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RS422, RS485, RS232, USB, TTY... |
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Begriffe und
Erläuterungen zu PC-Schnittstellen
RS-422:
Dieser serielle Hochgeschwindigkeits-Standard
dient zur Kommunikation zwischen max. 10 (nicht 32!) Teilnehmer und ist
Bus-förmig ausgerichtet. Es können bis zu vier Differential-Datenleitungen
(Spannungshysterese > 200mV) verwendet werden, die jeweils paarig (+/-)
ausgelegt sind (also max. 8 Kupferdrähte). Es werden immer zwei Sendeleitungen
und zwei Empfangsleitungen, die jeweils im Gegentakt angesteuert werden,
benötigt. Auf diesen Leitungen wird eine logische '1' durch eine 5V-Spannung
auf der oberen Leitung (TX+ bzw. RX+) und 0V auf der unteren Leitung (TX-
bzw. RX-) dargestellt, eine log. '0' umgekehrt. Danke moderner, symmetrischer
Leitungstreiber und kapazitäts- bzw. dämpfungsarmen, paarig verseiltem
(twisted pair)-Kabel, konnte die Entfernung zwischen zwei Endgeräten
wesendlich erhöht werden: Die maximale Datenübertragungsrate
beträgt 1 MBit/s, üblich sind jedoch Baudraten von 19,6...115
kBd. Eine Terminierung des Kabels ist bei RS422-Verbindungen nur bei hohen
Baudraten >200 kBd und großen Kabellängen erforderlich (bsp.
120-OHM Widerstände in Parallelschaltung). Niederohmige Endwiderstände
beugen somit zur Reflektionsunterdrückung bei und reduzieren erheblich
den Störpegel. Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung
existiert nicht. Die asymmetrische RS423 ist als Nachfolger der RS232-Schnittstelle
gedacht, die mit den gleichen Geschwindigkeits- bzw. Entfernungswerten
wie die RS422 aufwartet. Es gilt besonders darauf zu achten, daß
bei der Verbindung zu anderen Geräten, immer das in der Dokumentation
aufgeführte Pin-out ausschlaggebend ist.
RS-422 zu RS-422 Verbindung
Die RS-422 Verkabelung verwendet
in der Regel differentielle Signale statt der GND-bezogenen RS-232 Pegel.
Als Konsequenz wird die jeweils einzelne Leitung für Transmit (Receive)
durch zwei Leitungen ersetzt. Diese werden mit A (oder minus) bzw. B (oder
plus) bezeichnet. Für den Wert (0 oder 1) ist nur entscheidend, welche
der beiden Leitungen die höhere Spannung führt. Im Ruhezustand
führt B eine positive Spannung gegenüber A. Ein Verbindungskabel
für RS-232 verbindet den Transmit-Ausgang des einen Gerätes mit
dem Receive-Eingang des jeweils anderen Gerätes. Bei RS-422 müssen
dazu je zwei Leitungen gezogen werden. Der Anschluß Transmit A gehört
an Receive A, Transmit B gehört an Receive B. Entsprechendes gilt
für die Gegenrichtung. Die gemeinsame Masse muß ebenfalls verbunden
werden. Diese Verkabelung entspricht der klassischen drei Draht Verbindung
für RS-232. Die meisten externen Konverter von RS-422 <-> RS-232
bieten aus Platzgründen keine weiteren Anschlüsse. In diesem
Fall kann dann nur XON/XOFF genutzt werden. Wenn Hardware-Handshakes (RTS/CTS)
auf beiden Seiten zur Verfügung stehen, dann müssen noch jeweils
vier Verbindungen gezogen werden: Jeweils zwei zwischen RTS A/B und CTS
A/B. Die Datenübertragung von RS422-Geräten zeichnet sich durch
eine Punkt-zu-Punkt Verbindung aus, wobei kein RX/TX-Enable-Signal die
Datenrichtung wie bei RS485 umschaltet.
RS-485:
Die Leitungen dieser Industrie-Bus-Schnittstelle
werden wie bei RS-422 im Gegentakt betrieben; es werden jedoch i.d.R. nur
zwei Leitungen benötigt, die halbduplex angesteuert werden. Der Vorteil
der 2-Draht-Technik liegt hautpsächlich in der Multimaster-Fähigkeit:
Jeder Teilnehmer kann prinzipiell mit jedem anderen Teilnehmer Daten austauschen.
Physikalisch unterscheiden sich beide Schnittstellen nur geringfügig.
Ein RS485-Bus kann sowohl als 2-Draht- als auch als 4-Draht-System aufgebaut
werden (mit Handshake, oder ohne). Außerdem ermöglicht RS-485
mit Hilfe eines Protokolls, Anschluß mehrerer Sender und Empfänger
(bis zu 32 Teilnehmer). Die ISO-Norm 8482 sieht eine maximale Kabellänge
von 500 Metern vor. Danke moderner, symmetrischer Leitungstreiber und kapazitäts-
bzw. dämpfungsarmen, paarig verseiltem (twisted pair)-Kabel, konnte
die Entfernung zwischen zwei Endgeräten wesendlich erhöht werden:
RS-485 unterstützt heutzutage somit Kabellängen von bis zu 1.2
km und Datenübertragungsraten bis zu 1MBit/s (abhängig vom jeweiligen
seriellen Controller, siehe technische Daten der Karten und Module). Aufgrund
der großen Übertragungslänge von über 1 km kann zwischen
der Betriebserde des Daten-Senders und des Empfängers eine grosse
Potentialdifferenz auftreten. Damit Potentialdifferenzen keinen Einfluss
auf die Schaltungen bzw. Endgeräte ausüben können, ist lt.
DIN-Norm 66348 eine galvanische Trennung der Schnittstelle vom Rest der
Schaltung (z.B. durch schnelle Daten-Optokoppler) zwingend vorgeschrieben.
Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung existiert nicht. Es
gilt besonders darauf zu achten, daß bei der Verbindung zu anderen
Geräten, immer das in der Dokumentation aufgeführte Pinout ausschlaggebend
ist. Im Gegensatz zu RS422 wird die RS485-Kommunikation mit einem Richtungssignal
zwangsgesteuert (TX-enable), um den Sender auf die jeweilige Datenleitung
freizuschalten. Es gibt Schnittstellen und Konverter, die dieses Signal
automatisch steuern, wenn Daten übertragen werden. Bei älteren
Konvertern wird dieses TX-Steuersignal durch ein Handshake-bit manuell
umgeschaltet, was die jeweilige Software unterstützen muss.
TTY:
Bei dieser asymetrischen
Signalverbindung wird die Datenübertragung, im Gegensatz zur RS232,
nicht Spannungsgesteuert, sondern mit einem eingeprägtem Linienstrom
(typ. 20 mA) betrieben. Dadurch wirkt sich der Längs-Spannungsverlust
auf der Datenleitung nicht wesendlich aus, so daß hier Kabellängen
von bis zu einigen 100 m verwendet werden können. Das Datensignal
wird (ähnlich wie bei RS-422) im Gegentakt-Betrieb übertragen,
wodurch sich Störsignale und Überkopplungen nur gering bemerkbar
machen. Deshalb kann mit wesendlich kleineren Signalamplituden gearbeitet
werden (z.B. 3..5 V), üblich ist jedoch eine Bürde bis 12..30
Volt, in manchen Fällen sogar bis zu 60 Volt. Die Auskopplung der
Nutzsignale aus der Stromschleife wird in der Regel über schnelle,
stromgekoppelte Daten-Optokoppler vorgenommen. Dies gewährleistet
in den meisten Applikationen eine galvanische Trennung zwischen den verbundenen
Geräten, so daß über TTY-Schnittstellen ohne weitere Schutzmaßnahmen
in der Regel eine isolierte Datenübertragung über eine große
Distanz möglich ist. Der Vorteil der relativ sicheren Übertragung
wird bei der dieser Schnittstelle jedoch mit vergleichsweise niedrigen
Datenraten erkauft. Die maximale Datenübertragungsrate beträgt
115 kBd, üblich sind jedoch nur 9,6 kBd oder 19,6 kBd. Die maximale
Entfernung wird mit 1 km bei 2400 Bd angegeben. Durch entsprechende Tricks,
wie Kabelkompensationen, kann die Baudrate teilweise, je nach Beschaffenheit
der Leitung (bsp. Abschirmung, kapazitätsarmes Kabel, geringes Übersprechen...)
und der Empfängerempfindlichkeit auf der Gengenüberseite noch
erhöht werden. Die 20mA- bzw. Current-Loop-Schnittstelle überträgt
die Daten, indem in einer Leitungsschleife ein 20mA-Strom im Takt der Datenbits
ein- und ausgeschaltet wird. Im Ruhezustand bzw. während der Übertragung
von "1"-Bits fließt ein konstanter Strom von 20 mA, während
"0"-Bits durch einen unterbrochenen Stromfluss gekennzeichnet sind. Innerhalb
jeder Stromschleife darf lediglich ein angeschlossenes Gerät den erforderlichen
Schleifenstrom von 20 mA liefern. Dieses Gerät bezeichnet man als
aktiv, das andere als passiv. Die Stromschnittstelle, auch unter dem Namen
Linienstrom-, 20 mA-, Current-Loop- oder TTY-Schnittstelle bekannt, ist
nicht genormt. Sie hat sich aber Weltweit durchgesetzt. In der DIN 66258
Teil 1 (Entwurf) "Schnittstellen und Steuerungsverfahren für die Datenübermittlung
für klinisch-chemischen Bereich" ist die Schnittstelle näher
beschrieben. Der Name "TTY-Schnittstelle" wurde ihr nach ihrem ersten Anwendungsgebiet
vergeben: Sie wurde früher für den Betrieb von Fernschreibern
(TeleTYpes) und für den Morse-Funkverkehr sowie RTTY (Radio-Amateur-Funkfernschreiben)
genutzt. Heute hingegen, wird die TTY-Schnittstelle nahezu ausschließlich
für den Datenverkehr zur Programmierung bzw. Kopplung von SPS (bsp.
Siemens Simatic S5), elektronischen Waagen, industieellen Großanzeige-
Displays und Protokolldruckern verwendet, die möglichst lange, ausfallsichere
und isolierte Verbindungen nach industriellen Maßstäben vorraussetzen.
Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung existiert nicht. Es
gilt besonders darauf zu achten, daß bei der Verbindung zu anderen
Geräten, immer das in der Dokumentation aufgeführte Pin-out ausschlaggebend
ist.
Beispiel zur Anschaltung:
links beide Ports aktiv
<> rechts beide Ports passiv
Hier nochmal eine Zusammenfassung:
Ein Port hat bei TTY immer
je ein PLUS und MINUS Anschluss. Dieser Port kann PASSIV oder AKTIV geschaltet
sein. Bei der Beschaltung muss immer die richtige Polarität mit beachtet
werden. Anode bzw. Kollektor immer auf PLUS, Kathode bzw. Emitter immer
auf MINUS. (Achtung bei Reihenschaltung). Ist ein Port an Gerät Nr.
1 AKTIV geschaltet, muss der gegenüberliegende Port an Gerät
Nr. 2 PASSIV sein. Ist der Port an Gerät Nr. 1 PASSIV geschaltet,
muss der gegenüberliegende Port an Gerät Nr. 2 AKTIV sein. Der
SENDE-PORT wird dazu immer auf einen EMPFANGS-PORT verschaltet. Der EMPFANGS-PORT
wird umgekehrt immer auf einen SENDE-PORT verschaltet. Das AKTIV-schalten
wird i.d.R. mit der zusätzlichen Verdrahtung einer Stromquelle (20mA
Bürde) vollzogen (bei unseren Produkten wird das mit umstecken von
Jumpern erreicht).
Was bei TTY nicht geht:
- PASSIV auf PASSIV oder
AKTIV auf AKTIV
- SENDER auf SENDER oder
EMPFÄNGER auf EMPFÄNGER
- oder mehrere Stromquellen
in REIHE bzw. PARALLEL-Schaltung
USB:
Die Abkürzung USB steht
für „Universal Serial Bus“ und ist ein relativ neues Bus-System, das
1995 durch ein Konsortium von führenden Unternehmen der Computerbranche
in Zusammenarbeit mit INTEL entwickelt wurde. Jeder neue PC und jedes Notebook
verfügen inzwischen über eine oder mehrere USB-Schnittstellen.
Aber warum weicht man auf USB aus? Gründe gibt es viele: Neben der
großen Marktverbreitung spricht vor allem die simple Installation
und Handhabung dafür. Die Vorteile von USB sind trotz schwabbeligem
Verbindungsstecker (meine eigene Meinung) und einer relativ bescheidenen
Datenrate von nur 12 Mbit/s. jedem Anwender weitläufig bekannt: Hot
plugging, Plug&Play sowie der Verzicht auf weitere I/O, DMA und Interrupt-Kanäle
(die ohnehin in jedem PC immer zu knapp bemessen sind), ist zudem die Installation
auf USB-tauglichen Windows-Plattformen ab Windows 95 (OSR2.1/Rev.B) extrem
einfach. USB-Geräte steckt man einfach während des Betriebs ein.
Sofortiger Einsatz ist möglich, ein nerviger Reboot entfällt.
Auch die Zahl der maximal möglichen Peripheriegeräte ist groß:
127 USB-Geräte wird so schnell wohl kein User ausreizen. Und oft viel
wichtiger: USB-Geräte vermeiden Ressourcenkonflikte. Der Controller
im PC benutzt zwar generell einen Interrupt und 32 I/O-Ports, doch die
angeschossenen USB-Geräte belegen (unabhängig von Typ und Anzahl)
keine weiteren System-Ressourcen. Die Stromversorgung von bis zu 500 mA
je USB-Port wird auch gleich mitgeliefert und erlaubt somit eine Vielfalt
an Funktionen und Anwendungsmöglichkeiten zur Erweiterung von Schnittstellen,
Norm.-/Pegel-Konvertern und anderen I/O-Modulen. Durch die Kaskadierung
von USB-Hubs lässt sich, wie bei Netzwerken, eine baumförmige
Struktur erzielen. Die max. Kabellänge eines Kabelsegmentes zwischen
Hub-Port und einem daran angeschlossenen Endgerät darf maximal 5 Meter
betragen. Die Daten werden als Differenz-Signal mit einer Geschwindigkeit
von 12Mbit/s oder 1,5Mbit/s über das Adernpaar D+/D- übertragen.
Beide Bitraten können in einem Bus-System auch mehrfach gemischt verwendet
werden.
Bild: USB-Kabel, links A-Stecker,
rechts B-Stecker
RS-232:
Asynchron: Die RS232c
ist eine häufig verwendete Schnittstelle und auch unter der Bezeichnung
V.24 bekannt. Dieser Schnittstellenstandard ist üblicherweise für
zwei Kommunikationsgeräte konzipiert, die beide je eine Datenquelle
(TX) und eine Datensenke (RX) besitzen können. Zur bidirektionalen
Datenübertragung werden mindestens drei Leitungen benötigt, eine
Sendeleitung (TXD), eine Empfangsleitung (RXD) und eine gemeinsame Bezugsleitung
Masse (Ground). Die Signale der RS-232 sind bipolar ausgelegt. Eine logische
'0' wird durch eine Spannung von +12 Volt, eine logische '1' durch -12
V dargestellt. Das Signal-Störverhältnis ist damit wesentlich
größer als das z.B. bei einer parallelen 5 Volt Daten-Schnittstelle
(Bsp. LPT-Centronics). Dies ermöglicht eine Übertragung über
relativ große Entfernungen ohne größere Störungen.
Kabellängen bei hohen Baudraten (>19.6 kB/s) über 20m sind jedoch
nicht zu empfehlen. Für den Datenverkehr synchronisieren sich Sender
und Empfänger bei der asynchronen Übertragung für jedes
einzelne Zeichen neu. Vor jedem Zeichentransfer liegt auf der Übertragungsleitung
das Signal auf High-Pegel (H). Soll nun ein Zeichen übertragen werden,
so wird dies dem Empfänger vom Sender durch ein Startbit angezeigt,
indem für einen Taktzyklus das Signal auf Low (L) gelegt wird. Damit
sind Sender und Empfänger für dieses Zeichen synchronisiert.
Danach folgen die einzelnen Bits des Zeichens, wahlweise 5 bis 8 Daten,
Paritätsbit, sowie 1, 1½ oder 2 Stopbit(s). Anhand der Stopbits
erkennt der Empfänger das Ende des Zeichens, damit dient das Stopbit
ebenfalls der Zeichensynchronisation. Sender und Empfänger müssen
sich zuvor auf die Anzahl der Stopbits, der Datenbits, der Berechnung der
Paritätsbits und auf die Frequenz des Übertragungstaktes (Baudrate)
verständigen. Diese Parameter werden zumeist einmal in den Schnittstellen
einprogrammiert und bleiben für die gesamte Kommunikation unverändert.
Für den Halbduplex- oder Simplex- Betriebsmodus sind nur zwei Leitungen
für die serielle Datenübertragung notwendig, die Übertragungsleitung
und eine Masseleitung. Für den Vollduplex- Modus sind es entsprechend
doppelt so viele Leitungen. Falls eine gemeinsame Masseleitung benutzt
wird, werden nur drei Leitungen benötigt. Die maximale Entfernung
zwischen RS232-Geräten ist wie bei allen seriellen Übertragungsverfahren
stark vom verwendeten Kabel und der Baudrate abhängig. Lt. EIA-Norm
definiert die RS232C die maximale Entfernung mit 15 Metern. Bei Verwendung
von kapazitätsarmen Kabel, kann die maximale Distanz bis zu 50 Metern
betragen. Je länger ein Kabel ist, umso größer gilt die
Problematik der Potentialdifferenz zwischen beiden Endpunkten. Mit wachsenden
Kabellängen sowie in industriellem Umfeld sollte grundsätzlich
eine galvanische Trennung eingesetzt werden, damit unliebsame Störungen
vermieden werden. Die Schnittstellenpegel liegen normalerweise bei +/-12
Volt. Die Ausgangsspannung variiert je nach Last um +/-3 Volt und sollte
keinesfalls unter 9 Volt zum Einsatz kommen.
9 pol. RS232 Pinbelegung
am PC

25 polig
Sub-D
|
9 polig
Sub-D
|
Bezeichnung
|
Signalbeschreibung
|
|
1
|
-
|
Shield
|
Schirmleitung vom Kabel
|
|
2
|
3
|
Transmit (TxD)
|
Sende-Daten vom PC zu
Modem
|
|
3
|
2
|
Receive (RxD)
|
Empfangs-Daten von Modem
zu PC
|
|
4
|
7
|
Request To Send (RTS)
|
PC zeigt an, daß
er senden möchte
|
|
5
|
8
|
Clear To Send (CTS)
|
Modem zeigt an, daß
PC senden darf
|
|
6
|
6
|
Data Set Ready (DSR)
|
Modem signalisiert,
daß es bereit ist
|
|
7
|
5
|
Signal Ground
|
GND Null-Bezugspunkt
|
|
8
|
1
|
Data Carrier Detect
(DCD)
|
Daten können empfangen
werden
|
|
20
|
4
|
Data Terminal Ready
(DTR)
|
PC ist betriebsbereit
|
|
22
|
9
|
Ring Indicator (RI)
|
Klingelzeichen
|
RS232 Synchron:
Das synchrone Verfahren
ist im Prinzip eine Optimierung des asynchronen Verfahrens. Bei der synchronen
Übertragung fügt man zur Synchronisation eine bestimmte Bitfolge
(Synchronwort) ein, die sonst nicht auftreten kann. Auf diese Weise kann
der Empfänger den Beginn eines Datenblockes erkennen. Wenn keine Daten
vorliegen, werden nur Synchronworte gesendet. Auf diese Weise kann sich
der Taktgenerator im Empfänger immer auf das ankommende Signal synchronisieren.
Volle Belegung einer RS232-Schnittstelle:
|
|
|
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|
|
| RS232C - Pin |
Ein/Ausgang |
Signal Name |
EIA - Name |
CCITT - V24 |
RJ45 - Pin |
|
|
|
|
|
|
| 1 |
E/A |
GND Shield Ground (protective) |
AA |
|
|
| 2 |
A |
TxD Transmitted Data |
BA |
103 |
6 |
| 3 |
E |
RxD Received Data |
BB |
104 |
5 |
| 4 |
A |
RTS Request To Send |
CA |
105 |
8 |
| 5 |
E |
CTS Clear To Send |
CB |
106 |
7 |
| 6 |
E |
DSR/DCE Data Set Ready |
CC |
107 |
1 |
| 7 |
EA |
Signal Ground (common) |
AB |
102 |
4 |
| 8 |
E |
DCD Received Line Signal
Detector |
CF |
109 |
2 |
| 9...11 = frei |
E/A |
Pin 9 und 10 teilweise für
Testzwecke |
- |
- |
- |
| 12 |
E |
Secondary Received Line
Signal Detector |
SCF/CI |
122/112 |
|
| 13 |
E |
Secondary Clear To Send |
SCB |
121 |
|
| 14 |
A |
Secondary Transmitted Data |
SBA |
118 |
|
| 15 |
E |
Transmitter Signal Element
Timing |
DB |
114 |
|
| 16 |
E |
Secondary Received Data |
SBB |
119 |
|
| 17 |
E |
Receiver Signal Element
Timing |
DD |
115 |
|
| 18 |
E/A |
Local Loopback / Quality
Detector |
LL |
141 |
|
| 19 |
A |
Secondary Request To Send |
SCA |
120 |
|
20
20 |
A |
DTE Connect Data to line
oder
DTR Data Terminal Ready |
CD |
108.1
108.2 |
3 |
| 21 |
E |
Remote Loopback |
RL/CG |
140/110 |
|
| 22 |
E |
RI Ring Indicator |
CE |
125 |
1 |
| 23 |
A |
Data Signal Rate Select |
CH/CI |
111/112 |
|
| 24 |
A |
Transmit Signal Element
Timing |
DA |
113 |
|
| 25 |
E/A |
Test Mode, teilweise nicht
belegt |
TM |
142 |
|
|
|
|
|
|
|
Serielle Datenübertragung
allgemein:
Bei der seriellen Datenübertragung
sind nur wenige Leitungen erforderlich, da die Einzel-bits jedes Datenwortes
zeitlich nacheinander (seriell) übertragen werden. Es muss jedoch
zuvor eine Umwandlung paralleler Daten in einen seriellen Bit-Strom vorgenommen
werden, was einen höheren Schaltungsaufwand (UART) erfordert. Die
Übertragungszeit ist abhängig von der Anzahl der verwendeten
Daten-bits und von der Geschwindigkeit, mit der sie zum Empfänger
übertragen werden (Baudrate).
ASCII:
Diese Abkürzung steht
für "American Standard Code for Information
Interchange". Es handelt sich um einen international
gebräuchlichen Normcode für den Datenaustausch, insbesonders
zwischen seriellen Schnittstellen. Der min. 127 byte grosse Zeichen-Code
legt fest, dass Buchstaben, Zahlen, Satz- und Sonderzeichen unseres Alphabets
nach einem genauen System (ASCII-Zeichen) gegliedert sind. Damit ist sichergestellt,
dass auf jedem Computer und mit Text-Programmen die Zeichen immer nach
dem gleichen Schema kodiert (7 oder 8 bit = 0...127 oder 0...255) sind
und so immer auf die gleiche Art dargestellt (dekodiert) werden können.
Der
erweiterte ASCII-Zeichensatz umfasst 256 Zeichen (8-bit Code) und wird
auch als IBM-Zeichensatz bezeichnet.
Datenquelle, Datensenke:
Eine Datenquelle bzw. Datensenke
ist im allgemeinen eine Datenendeinheit (DEE), z.B. hier ein PC, der Daten
verschickt bzw. empfängt. Die Laufrichtung von Daten ist stets von
der Quelle zur Senke zu sehen. Eine Quelle bietet i.d.R. eine Spannung/Strom
an, eine Senke fordert eine Spannung/Strom.
Vollduplex:
Möglichkeit zum gleichzeitigen
Senden und Empfangen von Daten. Die Daten werden dazu getrennt übertragen.
Optionale Empfangspuffer helfen oft, dass schnelle Zeichenfolgen fehlerfrei
und ohne Unterbrechung mitgelesen werden können.
Halbduplex:
Abwechselnde Sende- und
Empfangsmöglichkeit auf einer Leitung (i.d.R. gemultiplext durch geeignete
Protokolle).
Handshake:
Zur Vermeidung von Datenverlusten
muß der Empfänger die Datenübertragung anhalten können,
wenn keine weiteren Daten mehr verarbeitet werden können.
Hardware-Handshake:
Engl. für "Händeschütteln".
Der Empfänger steuert über Steuerleitungen die Handshake-Eingänge
CTS und/oder DSR des Senders mit seinem Handshake-Ausgang DTR oder RTS.
Software-Handshake:
Der Empfänger sendet
zur Steuerung des Datenflusses spezielle Zeichen an den Sender (z.B. XON/XOFF).
Simplex:
Kleinste Form einer Übertragung:
Nur Senden oder nur Empfangen in eine Richtung.
Gegentakt-Betrieb:
Beim Gegentakt-Übertragungsverfahren
wird eine Leitung mit dem zu übertragenden Signal, die zweite Leitung
mit dem invertierten Signal gespeist (symmetrische Leitung). Am Leitungsende
wird die Differenz beider Signalamplituden abgegriffen. Dadurch heben sich
Gleichtaktstörungen wie z.B. Nebensprechen, externe Störeinkopplungen
und zum Teil Rauschen auf, so daß diese sich auf die Signalübertragung
kaum auswirken.
Daten-Zugehörigkeit
und Spannungs-Pegel:
Der Ruhezustand der Übertragungsleitung,
der auch mit "Mark" bezeichnet wird, entspricht dem Pegel einer logischen
"1". Die zur Übertragung verwendeten Spannungs- bzw. Strompegel können
Sie der Beschreibung der einzelnen Schnittstellen entnehmen. Die Übertragung
eines Bytes beginnt mit einem vorangestellten Startbit, das als logische
"0" gesendet wird. Anschließend werden nacheinander 5 bis 8 Datenbit,
beginnend mit dem niederwertigsten (LSB) Bit, ausgegeben. Bei den RS232-Steuerleitungen
DCD, DTR, DSR, RTS, CTS und RI wird der inaktive Zustand durch einen Spannungspegel
von -15...-3 V dargestellt, der aktive Zustand dagegen durch +3...+15 V.
Bei den Datenleitungen RxD und TxD ist die Spannungslage invertiert; sie
liegen im Ruhezustand auf negativem Spannungspegel. Schwellspannungswerte
unterhalb ±3 Volt werden als "not valid" bezeichnet, da hierbei
keine eindeutige Zuordnung mehr gewährleistet ist. Üblicherweise
werden am RS232 COM-Port eines Rechners im unbelasteten Zustand etwa ±11
Volt Spannungshub gemessen, bei Laptops oder Notebooks der neuen Gerneration
leider oft weniger, was jedoch zu Problemen führen kann, wenn die
nachgeschaltete Hardware einen Spannungshub von min ±9...10 Volt
benötigt. Bei kleineren self-powered-Schaltungen, die ihre Spannungsversorgung
direkt aus der RS232 Schnittstelle entnehmen, kann das ebenfalls zu Problemen
führen, da die Pegel der COM-Schnittstelle von Laptops bzw. Notebooks
schneller zusammenbrechen als bei herkömmlichen PCs. Alle Ein- und
Ausgänge sind normalerweise kurzschlußfest, jedoch nicht gegen
Überspannungen oder ESD abgesichert. Hohe Eingangsspannungen > ±15
Volt können die Eingangstreiber der COM-Ports möglicherweise
stark beschädigen.
Port:
E/A-Bezeichnung fur die
Ein- und Ausgänge für Hardware-Geräte an einem Computer
(bsp. COM-Port, LPT-Port...). Es sind jene Buchsen und Stecker, an denen
die Verbindungskabel angeschlossen werden. Zudem versteht man unter Ports
auch Protokollzugangsnummern, die über ein Netzwerk verschickte Daten
automatisch an eine bestimmte Anwendung weiterleiten.
Parität:
In einem seriellen Datenstrom
kann dem letzten Datenbit ein Paritätsbit folgen, dass zur Erkennung
von Übertragungsfehlern dient. Das Paritätsbit bewirkt, dass
bei gerader "EVEN" Parität immer eine gerade bzw. bei ungerader "ODD"
Parität eine ungerade Anzahl von "1"-bits übertragen wird. Ein
"intelligenter" Empfänger kann durch überprüfen der checksum
das bit mit der restlichen Information vergleichen und beispielsweise bei
falscher Übertragung eine neue Datenübertragung anfordern. Dazu
bedient man sich oftmals einer zuvor festgelegten Paketgrösse, damit
nicht der gesamte Text übermittelt werden muss. Netzwerke nutzen dieses
Verfahren ebenfalls.
Stopbit:
Das "Schlusslicht" eines
zu übertragenden, seriellen Zeichens wird wahlweise durch "1", "1.5"
oder "2" Stopbit gebildet, die der vorangegangenen Information einfach
angehängt wird. Damit wird dem Empfänger mitgeteilt, dass die
Übertragung des Zeichens beendet ist. Bei der seriellen Umsetzung
von USB-Schnittstellen nach RS232 u.a. werden oftmals nur die Stopbits
"1" oder "2" verwendet.
bps oder bit/s:
engl. bit-per-second
= bit pro sekunde. Ist mit Baud nur dann identisch, wenn ein Signal einem
Bit entspricht.
bit:
Ein bit ist die kleinste,
digitale Einheit mit der ein Computer "rechnen" kann. Die Einheit entspricht
entweder logisch "0" oder "1". Ein Byte entspricht üblicherweise einem
Datum von 8 bit, kann aber auch je nach Verwendung ein vielfaches von 2
sein. Die Namensgebung setzt aus den Begriffen "Binary" (Binär) und
"Digit" (Ziffer) zusammen.
binär:
Das binäre Zahlensystem
benutzt im Gegensatz zum bekannten Dezimalsystem (Zahlen von 0 bis 9) nur
die Werte 1 und 0 (bzw. die Zustände "Ja" oder "Nein", "ON" oder "OFF").
Es ist die Grundlage digitaler Datenübermittlung und wird auch "duales
System" genannt.
cps:
engl. character-per-second
= Zeichen/Sekunde. Beispiel: 1 Zeichen = 8 Datenbits, + 1 Startbit + 1
Stopbit / 1 cps entspricht 10 bps.
Baudrate:
Die Baudrate gibt die Übertragungsgeschwindigkeit
an, mit der die Daten vom Sender zum Empfänger übermittelt werden.
Die Angabe lautet Baud kurz: Bd, hat ihren Ursprung bei der Übertragung
von Fernschreiberdaten (Teletype) mittels Draht oder Funk und wird u.a.
auch heute noch bei modernen IrDa-Infrarot-Systemen verwendet. Die Übertragungsart
wurde in der CCITT-Norm weltweit festgelegt, nach der auch Nachrichtendienste
und Funkamateure ihre RTTY-Signale über viele Jahrzehnte hinweg per
Funk übertrugen. Der Code wurde darmals von Maurice-Emile Baudot (1845-1903),
einem französischen Telegrafentechniker, 1874 zum Patent angemeldet.
Zur Berechnung der Übertragunggeschwindigkeit gibt man den Reziprokwert
(Kehrwert) der Schrittdauer eines Zeichens an. Da sich ein Zeichen bei
der asymetrischen Modulation im Start-Stop Betrieb aus 7,5 (5-bit + 1 Start
+ 1,5 Stop) bzw. 10,5 (8-bit + 1 Start + 1,5 Stop) oder 11 (8bit + 1 Start
+ 2 Stop) Schritten zusammensetzt, lässt sich die Zeichengeschwindigkeit
pro Minute wie folgt bestimmen:
Vm = (60 * v / 7,5)
bzw. Vm = (60 * v / 11)
Die jeweils angegebene Schrittgeschwindigkeit
bezieht sich allein auf die Form bzw. Dauer eines Zeichens. Sie sagt bei
der asymetrischen Modulation nichts über die Folgegeschwindigkeit
der Informationen aus. Typischerweise werden alle Bits sequentiell mit
Geschwindigkeiten von 50...115200 Baud gesendet.
Weitere Schnittstellen-Infos
unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/RS232
http://de.wikipedia.org/wiki/RS422
http://de.wikipedia.org/wiki/RS423
http://de.wikipedia.org/wiki/RS485
http://de.wikipedia.org/wiki/Serielle_Schnittstelle
...
Interessante Literatur zur
seriellen Kommunikation finden Sie unter:

Zur Vorlage der Erläuterungen
dienten u.a. Informationen
der Firma Wiesemann &
Theis, sowie der Literatur:
PC-Schnittstellen (Franzis
Verlag),
und Computerschnittstellen
und Bussysteme (Hüthig Verlag)
Noch mehr zu USB:
Wer mit USB experimentieren
möchte oder Hintergrundinformationen benötigt,
wird bei Herrn Kainka fündig:
http://www.b-kainka.de/usb.htm
Die engl. USB-Spezifikation
1.1 finden Sie hier: http://www.intel.com
Internationale und auskunftreiche
USB-Webseiten finden Sie hier:
http://www.usbnews.com
+ http://www.usbman.com
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