паритет или постоянный)
разрешен;
0 - контрольный бит
запрещен.
*
Бит 2 - STOPB
(Stop Bits) - количество
стоп-бит:
0 - 1
стоп-бит;
1 - 2 стоп-бита (для 5-битного кода стоп-бит будет иметь длину 1,5
бит).
*
Биты - SERIALDB
(Serial Data Bits) - количество бит
данных:
00 - 5
бит;
01-6
бит;
10 - 7
бит;
11 - 8 бит.
MCR
- регистр управления модемом
. Ниже описано назначение бит регистра
MCR
.
*
Биты =0 -
зарезервированы.
*
Бит 4 - LME
(Loopback Mode Enable) - разрешение режима
диагностики:
0 - нормальный
режим;
1 - режим диагностики (см.
ниже).
*
Бит 3 - IE
(Interrupt Enable) - разрешение прерываний с помощью
внешнего выхода OUT2
MSR.7
:
0 - прерывания
запрещены;
1 - прерывания
разрешены.
*
Бит 2 - OUT1C
(OUT1 Bit Control) - управление выходным сигналом 1
(не используется); в режиме диагностики поступает на вход
MSR.6
.
*
Бит 1 - RTSC
(Request To Send Control) - управление выходом
RTS
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.4
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
*
Бит 0 - DTRC
(Data Terminal Ready Control) - управление выходом
DTR
; в режиме диагностики поступает на вход
MSR.5
:
0 - активен
(-V);
1 - пассивен
(+V).
LSR
-
регистр состояния линии
(точнее, состояния приемопередатчика). Ниже
описано назначение бит регистра
LSR.
*
Бит 7 - FIFOE
(FIFO Error Status) - ошибка принятых данных в режиме
FIFO (буфер содержит хотя бы один символ, принятый с ошибкой формата,
паритета или обрывом). В не FIFO-режиме всегда
0.
*
Бит 6 - TEMPT
(Transmitter Empty Status) - регистр передатчика пуст
(нет данных для передачи ни в сдвиговом регистре, ни в буферных регистрах
THR
или
FIFO).
*
Бит 5 - THRE
(Transmitter Holding Register Empty) - регистр
передатчика готов принять байт для передачи. В режиме FIFO указывает на
отсутствие символов в FIFO-буфере передачи. Может являться источником
прерывания.
*
Бит 4 - BD
(Break Detected) - индикатор обрыва линии (вход
приемника находится в состоянии 0 не менее, чем время посылки
символа).
*
Бит 3 - FE
(Framing Error) - ошибка кадра (неверный
стоп-бит).
*
Бит 2 - РЕ
(Parity Error) - ошибка контрольного бита (паритета или
фиксированного).
*
Бит 1 - ОЕ
(Overrun Error) - переполнение (потеря символа). Если
прием очередного символа начинается до того, как предыдущий выгружен из
сдвигающего регистра в буферный регистр или в регистр FIFO, прежний символ
в сдвигающем регистре
теряется.
*
Бит 0 - DR
(Receiver Data Ready) - принятые данные готовы (в DHR
или FIFO-буфере). Сброс - чтением
приемника.
Индикаторы
ошибок - биты - сбрасываются после чтения регистра LSR
. В
режиме FIFO признаки ошибок хранятся в FIFO-буфере вместе с каждым
символом. В регистре они устанавливаются (и вызывают прерывание) в тот
момент, когда символ, принятый с ошибкой, находится на вершине FIFO
(первый в очереди на считывание). В случае обрыва линии в FIFO заносится
только один «обрывной» символ, и UART ждет восстановления и последующего
старт-бита. MSR
- регистр состояния модема. Ниже описано назначение
бит регистра
MSR
:
*
Бит 7 - DCD
(Data Carrier Detect) - состояние линии
DCD
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 6 - RI
(Ring Indicator) - состояние линии
RI
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 5 - DSR
(Data Set Ready) - состояние линии
DSR
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 4 - CTS
(Clear To Send) - состояние линии
CTS
:
0 - активна
(-V);
1 - пассивна
(+V).
*
Бит 3 - DDCD
(Delta Data Carrier Detect) - изменение состояния
DCD
.
*
Бит 2 - TERI
(Trailing Edge Of Ring Indicator) - спад огибающей
RI
(окончание
звонка).
*
Бит 1 - DDSR
(Delta Data Set Ready) - изменение состояния
DSR
.
*
Бит 0 - DCTS
(Delta Clear To Send) - изменение состояния
CTS
.
Признаки
изменения (биты ) сбрасываются по чтению
регистра.
SRC
-
рабочий регистр
(8 бит), на работу UART не влияет, предназначен для
временного хранения данных (в 8250
отсутствует).
В
диагностическом режиме
(при LМЕ=1
) внутри UART организуется
внутренняя
«заглушка»:
*
выход передатчика переводится в состояние логической
единицы;
*
вход приемника отключается;
*
выходы управления модемом переводятся в пассивное состояние (логический
ноль).
Переданные
данные в последовательном виде немедленно принимаются, что позволяет
проверять внутренний канал данных порта (включая сдвигающие регистры) и
отработку прерываний, а также определять скорость работы
UART.
Ой, а что это за штучка? Зачем она нужна? Ничего, если я пальцем потрогаю? Что? Лучше не надо? Хорошо, не буду. Но мне страсть как интересно: разъём в компьютере есть, а никто ничего к нему почему-то не подключает. Как он вообще называется? Порт? Ух ты! Класс! А что это такое?..
Этот порт также называется серийным (Serial port ), хотя сокращение «COM» на самом деле означает «коммуникационный» - Communication port (изначально предназначен для двустороннего движения данных - настоящей коммуникации). А ещё чаще его именуют последовательным , поскольку передаёт биты строго один за другим.
Кроме последовательного, в компьютерах есть и параллельный порт, предназначенный, в основном, для подключения принтеров. Его нередко так и называют: принтерный. Там передача данных номинально односторонняя (хотя лишь номинально).
Вполне возможно, COM-порт есть и в вашем компьютере. Это, скорее всего, слегка продолговатое гнездо с девятью контактами в два ряда, пять и четыре штуки в каждом, а также с резьбой для болтиков на концах. К нему полагается кабель с разъёмом, соответственно, с девятью гнёздами, расположенными в такой же конфигурации.
Разъём вставляется в гнездо с контактами и прикручивается вышеуказанными болтиками, чтобы не выпасть. Таким образом можно, к примеру, соединить напрямую два компьютера с помощью нуль-модемного кабеля. Что и делалось раньше, в эпоху первых ПК.
Нынче таким образом подключают спутниковые ресиверы, приборы различных систем безопасности, комплексы управления производственным процессом и прочие заумные устройства.
Вероятно, такой порт есть и в вашем ноутбуке (конечно, если оный имеется у вас в хозяйстве). Он служит, например, для синхронизации с настольным компьютером. Правда, на практике в наши дни такое соединение используется не так уж часто - никто не хочет морочить себе голову с кабелями, ведь можно использовать другие технологии, более современные и эффективные.
Нынче для коммуникации с разными устройствами всё чаще используют USB-порт (он тоже, кстати, фактически последовательный). Мобильные модемы, принтеры, адаптеры Wi-Fi - всё большее количество приборов подключается именно через USB.
Кроме того, при наличии таких технологий как Ethernet и FireWire (для Apple), соединять компьютеры проводами через COM-порты не так уж целесообразно. Ну а если вспомнить о Bluetooth (что переводится как «синий зуб»), то и вовсе можно отправлять последовательный порт в музей.
Впрочем, операционная система Windows по-прежнему называет свои каналы передачи информации не иначе как COM1, COM2 и так далее.
Почему? Потому что драйверы, к примеру, для того же Bluetooth, могут представляться системе именно как COM-порты. Мол, а вот и мы, прошу любить и жаловать, извольте назначить нам каналы для обмена данными. Ну и что, что мы как бы не совсем настоящие? Всё равно придётся нас обслуживать.
В Unix (и её разновидностях вроде Linux) тоже есть некоторые особенности по поводу отношения к подключаемым устройствам. Поскольку Unix считает всё вокруг файлами (даже оборудование!), то и держит свои последовательные порты в виде оных с именами вроде ttyS0, ttyS1, ttyS2 (если это Linux) или ttyu0, ttyu1, ttyu2 (в FreeBSD).
Если вы являетесь простым пользователем и вам не доводится работать со специфическими приборами, спутниковыми ресиверами и прочими хитрыми устройствами, то совершенно незачем бежать в компьютерные магазины и искать кабель для COM-порта.
Данные из одного компьютера в другой можно перекачать множеством других способов, в том числе и вообще без каких либо проводов. В крайнем случае, перенести на флэшке, если локальная сеть по какой-либо причине не функционирует.
Коротко говоря, хотя такая штука как COM-порт продолжает существовать с точки зрения операционной системы и даже используется в качестве канала связи виртуально, на практике большинству пользователей можно о нём забыть с совершенно спокойной совестью.
Правда, любознательность - это всегда похвально. Так что спрашивайте, интересуйтесь, изучайте. Но руками без разрешения лучше не трогайте.
Предыдущие публикации:
Иногда приходится решать задачу связи электронного устройства с компьютером, будь то просто обмен данными или удалённое управление. Эта статья описывает, как это можно реализовать, используя последовательный порт. Главным его преимуществом является то, что стандартный программный интерфейс Windows (API) позволяет производить непосредственное управление выходными линиями, давая прямой контроль над ними, и имеет функцию ожидания некоторого события, связанного с COM-портом. Также стандарт RS-232, по которому выполнены COM-порты, допускает подключение и отключение кабелей во время работы устройств (hot plug).
Описание
COM-порт (последовательный порт) – двунаправленный интерфейс, передающий данные в последовательном виде (бит за битом) по протоколу RS-232. Это довольно-таки распространённый протокол, применяемый для связи одного устройства (например, компьютера) с другими посредством проводов длиной до 30м. Уровни логических сигналов здесь отличаются от стандартных: уровень логической единицы – от +5 до +15В, уровень логического нуля – от -5 до -15В, что требует дополнительных преобразований схемы, но обеспечивает хорошую помехоустойчивость.
Рассмотрим 9-пинововый разъём (DB-9M). Ниже представлена его распиновка:
| № вывода | Наименование | Характер сигнала | Сигнал |
| 1 | DCD | Входной | Data carrier detect |
| 2 | RxD | Выходной | Transmit data |
| 3 | TxD | Входной | Receive data |
| 4 | DTR | Выходной | Data terminal ready |
| 5 | GND | - | Ground |
| 6 | DSR | Входной | Data set ready |
| 7 | RTS | Выходной | Request to send |
| 8 | CTS | Входной | Clear to send |
| 9 | RI | Входной | Ring indicator |
Больше всего нас будут интересовать пины 2 (передача данных),3 (приём данных) и 5 (земля). Это минимальный набор для возможности двухстороннего общения приборов.
Подробно останавливаться на описании протокола не буду. Для этого есть ГОСТ’ы и т.п. Поэтому мы пойдём дальше и поговорим о том, как же управлять этим зверем.
Применение
Как уже говорилось, уровни ЛС RS-232 отличаются от стандартных уровней ТТЛ. Следовательно, нам необходимо как-то преобразовывать величины напряжений. Т.е. сделать 5В из +15В и 0В из -15В (и наоборот). Один из способов (и, наверное, самый простой) – использование специальной микросхемы MAX232. Она проста в понимании и одновременно может преобразовывать два логических сигнала.
Ниже приведена схема её включения:
Думаю, трудностей быть не должно. Это один из вариантов использования этой микросхемы: передача данных с микроконтроллера на ЭВМ и наоборот. Передаваемый сигнал поступает на ножки Tx IN с одной стороны и на Rx IN с другой. Входные сигналы снимаются с Tx OUT и Rx OUT соответственно.
Программирование
Для начала поговорим о программировании портов на низком уровне. Так будет более правильно. Я очень много нервов потратил, разбираясь с этим интерфейсом, пока не начал вникать в принцип его работы на более низком уровне, нежели простая передача символов. Если будет понятно это, значит и с языками высокого уровня проблем не будет.
Ниже представлены адреса COM-портов, с которыми нам придётся работать:
| Название порта | Адрес | IRQ |
| COM 1 | 3F8h | 4 |
| COM 2 | 2F8h | 3 |
| COM 3 | 3E8h | 4 |
| COM 4 | 2E8h | 3 |
Они могут различаться. Установить значения можно в настройках BIOS’а. Это базовые адреса. От них же и будут зависеть адреса регистров, отвечающие за работу портов:
| Адрес | DLAB | Чтение/Запись | Аббревиатура | Название регистра |
| + 0 | =0 | Write | – | Transmitter Holding Buffer |
| =0 | Read | – | Receiver Buffer | |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch Low Byte | |
| + 1 | =0 | Read/Write | IER | Interrupt Enable Register |
| =1 | Read/Write | – | Divisor Latch High Byte | |
| + 2 | - | Read | IIR | Interrupt Identification Register |
| - | Write | FCR | FIFO Control Register | |
| + 3 | - | Read/Write | LCR | Line Control Register |
| + 4 | - | Read/Write | MCR | Modem Control Register |
| + 5 | - | Read | LSR | Line Status Register |
| + 6 | - | Read | MSR | Modem Status Register |
| + 7 | - | Read/Write | – | Scratch Register |
Первая колонка – адрес регистра относительно базового. Например, для COM1: адрес регистра LCR будет 3F8h+3=3FB. Вторая колонка – DLAB (Divisor Latch Access Bit) бит, определяющий разное назначение для одного и того же регистра.. Т.е. он позволяет оперировать 12-ю регистрами, используя всего 8 адресов. Например, если DLAB=1, то, обращаясь по адресу 3F8h, мы будем устанавливать значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. Если же DLAB=0, то, обращаясь по тому же адресу, в этот регистр будет записан передаваемый или принятый байт.
“Нулевой” регистр
Ему соответствуют регистры приёма/передачи данных и установки коэффициента делителя частоты генератора. Как уже было сказано выше, если DLAB=0, то регистр используется для записи принимаемых/передаваемых данных, если же он равен 1, то устанавливается значение младшего байта делителя частоты тактового генератора. От значения этой частоты зависит скорость передачи данных. Старший байт делителя записывается в следующую ячейку памяти (т.е. для порта COM1 это будет 3F9h). Ниже приведена зависимость скорости передачи данных от коэффициента делителя:
Interrupt Enable Register (IER)
Если DLAB=0, то он используется как регистр управления прерываниями от асинхронного адаптера, если DLAB=1, то в нём задаётся старший байт делителя частоты тактового генератора.
Interrupt Identification Register (IIR)
Прерывание – это событие, при котором останавливается выполнение основной программы и начинается выполнение процедуры прерываний. Этот регистр определяет тип произошедшего прерывания.
Line Control Register (LCR)
Это управляющий регистр.
| Бит 7 | 1 | Divisor Latch Access Bit – задание скорости обмена данными | ||
| 0 | Обычнй режим (управление прерываниями, приём/передача данных) | |||
| Бит 6 | Имитировать обрыв линии (посылает последовательность из нескольких нулей) | |||
| Биты 3 – 5 | Бит 5 | Бит 4 | Бит 3 | Выбор чётности |
| X | X | 0 | No Parity | |
| 0 | 0 | 1 | Odd Parity | |
| 0 | 1 | 1 | Even Parity | |
| 1 | 0 | 1 | High Parity (Sticky) | |
| 1 | 1 | 1 | Low Parity (Sticky) | |
| Бит 2 | Кол-во стоп-битов | |||
| 0 | 1 стоп-бит | |||
| 1 | 2 стоп-бита при 6,7 или 8 бит данных или 1.5 стоп-бита при 5 битах данных. | |||
| Биты 0 And 1 | Бит 1 | Бит 0 | Число битов данных | |
| 0 | 0 | 5 бит | ||
| 0 | 1 | 6 бит | ||
| 1 | 0 | 7 бит | ||
| 1 | 1 | 8 бит | ||
Проверка чётности подразумевает под собой передачу ещё одного бита – бита чётности. Его значение устанавливается таким образом, чтобы в пакете битов общее количество единиц (или нулей) было четно или нечетно, в зависимости от установки регистров порта. Этот бит служит для обнаружения ошибок, которые могут возникнуть при передаче данных из-за помех на линии. Приемное устройство заново вычисляет четность данных и сравнивает результат с принятым битом четности. Если четность не совпала, то считается, что данные переданы с ошибкой.
Стоп-бит означает окончание передачи данных.
Modem Control Register (MCR)
Регистр управления модемом.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Линия DTR |
| 1 | Линия RTS. |
| 2 | Линия OUT1 (запасная) |
| 3 | Линия OUT2 (запасная) |
| 4 | Запуск диагностики при входе асинхронного адаптера, замкнутом на его выход. |
| 5-7 | Равны 0 |
Line Status Register (LSR)
Регистр, определяющий состояние линии.
| Бит | Значение |
|---|---|
| 0 | Данные получены и готовы для чтения, автоматически сбрасывается при чтении данных. |
| 1 | Ошибка переполнения. Был принят новый байт данных, а предыдущий ещё не был считан программой. Предыдущий байт потерен. |
| 2 | Ошибка чётности, сбрасывается после чтения состояния линии. |
| 3 | Ошибка синхронизации. |
| 4 | Обнаружен запрос на прерывание передачи "BREAK" – длинная строка нулей. |
| 5 | Регистр хранения передатчика пуст, в него можно записать новый байт для передачи. |
| 6 | Регистр сдвига передатчика пуст. Этот регистр получает данные из регистра хранения и преобразует их в последовательный вид для передачи. |
| 7 | Тайм-аут (устройство не связано с компьютером). |
Modem Status Register (MSR)
Регистр состояния модема.
Ну вот и всё. Оперируя этими регистрами, можно напрямую общаться с COM-портом, управлять передачей и приёмом данных. Если вам не хочется возиться с памятью, можно воспользоваться уже готовыми компонентами для различных сред программирования: C++, VB, Delphi, Pascal и т.д. Они интуитивно понятны, поэтому, думаю, здесь не стоит заострять на них внимание.
