Сериен порт

From Ilianko
Revision as of 23:30, 18 February 2012 by Anko (talk | contribs) (→‎RS-232C)

Интерфейсът RS-232 е с повече от половин век история и в момента когато казваме "сериен порт" най-често става дума за RS-232. В сравнение със съвременните мегабитови интерфейси като USB (също сериен интерфейс), RS-232 връзката изглежда бавна и ненужна, но тя e същественa поради няколко причини:

  • За разбиране на процеса на комуникация с операционната система. Текстовият интерфейс е в основата на всяка една UNIX система, а той базиран върху концепцията на серийния терминал. Днес хардуерният текстов терминал е заместен със псевдо терминал.
Псевдо терминал Linux
ASR-33 TeleTYpe
VT05 Първият терминал с екран


  • Все още се ползва, въпреки че е загубила широката си употреба, все още се ползва в редица приложения - за връзка с индустриални контролери и комуникационна апаратура.


Интерфейсът RS-232 е с повече от половин век история и в момента когато казваме "сериен порт" най-често става дума за RS-232. В сравнение със съвременните мегабитови интерфейси като USB (също сериен интерфейс), RS-232 връзката изглежда бавна и ненужна, но тя e същественa поради няколко причини:

  • За разбиране на процеса на комуникация с операционната система. Текстовият интерфейс е в основата на всяка една UNIX система, а той базиран върху концепцията на серийния терминал. Днес хардуерният текстов терминал е заместен със псевдо терминал.
Псевдо терминал Linux
ASR-33 TeleTYpe
VT05 Първият терминал с екран


  • Все още се ползва, въпреки че е загубила широката си употреба. Серийния интрефейс се среща за връзка с индустриални контролери и комуникационна апаратура.

RS-232C

DB-25
DB-9
RJ-45

Повечето серийни интерфейси с ниска скорост са някакъв вариант на RS-232C стандарта. Този стандарт определя електрическите характеристики и значението на сигнала по всеки от проводниците, както и разположението на пиновете в традиционния 25 пинов конектор (DB-25p фиг.4).

Пълният стандарт RS-232C (EIA-232-E) реално не се използва, защото определя множество сигнали, които са ненужни при обикновена комуникация. DB-25 конекторите са неудобни и поради големината си. В резултат на това те са заместени от 9 пинов конектор (DB-9, фиг.5), а като удобна алтернатива се ползва и RJ-45.

В таблицата са дадени наименованията на сигналите и разположението им на пиновете. Обикновено се ползват 7 проводника за осъществяване на връзка (DSR и DCD; FG и SG; ползват общ проводник).

Таблица с значенията на пиновете (мъжки куплунг) за различните конектори.

DB-25DB-9RJ-45ИмеЗначение
1 - - FDFrame Ground
236TDTransmitted Data
325RDReceived Data
478RTSRequest To Send
587CTSClear To Send
661DSRData Set Ready
754SGSignal Ground
812DCDData Carrier Detect
2043DTRData Terminal Ready

На фигури 4,5 и 6 са дедени разположенията на мъжките пинове, в женския конектор те са разположени огледално.

Кабели

При свързване на две устройства с RS-232 сигналът за предаване (TD) от едно устройство трябва да се подава на пин за приемане (RD) на второто устройство. Поради това се налага два типа конфигурации на серийните устройствата:

  • DTE (Data Terminal Equipment) - стандартна схема на свързване
  • DCE (Data Communications Equipment) - обърната сигнализация.

Принципно могат да се свързват устройства DTE към DCT, DTE към DTE, DCT към DCT Примерно:

  • компютър (DCT)-rs232-(DCE)modem-FM-modem(DCE)-rs232-(DTE)компютър
  • компютър (DCT)-(DTE)компютър.

Всяко едно устройство може да е конфигурирано като DTE или DCE, рядко може да поддържа и двата варианта, но не едновременно.

Когато устройствата са еднотипни трябва да се ползва кръстосан кабел, наречен още "null modem" кабел. За връзка DТE-DCE се ползва прав кабел. Съществува и трета разновидност на кабели използвана при cisco апаратура наречени "rollover" кабели, при които изводите в единия край са огледално пренаредени в другия.

Конфигурация на Null Modem кабел

DB9-1 DB-2
Receive Data
2
3
 Transmit Data
Transmit Data
3
2
 Receive Data
Data Terminal Ready
4
6+1
 Data Set Ready + Carrier Detect
System Ground
5
5
 System Ground
Data Set Ready + Carrier Detect
6+1
4
 Data Terminal Ready
Request to Send
7
8
 Clear to Send
Clear to Send
8
7
 Request to Send

Серийни

Цел на упражнението

Преговор типове данни, оператори. Достъп до сериен порт.


Теория

Serial port terminal

Linux

Задача Инсталирайте терминалната програма за комуникация през сериен порт GTKterm.

Упътване: Използвайте командата по-долу. След инсталацията може да намерите програмата в Applications -> Accessories. 

:~$ sudo apt-get install gtkterm

Windows

ЗадачаСтартирайте Hyper terminal в MS Windows 

START -> Programs -> Accessories -> Communications -> Hyper Terminal

Задача Осъществете връзка през сериен порт връзка между Windows и Linux на два съседни компютъра.

Свържете двата компютъра със сериен кабел през RS232 порта. Настройте двете програмите HyperTeminal и GTKterm да предават и приемат с еднакви параметри.

Тествайте различни скорости на предаване и приемане.


Променливи

Разгледайте различните типове данни в C.

Основната причина за съществуване на различни типове данни е да знае компилатора, колко памет да отдели за всяко число, буква или текст, когато съхранява стойностите им. Информацията се ползва и в последствие, при извеждане или при обработка на данните и взаимодействия с други данни.

Задача 1. Създайте програма, която да преобразува числото 65 в символ и да го извежда.

Упътване . Използвайте: 

int x = 65;
char y;
y = (char) x;
printf( " %c ", y );


Задача 2. Създайте програма, която да извежда всички букви букви от ASCII кода в поредица AbCdEfGh.... yZ

Упътване . Всяка буква отговаря на число, всяка следваща буква е число с едно по-голямо. Главните букви започват от 65, малките от 97, а общо са 26. Може да ползвате: 

int i = 0;
for (i = 0; i< 26; i = i + 2)
{ ... }


Задача 3. Създайте програма, която след въвеждане на буква от клавиатурата, извежда дали кодът на буквата е с четен или нечетен номер.

Упътване. Може да използвате примера от задача 2 на Упражнение 2 и кодът по-долу. 

if ( ((int) s) % 2) puts(" .... ");
else puts(" ... ");

Задача 4. Преобразуване на буква в двоичен код. Изпълнете програмата, разгледайте кода и пробвайте с различни букви. 

#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */

#define TESTD 'a'

int main(void)
{
  int z=128, y = 0;
  char a = TESTD;
  char b[9] = "00000000";
        
  for ( y=0;  y < 8;  ++y)
  {
    b[y] = ((a & z) == z) ? '1' : '0';
        /* a = 0 0 1 0 1 0 0 0
           AND
           z = 0 0 0 0 1 0 0 0
           ===================
           r = 0 0 0 0 1 0 0 0 = z */ 
    z = z >> 1; // <=> z >>= 1  - преместване с един бит
  }
    
  printf("%s \n", b); 
  return 0;
}

Проверка по четност

Задача 5 Преработете кодът от предната задача, така че да ви показва, колко единици има в двоичното число и дали броят на единици е четен или нечетен.

Упътване Може да замените 

((a & z) == z) ? '0' : '1';

със 

int e=0;
...
if((a & z) == z)
{ 
  ++e;
  b[y] = '1';
}

Комуникация през C, POSIX и сериен порт

Задача Създайте програма, която да изпраща информация по-серийния порт. Свържете два компютъра със сериен кабел, като на единия изпълнявате програмата, а на другия сте включили, някоя от терминалните програми за управление на серийната връзка от предходната задача. 


#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */
#include <string.h>  /* String function definitions */
#include <unistd.h>  /* UNIX standard function definitions */
#include <fcntl.h>   /* File control definitions */
#include <errno.h>   /* Error number definitions */
#include <termios.h> /* POSIX terminal control definitions */

#define PORTNAME  "/dev/ttyS0"

int main(void)
{
    int fd; // File descriptor for the port 
    struct termios options; // Serial port settings
	
	
    fd = open( PORTNAME, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
	
    if (fd == -1)//Could not open the port.
	perror("open_port: Unable to open port");
    else 
       fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	
    tcgetattr(fd, &options);
    cfsetispeed(&options, B2400);
    cfsetospeed(&options, B2400);
    
    options.c_cflag |= ( CREAD);
    options.c_cflag |= ( CLOCAL);
    options.c_cflag &= ( ~CSTOPB);
        
    tcsetattr(fd,TCSANOW, &options);

    write(fd, "a \n", 3); //write to serial port
           
    return 0;
}

За повече информация Управление на сериен порт с POSIX, [POSIX serial port]

Задача 1

Създайте програма с безкраен цикъл, която да изпраща една буква към серийния порт. Използвайте специално пригодения кабел и разгледайте осцилограмата на сериен сигнал.

Четене сериен порт

Raw

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/
#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
    
    newtio.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL|IXON);
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_lflag &= ~(ECHO|ECHONL|ICANON|ISIG|IEXTEN);
            
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
        
        // strcat(buf,buf2);
          
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Canonical

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/

#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
    newtio.c_oflag = 0;
    newtio.c_lflag = ICANON;
           
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
        
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
         
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
        
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Самостоятелна подготовка

1. Напишете името си на латиница, преобразувайте буквите с двоичен код и създайте времева диаграма на физическия сигнал. 1. Да се напише програма, която изпраща символите от клавиатурата към серийния порт.

Край

Задача 11 Деинсталирайте GTKterm.

Упътване: Използвайте командата. 

:~$ sudo apt-get purge gtkterm


Литература

Цел на упражнението

Преговор типове данни, оператори. Достъп до сериен порт.


Теория

Serial port terminal

Linux

Задача Инсталирайте терминалната програма за комуникация през сериен порт GTKterm.

Упътване: Използвайте командата по-долу. След инсталацията може да намерите програмата в Applications -> Accessories. 

:~$ sudo apt-get install gtkterm

Windows

ЗадачаСтартирайте Hyper terminal в MS Windows 

START -> Programs -> Accessories -> Communications -> Hyper Terminal

Задача Осъществете връзка през сериен порт връзка между Windows и Linux на два съседни компютъра.

Свържете двата компютъра със сериен кабел през RS232 порта. Настройте двете програмите HyperTeminal и GTKterm да предават и приемат с еднакви параметри.

Тествайте различни скорости на предаване и приемане.


Променливи

Разгледайте различните типове данни в C.

Основната причина за съществуване на различни типове данни е да знае компилатора, колко памет да отдели за всяко число, буква или текст, когато съхранява стойностите им. Информацията се ползва и в последствие, при извеждане или при обработка на данните и взаимодействия с други данни.

Задача 1. Създайте програма, която да преобразува числото 65 в символ и да го извежда.

Упътване . Използвайте: 

int x = 65;
char y;
y = (char) x;
printf( " %c ", y );


Задача 2. Създайте програма, която да извежда всички букви букви от ASCII кода в поредица AbCdEfGh.... yZ

Упътване . Всяка буква отговаря на число, всяка следваща буква е число с едно по-голямо. Главните букви започват от 65, малките от 97, а общо са 26. Може да ползвате: 

int i = 0;
for (i = 0; i< 26; i = i + 2)
{ ... }


Задача 3. Създайте програма, която след въвеждане на буква от клавиатурата, извежда дали кодът на буквата е с четен или нечетен номер.

Упътване. Може да използвате примера от задача 2 на Упражнение 2 и кодът по-долу. 

if ( ((int) s) % 2) puts(" .... ");
else puts(" ... ");

Задача 4. Преобразуване на буква в двоичен код. Изпълнете програмата, разгледайте кода и пробвайте с различни букви. 

#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */

#define TESTD 'a'

int main(void)
{
  int z=128, y = 0;
  char a = TESTD;
  char b[9] = "00000000";
        
  for ( y=0;  y < 8;  ++y)
  {
    b[y] = ((a & z) == z) ? '1' : '0';
        /* a = 0 0 1 0 1 0 0 0
           AND
           z = 0 0 0 0 1 0 0 0
           ===================
           r = 0 0 0 0 1 0 0 0 = z */ 
    z = z >> 1; // <=> z >>= 1  - преместване с един бит
  }
    
  printf("%s \n", b); 
  return 0;
}

Проверка по четност

Задача 5 Преработете кодът от предната задача, така че да ви показва, колко единици има в двоичното число и дали броят на единици е четен или нечетен.

Упътване Може да замените 

((a & z) == z) ? '0' : '1';

със 

int e=0;
...
if((a & z) == z)
{ 
  ++e;
  b[y] = '1';
}

Комуникация през C, POSIX и сериен порт

Задача Създайте програма, която да изпраща информация по-серийния порт. Свържете два компютъра със сериен кабел, като на единия изпълнявате програмата, а на другия сте включили, някоя от терминалните програми за управление на серийната връзка от предходната задача. 


#include <stdio.h>   /* Standard input/output definitions */
#include <string.h>  /* String function definitions */
#include <unistd.h>  /* UNIX standard function definitions */
#include <fcntl.h>   /* File control definitions */
#include <errno.h>   /* Error number definitions */
#include <termios.h> /* POSIX terminal control definitions */

#define PORTNAME  "/dev/ttyS0"

int main(void)
{
    int fd; // File descriptor for the port 
    struct termios options; // Serial port settings
	
	
    fd = open( PORTNAME, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
	
    if (fd == -1)//Could not open the port.
	perror("open_port: Unable to open port");
    else 
       fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	
    tcgetattr(fd, &options);
    cfsetispeed(&options, B2400);
    cfsetospeed(&options, B2400);
    
    options.c_cflag |= ( CREAD);
    options.c_cflag |= ( CLOCAL);
    options.c_cflag &= ( ~CSTOPB);
        
    tcsetattr(fd,TCSANOW, &options);

    write(fd, "a \n", 3); //write to serial port
           
    return 0;
}

За повече информация Управление на сериен порт с POSIX, [POSIX serial port]

Задача 1

Създайте програма с безкраен цикъл, която да изпраща една буква към серийния порт. Използвайте специално пригодения кабел и разгледайте осцилограмата на сериен сигнал.

Четене сериен порт

Raw

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/
#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
    
    newtio.c_iflag &= ~(IGNBRK|BRKINT|PARMRK|ISTRIP|INLCR|IGNCR|ICRNL|IXON);
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_lflag &= ~(ECHO|ECHONL|ICANON|ISIG|IEXTEN);
            
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
        
        // strcat(buf,buf2);
          
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Canonical

/****************************************************************\
 * Edited by Ilianko
 * Description: Raw reading of the serial port
\****************************************************************/

#include <termios.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
      
#define BAUDRATE B2400
#define MODEMDEVICE "/dev/ttyUSB2"
       
int  main()
{
	int fd, c, res, stop = 0;
    struct termios oldtio,newtio;
    char buf[255];
        
    /* open the device to be non-blocking (read will return immediatly) */
    fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {perror(MODEMDEVICE); exit(-1);}
        
    fcntl(fd, F_SETFL, 0);
	fcntl(fd, F_SETFL, FNDELAY);        
        
    tcgetattr(fd,&oldtio); /* save current port settings */
        
    /* set new port settings for canonical input processing */
    newtio.c_cflag = BAUDRATE | CRTSCTS | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
    newtio.c_oflag = 0;
    newtio.c_lflag = ICANON;
           
    newtio.c_cc[VMIN]=1;
    newtio.c_cc[VTIME]=0;
        
	tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio);
	tcflush(fd, TCIFLUSH);
	
	
	/* loop while waiting for input. normally we would do something */
    while ( stop == 0)
	{
		usleep(100); 
        fflush (stdout);
        res = read(fd,buf,10);
         
        for( c=0; c<res; c++)
        {
           printf("%c", (char) buf[c]);
        }
        
	}
    tcsetattr(fd,TCSANOW,&oldtio);/* restore old port settings */
 return 0;
 }

Самостоятелна подготовка

1. Напишете името си на латиница, преобразувайте буквите с двоичен код и създайте времева диаграма на физическия сигнал. 1. Да се напише програма, която изпраща символите от клавиатурата към серийния порт.

Край

Задача 11 Деинсталирайте GTKterm.

Упътване: Използвайте командата. 

:~$ sudo apt-get purge gtkterm


Литература

Retrieved from "https://ilianko.com/index.php?title=Сериен_порт&oldid=2418"