Главная | Контакты | Настройки СМЕНИТЬ ПАЛИТРУ:

Главная > Технологии > Интерфейсы > COM-port

COM-порт. Сопряжение устройств с ПК. Программирование


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 TxIN с одной стороны и на RxIN с другой. Входные сигналы снимаются с TxOUT и RxOUT 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:

Делитель Скорость передачи
(в бодах)
Делитель Скорость передачи
(в бодах)
1040 110 24 4800
768 150 12 9600
384 300 6 19200
192 600 3 38400
96 1200 2 57600
48 2400 1 115200

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.

Бит Значение
0 1 – разрешемие прерывания при готовности принимаемых данных.
1 1 – разрешение прерывания после передачи байта (когда выходной выходной буфер передачи пуст).
2 1 – разрешение прерывания по обнаружении состояния "BREAK" или ошибки.
3 1 – разрешение прерывания по изменению на разъёме RS-232C.
4-7 Не используются, должны быть равны 0.

Interrupt Identification Register (IIR)

Прерывание – это событие, при котором останавливается выполнение основной программы и начинается выполнение процедуры прерываний. Этот регистр определяет тип произошедшего прерывания.

Бит Значение
0 1 – нет прерываний, ожидающих обслуживания.
1-2 00 – переполнение приёмника, ошибка чётности или формата данных, или при состоянии "BREAK". Сбрасывается после чтения состояния линии и порта 3FDh.
01 – данные приняты и доступны для чтения. Сбрасывается после после чтения регистра LSR.
11 – Состояние модема. Устонавливается при изменении состояния входных линий CTS, RI, DCD, DSR.
3-7 Равны 0.

Line Control Register (LCR)

Это управляющий регистр.

Бит 7 1Divisor Latch Access Bit – задание скорости обмена данными
0Обычнй 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
01 стоп-бит
12 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.


Бит Значение
0 Изменилось состояние линии CTS
1 Изменилось состояние линии DSR
2 Изменилось состояние линии IR
3 Изменилось состояние линии DCD
4 Состояние линии CTS
5 Состояние линии DSR
6 Состояние линии IR
7 Состояние линии DCD

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.


Главная > Технологии > Интерфейсы > COM-port