Синхронная и асинхронная передача информации

Взаимодействие передатчика ПРД и приёмника ПРМ предполагает согласование во времени моментов передачи и приёма квантов информации. При синхронной передаче передатчик ПРД поддерживает постоянные интервалы между очередными квантами информации в процессе передачи всего сообщения или значительной его части. Приёмник ПРМ независимо или с помощью поступающих от передатчика управляющих сигналов обеспечивает приём квантов в темпе их выдачи.

Для реализации синхронного режима передачи при последовательном интерфейсе передатчик ПРД в начале сообщения передаёт заранее обусловленную последовательность бит, называемую символом синхронизации SYN. Переход линии интерфейса из состояния «1» в состояние «0» используется приёмником для запуска внутреннего генератора, частота которого совпадает с частотой генератора в передатчике; приёмник ПРМ распознаёт передаваемый символ SYN, после чего принимает очередной символ сообщения, начиная с его первого бита. Этот процесс иллюстрируется на рис.4.

Рис.4.

Постоянство интервалов передачи (и приёма) символов обеспечивается синхронно работающими независимыми генераторами в передатчике и приёмнике, которые обладают высокой стабильностью частоты.

При нарушении синхронизации передатчик должен вставить в последовательность передаваемых байт сообщения дополнительные символы SYN. Если при последовательной передаче используются дополнительные линии интерфейса, то синхронная передача передатчика и приёмника поддерживается сигналами синхронизации, передаваемыми по данной линии от передатчика к приёмнику.

Аналогично с помощью сигнала синхронизации реализуется синхронная передача в параллельном интерфейсе. В качестве сигнала синхронизации используется стробирующий сигнал. Очередной квант данных передаётся только по прошествии интервала времени T_сi, т.е. когда предшествующий квант при нормальной работе должен быть уже принят, зафиксирован и распознан в приёмнике. Если передача данных через интерфейс производится между передатчиком ПРД и одним из приёмников ПРМ, то интервал синхронизации T устанавливается в расчете на наиболее медленный приёмник ПРМ, т.е. T >= max T_сi.

Передачу называют асинхронной, если синхронизация передатчика осуществляется при передаче каждого кванта данных. Интервал между передачей квантов данных непостоянен.

При асинхронном последовательном интерфейсе каждый передаваемый квант данных «обрамляется» стартовыми и стоповыми сигналами (рис.5).

Рис.5.

Изменение состояния линии интерфейса (например, из высокого уровня в низкое и нахождение в этом состоянии определённое время) является стартовым сигналом для приёмника и служит сигналом генератора в приёмнике. При стоповом сигнале линия переводится в исходное состояние, данный перевод служит сигналом для остановки генератора приёмника. Таким образом, в асинхронном последовательном интерфейсе синхронизация передатчика и приёмника поддерживается только в интервале передачи одного кванта (байта, октета).

При параллельном интерфейсе режим асинхронной передачи обычно реализуется по схеме «запрос-ответ». Временная диаграмма взаимодействия приёмника и передатчика приведена на рис.6.

Рис. 6.

Приёмник ПРМ, получив сигнал по линии строба и зафиксировав байт сообщения по линиям Л₁ - Л_m, формирует ответный сигнал – квитанцию RCP, пересылаемый в передатчик ПРД; такую передачу называют передачей с квитированием. Сигнал RCP является разрешение передатчику перевести линии Л₁ - Л_m и линию стробирования в исходное состояние, после чего приёмник ПРМ также сбрасывает сигнал RCP. Сброс сигнала RCP служит для передатчика разрешением на передачу очередного байта. Затраты времени на асинхронную передачу T_а составляют при τ_ПРД=τ_ПРМ=τ

T_а = 4τ_л + 2τ_ПРД + 2τ_ПРМ = 4(τ_л + τ),

где τ_л - время распространения сигнала по линии,

τ_ПРД , τ_ПРМ – задержки на формирование ответного сигнала в передатчике и приёмнике соответственно.

При такой организации линий Л₁ - Л_m часть времени не используются для передачи.

Для увеличения пропускной способности асинхронного интерфейса используют две линии стробирования (STR1 и STR2) и квитирования (RCP1 и RCP2). Организацию передачи данных при таком подходе иллюстрирует рис.7.

Рис.7

Интервал T_а между передачей квантов данных в этом случае составит T’_а = 2(τ_л + τ).

Квитирование позволяет как бы подстроить темп обмена под каждое конкретное устройство и обеспечить в ряде случаев высокий темп обмена, несмотря на необходимость передачи сигналов в двух направлениях.

Кроме того квитирование обеспечивает высокую надёжность передачи данных путём контроля по тайм-ауту. Так как при такой организации передачи данных передатчик должен получить сигнал-квитанцию о получении данных в течение определённого времени. Если за это установленный интервал T_Т-а сигнал передатчиком не будет получен, то фиксируется отказ. Интервал T_Т-а называют интервалом тайм-аута и его величина должна удовлетворять условию:

T_Т-а > max{T_ai},

где T_ai - возможные интервалы между выдачей квантов данных устройствами при отсутствии отказов.

Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы. Исторически первыми начали использоваться последовательный интерфейс RS-232, параллельный интерфейс.

Интерфейс RS-232

Интерфейс RS-232 предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные, к оконечной аппаратуре каналов данных. На данный момент компьютер, принтер, плоттер и другое наиболее распространенное периферийное оборудование в роли аппаратуры передачи данных практически не используются, в ввиду низкой скорости интерфейса. Тем не менее, интерфейс очень широко распространен в промышленности (датчики давления, температуры, движения; системы управления задвижками на нефтяных трубах, системы управления крепями в шахтах, текстовые терминалы управления промышленных и бортовых компьютеров и т.д.), т.к. обладает одним неоспоримым преимуществом – очень низкой стоимостью, вкупе с невысоким требованиям к скорости в промышленной аппаратуре.

Зачастую стандарт преобразуется в интерфейсы RS-422 и RS-485, часто используется для подключения аналоговых модемов, что в конечном итоге позволяет значительно смягчить требования к качеству и длине линии связи.

Информация по линиям интерфейса RS-232 передается асинхронно последовательным кодом. Это означает, что передатчик посылает байт данных бит за битом. Для такой последовательной передачи требуется только две линии (два провода). Стандарт RS-232 использует несимметричные передатчики и приемники – сигнал передается относительного общего провода. Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств, т.е. при подключении устройств одно или оба порта должны быть обесточены, в противном случае возможно повреждение портов вследствие разницы потенциалов. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне –12... –3В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12В. Диапазон –3...+3В – зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии считается измененным только после пересечения порога (см. рис. 8).

Рис. 8. Уровни сигналов интерфейса RS-232

В стандарте при передаче слов (посылок) информации реализуется так называемый старт-стопный метод, т.е. каждое передаваемое слово начинается специальным старт-битом, позволяющим приемнику определить начало передачи слова. Затем передается информационный байт младшими битами вперед бит за битом, т.е. первым передается младший значащий бит (МЗБ), а последним старший (СЗБ). После битов данных может следовать бит контроля (бит проверки четности/нечетности). Иногда бит проверки может отсутствовать. Бит контроля предназначен для повышения уровня достоверности при приеме данных и показывает четно или не четно в байте информации кол-во нулей и единиц. Завершение передачи слова отмечается специальными стоп-битами (см. рис. 9).

Рис.9. Формат слова в RS-232

Таким образом, формат слова определяет следующие особенности передачи информации через интерфейс:

1. число битов, используемых для кодирования самого переносимого символа;

2. наличие или отсутствие контроля по четности;

3. способ формирования контрольного бита;

4. число стоп-битов.

Как рассматривалось ранее, старт бит является для приемной стороны сигналом начала слова. По этому сигналу на приемной стороне запускается в работу специальный аппаратный узел — сдвиговый регистр, который «собирает» в параллельный код принятое бит за битом слово информации. Биты передаются с известной приемнику и передатчику частотой, измеряемой в бодах в секунду. Боды - это количество передаваемых изменений сигнала (бит) в секунду. При этом учитываются и старт/стопные биты, а также бит четности. Иногда используется другой термин - биты в секунду (bps). Здесь имеется в виду эффективная скорость передачи данных, без учета служебных битов. Передатчик и приемник используют разные источники синхронизации, которые работают с близкой, но все-таки различающейся частотой. Сильное расхождение частот приемника и передатчика вызывает возникновение специфической для асинхронной связи ошибки, называемой ошибкой кадрирования. Так же ошибка кадрирования может возникать тогда, когда формат слова приемника и передатчика не согласованы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: