آنچه باید در باره پورت سریال بدانید

وقتی یک ریز پردازنده با دنیای خارج تبادل اطلاعات می کند بسته های داده را به ابعاد بایت فراهم می کند . در بعضی موارد همچون چاپگر ها ، اطلاعات به راحتی از گذرگاه داده ۸ بیت اخذ شده و به گذرگاه داده ۸ بیت چاپگر تحویل داده می شود . در این روش اگر کابل زیاد طولانی نباشد عملی است زیرا کابل های طولانی ، سیگنال ها را تضعیف و حتی تغییر شکل می دهند . بعلاوه مسیر ۸ بیت گران هم هست . بنابر این در تبادل داده بین دو سیستم با فاصله ای تا صد ها فوت یا میلیون ها کیلو متر از اتصال سریال استفاده می شود .

شکل انتقال موازی در مقایسه با سری :

واقعیت استفاده از یک خط داده در تبادل سریال به جای خط داده ۸ بیت در تبادل موازی ، نه تنها موجب ارزانی فرایند می شود بلکه موجب تبادل اطلاعات دو کامپیوتر واقع در دو شهر از طریق خط تلفن می گردد . برای راه اندزی تبادل سریال داده تا اینکه بخواهیم تبادل سریال داشته باشیم باید از گذرگاه ۸ بیتی ریز پردازنده گرفته شده و با استفاده از شیفت رجیستر ورودی – موازی – خروجی – سریال به بیت های سریال تبدیل گردد که آنگاه قابل ارسال به یک خط داده خواهد بود . واضح است که در سمت گیرنده ، باید یک شیفت رجیستر ورودی – سریال – خروجی موازی برای دریافت داده ارسالی وجود داشته باشد و پس از بسته بندی کردن بصورت  بایت ، آنها را به گیرنده تحویل دهد

ضمناً اگر قرار باشد داده از طریق خط تلفن انتقال یابد ، باید آن را از ۰ و ۱ به سیگنال های صوتی که سینوسی شکل هستند تبدیل کند . این تبدیل توسط دستگاهی به نام مودم که به معنای مودولاتور ( modulator) کد کننده / دمولاتور ( demodulator) دی کد کننده است انجام می شود .

وقتی فاصله کوتاه است ، سیگنال دیجیتال به همان شکل طبیعی است روی یک سیم معمولی ارسال می گردد و نیاز به مدولاسیون ندارد ( کد کردن ) .این روشی است که درIBM ، داده بین صفحه کلید و برد اصلی انتقال می یابد . با این وجود برای راه دور انتقال داده به وسیله تلفن نیاز به مودم دارد تا صفرها و یک ها  را به سیگنال صوتی و برعکس تبدیل نماید

روش های تبادل داده ها به صورت سریال :

در تبادل داده دو روش را به کار می بریم که یکی روش همزمان و دیگری غیر همزمان است . روش همزمان هر بار یک بلوک از داده را انتقال می دهد درحالی که روش غیر همزمان هر بار یک بایت را منتقل می سازد .

می توان برای پیاده کردن هر یک از دو روش فوق ، نرم افزاری تهیه کرد ، ولی برنامه ها می توانند طولانی و خسته کننده باشند . به این دلیل ، تراشه های IC خاصی به وسیله سازندگان متعددی برای تبادل سریال داده ساخته شده است . این تراشه ها عموماً UART ( فرستنده – گیرنده غیر همزمان یونیورسال ) و USART( فرستنده گیرنده همزمان – غیر همزمان یونیورسال ) خوانده می شوند.

انواع ارسال ها بین گیرنده و فرستنده:

۱-     ارسال یک طرفه

۲-     ارسال نیمه دوطرفه

۳-     ارسال تمام دوطرفه

ارسال ساده یا یک طرفه همچون چاپگرها ست که در آن کار کامپیوتر ها داده را ارسال می نماید.که شکل ارسال ساده یا یک طرفه به این صورت است.

– ارسال می تواند نیمه و تمام دو طرفه  باشد. این بستگی به امکان انتقال  همزمان داده در دو جهت دارد.اگر داده در هر زمان فقط در یک جهت ارسال شود به آن نیمه دو طرفه گویند.اگر امکان ارسال دو جهته همزمان  داده وجود داشته باشد آن را تمام دو طرفه می نامند. البته تمام دوطرفه علاوه بر خط  زمین نیاز به دو خط داده دارد که یکی برای ارسال و دیگری برای دریافت می باشد.

شکل ارسال نیمه دو طرفه و انتقال تمام دو طرفه به این صورت است.

– تبادل سریال غیر همزمان و بسته بندی داده:

به هنگام انتقال سریال ،داده رسیده به مقصد از ۰ و ۱ تشکیل شده بنابراین تشخیص آن مشکل است مگر این که فرستنده و گیرنده بر اساس مجموعه قوانینی با یکدیگر توافق داشته باشند.این قوانین که به آن پروتکل می گویند،چگونگی بسته بندی داده،تعداد بیت های تشکیل دهنده کاراکتر و زمان ابتدا و انتهای داده را مشخص می سازد.
– بیت های شروع و ختم:

تبادل سریال غیر همزمان داده به طور گسترده ای برای ارسال های مبتنی بر کاراکتر مورد استفاده قرار می گیرند، ولی انتقال داده مبتنی بر بلوک از روش همزمان استفاده  می نماید.در روش غیر همزمان هر کاراکتر  بیت های شروع و ختم قرار می گردند.به این عمل بسته بندی می گویند.در روش بسته بندی داده برای تبادل غیر همزمان ،داده مانند  کاراکتر های اسکی،بین بیت های شروع و ختم بسته بندی می شوند.بیت شروع همیشه یک بیت  است ولی ختم می تواند یک یا چند بیت باشد.بیت شروع همیشه ۰ ولی بیت های ختم همواره ۱ است.

به عنوان مثال کاراکتر اسکی”A”  با دودویی ۰۱۰۰۰۰۰۱  (۴۱h)  بین بیت شروع و دو بیت ختم قرار گرفته است.

در این شکل  هنگامی که انتقال صورت نمی گیرد،سیگنالی که به آن نشانه می گویند ۱ است به ۰ نیز فاصله می گویند.

دقت داشته باشید که ارسال بایت شروع آغاز  شده و به دنبال آن Do یعنی کم ارزشترین بیت و پس از آن بقیه بیت ها تا یD7 و نهایتاً دو بیت ختم به معنای پایان کاراکتر A ارسال می شوند.

– سرعت انتقال داده:

سرعت انتقال داده در تبادل سریال داده بر حسبbps   (بیت بر ثانیه) بیان می شود.اصطلاح دیگری که بطور گسترده ای از آن استفاده می شود میزان باود (انتقال) می باشد.با این وجود،bps  و باود لزوماً یکی نیستند. علتش این است که باود از اصطلاحات مودم است و به صورت تعداد سیگنال در ثانیه می باشد. در مودم ها مواردی وجود دارد  که تغییر سیگنال موجب انتقال چندین بیت داده می گردد. از دیدگاه سیم هادی باود و bps یکسان هستند و به این دلیل  bps و باود قابل تعویض خواند بود.سرعت انتقال داده از یک سیستم کامپیوتر به پورت های آن بستگی دارد. مثلاً IBM pc/XT اولیه می توانست از ۱۰۰۰ تا ۹۶۰۰bps   را منتقل نماید. با این وجود در سالهای اخیر pc های مبتنی بر پنتیوم دارای سرعتی تا ۵۶kbps می باشند. دقت کنید که در تبادل غیر همزمان سریال داده و میزان باود محدود به ۱۰۰۰۰۰bps  است.

– استانداردهای RS232

برای ایجاد امکان سازگاری در میان تجهیزات تبادل داده ساخت سازندگان مختلف، یک استاندارد واسطی به نام RS232 بوسیله سازمان x صنایع الکترونیک (EIA) در ۱۹۶۶ بر پا شد. در سال ۱۹۶۳ استاندارد فوق اصلاح و RS232  نام گرفت. RS232 وRS232c   به ترتیب در سال های ۱۹۶۵ و ۱۹۶۹ معرفی گردیدند.

امروزه RS232 یک استاندارد واسط IP با کاربردی  گسترده است. این استاندارد در pc ها و تجهیزات بسیاری بکار رفته است. با این وجود چون استاندارد مذکور قبل از خانواده منطقی TTL نام نهاده شده ، سطوح ولتاژ ورودی و خروجی سازگار با TTL نیستند. در S232  منطق ۱ با ۳- تا ۳+ تعریف نشده است.

به همین دلیل برای اتصال هر RS232 به یک سیستم  مبتنی بر میکرو کنترلر باید از مبدل های ولتاژی همچونMAX2132  برای تبدیل از سطح TTL به سطح RS232 و برعکس استفاده می کنیم. تراشه های MAX232 به نام راه اندازهای خط و گیرنده های خط نام گذاری شده اند.

– پایه های RS232 :

جدول روبرو لایه ها و اسامی آنها را برای کابل RS232 نشان می دهد که اغلب آن را رابط DB-25  می خوانند.

– در نام گذاری DB-25 به رابط پلاگ DB-25 به رابط سوکت گفته می شود.

توصیف پایه

۱-     زمین حفاظت شده داده ارسالی ثانویه

۲-     داده ارسال شده

۳-      داده دریافت شده

۴-     تقاضای ارسال

۵-     پاک برای ارسال

۶-     داده آماده

۷-     زمین GND

۸-      تشخیص حامل داده

۱۰/۹ – رزرو برای تست

۱۱- اختصاص نیافته

۱۲- تشخیص کامل داده ثانویه

۱۳- پاک کردن برای ارسال ثانویه

۱۴-  TXDزمان بندی جزء سیگنال ارسالی

۱۵-RXD  داده دریافتی ثانویه

۱۶- RTS زمان بندی جزء سیگنال دریافتی

۱۷- CTS اختصاص نیافته

۱۸- DSR تقاضای ارسال ثانویه

۱۹- داده پایانه آماده (DTR)

۲۰- DCD  تشخیص دهنده کیفیت سیگنال

۲۱- زمان بندی جزء  سیگنال ارسالی

۲۲- اختصاص نیافته

چون همه لایه ها در کامپیوتر جدید بکار رفته اند،IBM ،نوع DB-9 از استاندارد IP سریال را که فقط ۹ پایه داشت طبق جدول روبرو معرفی کرد.

توصیف پایه ها

۱-     تشخیص حامل داده DCD

۲-     داده رسیده RXD

۳-     داده ارسال شده TXD

۴-     پایانه داده  آماده DTR

۵-     سیگنال زمین SCND

۶-      مجموعه داده آماده DSR

۷-     تقاضای ارسال RTS

۸-     آمادگی برای ارسال CTS

۹-     تشخیص دهنده RT

۱۰-طبقه بندی تجهیزات تبادل داده

۱۱-تشخیص دهنده  زنگ

۱۲-انتخاب میزان سیگنال داده

تجهیزات تبادل داده را به صورت) DTE تجهیزات پایانه داده) و یا  DCE(تجهیزات تبادل داده) دسته بندی می کند. DTE به پایانه و کامپیوترهایی گفته می شود که داده را ارسال یا دریافت می نمایند، در حالیکه DCE به تجهیزاتی  همچون مودم که مسئول ارسال به خطوط اتصال است گفته می شود.

– بررسی سیگنال  دست دهی RS232:

روش دست دهی برای دستگاه های با سرعت ناهمگن یا نامساوی  کار می کنند احتیاج به روشی داریم که ارتباط را بین این دو دستگاه به صورت  همزمان برقرار می کند.

۱-     DTR آمادگی پایانه داده (Data Terminal Ready) وقتی که پایانه ( یا پورت ( com در pc روشن شود. پس از یک سری تست های درونی، pc سیگنال  DTR را به بیرون  ارسال می نماید تا آمادگی خود را برای تبادل داده اعلام نماید.اگر شکلی در پورت com وجود داشته باشد این سگنال فعال نمی گردد. این سیگنال، یک سیگنال فعال یا بین بوده و به مودم اطلاع می دهد که آماده است. این پایه یک خروجی  از DTE پورت com در pc در یک ورودی به مودم است.

۲-      dspآماده دریافت داده یا مجموعه داده آماده) ( Data Set Ready)وقتی  که یک DCEمودم) روشن شود و شروع به تست خود کند یک DSR را صادر می نماید تا آمادگی تبادل اطلاعات را اعلام نماید.بنابراین سیگنال مذکور یک خروجی از مودم(DCE) ورودی به(DTE) PC  است. این هم یک سیگنال فعال پایین است. اگر به هر دلیلی قادر به ارتباط با تلفن نباشد،این سینگال غیر فعال شده و به PC (پایانه) عدم آمادگی ارسال و دریافت داده را اعلام می نماید.

۳-      RTSتقاضای ارسال) وقتی وسیله DTE مانند PC) دارای بایتی برای ارسال است.سیگنال RTC را ایجاد می کندتا به مودم داشتن یک بایت داده برای ارسال را اعلام نماید.RTC  یک خروجی فعال پایین از DTE و ورودی به مودم است.

۴-     CTS خالی برای ارسال) در پاسخ به RTS وقتی که مودم برای ذخیره داده دریافتی دارد، سیگنالCTS  را به DTE (PC) می فرستند تا آمادگی خود برای دریافت در آن لحظه به اطلاع برساند.

۵-     CD یا DCD تشخیص عامل، یا تشخیص حامل داده) مودم، سیگنال سیگنال DCD را برای اطلاع DTE ( PC) ارسال می دارد تا تشخیص حامل معتبر در ارتباط بین خود و دیگر مودم ها را اعلام نماید. بنابراین DCD یک خروجی از مودم و ورودی به یک (DTE) PC است.

۶-     RI  اعلام زنگ) (RING INDICATOR) این خروجی از مودم ورودی به (DTE) PC ،زنگ زدن تلفن را خبر می دهد.این سیگنال با صدای زنگ به طور همزمان  خاموش و روشن می شود. از ۶ سیگنال دست دهی،PC سوال پاسخگوی  به تلفن باشد، این سیگنال می تواند بکار رود.

توضیحات فوق توصیف مهمترین پایه های ۹ گانه دست دهی RS232 را به همراه  TXDوRXD و زمین پایان می دهد.زمین را SG (زمین سیگنال)هم می گویند.

مثلاً یک مثال ساده اگر بخواهیم ۲ کامپیوتر را به صورت ساده شبکه کنیم نیاز به سه پایه زمین ،txdوrxd داریم .

RXD: از طریق این پورت اطلاعات دریافت می گردد .

TXD: از طریق TXD اطلاعات انتقال پیدا می کند .

-پورت های COM  و IBMPC و سازگار آنها

کامپیوتر هایIBMPC  و سازگارهای مبتنی بر (۸۰۸۶،۲۸۶،۳۸۶و۴۸۶ و پنتیوم ) معمولاً پورت COMدارند. هر دو پورت کانکتورهای نوع RS232 را دارا می باشند. بسیاری از PC ها یک  DB-25 و یک DB-9 را بکار میبرند. پورت های COM با COM1 و COM2 نام گذاری شده اند در سالهای اخیر COM1 برای ماوس و COM2 برای وسایلی چون مودم بکار رفته اند.
– پایه RXD: از طریق این پورت اطلاعات دریافت می گردد.

– پایه TXDاز طریق TXD  اطلاعات انتقال پیدا می کند.

هنگامی که دو کامپیوتر قصد تبادل اطلاعات را دارند اطلاعات از طریق این پایه ها رد و بدل می گردد.نکته قابل توجه این است که پایه RXD کامپیوتر مقصد پایه TXD کامپیوتر مبدا  و پایه TXD کامپیوتر  مقصد  به پایه RXD کامپیوتر مبدا متصل می گردد.

– چه استفاده ای از پورت COM می توان داشت:

پورت COM در گذشته برای ارتباط مودم و موس با کامپیوتر بیشترین استفاده را داشت اما امروزه با وجود تکنولوژی های جدید تر و کم حجم تر  و حتی زیباتر (مانندPS2 برای ارتباط با موس) کارایی خود را در این زمینه  تقریباً از دست داده است. از این پورت در حال حاضر برای ارتباط کامپیوتر و دستگاه های هوشمندی که از میکرو کنترولرها استفاده می کنند بهره می گیرند. به عنوان مثال  علمی در مسابقات رباتیک برای هوش دستگاه از یک کامپیوتر مادر استفاده می کنند که از طریق این پورت می توان ارتباط بین هوش مادر یعنی کامپیوتر و رباط را برآورد کرد.

و یا حتی از پورت COM می توان برای شبکه کردن دو کامپیوتر نیز استفاده کرد.
– چرا تکنولوژی های پورت های سریال هنوز هم کاربرد دارند:

در اینجا سوالی مطرح می شود که چرا تکنولوژی  های قدیمی با وجود آمدن تکنولوژی های جدید هنوز هم استفاده می شود.

برای واضح تر شدن مطلب باید به این نکته اشاره کرد که کار پورت های کامپیوتر واصل طراحی آنها برای اتصال دستگاه های جانبی و در کل انتقال اطلاعات از خارج به سیستم می باشد. حال با وجود تکنولوژی های جدید از جمله:

USB،PARALLEL  و انواع دیگر باز از پورت های سریال یا همان COM روی کامپیوتر  و کلاً انتقال اطلاعات استفاده می شود.

همان طور که اطلاع دارید هنگام کار با پورت های موازی(PARALLEL ) ما برای انتقال اطلاعات فقط به ۸ سیستم جهت انتقال اطلاعات احتیاج داریم.

این تعداد  فقط برای انتقال اطلاعات آن هم در صورتی که هر کلمه برای سیستم ۸ بیت تعریف شده باشد (سیستم دارای باس داده ۸ بایتی باشد) لازم است. اما در کار با پورت های موازی این مشکل هم وجود دارد که طول سیم نمی تواند زیاد باشد. معمولاً در فاصله بیشتر از ۱۰ متر  از این پورت  برای انتقال استفاده نمی کنیم.

اما در USB هم به چهار سیم احتیاج داریم و اینکه کار با این پورت نسبتاً سخت می باشد. جالب است بدانیم با وجود اینکه  حدود ۵ سال از ارائه اولین نسخه USB می گذرد اما تنها  یک منبع  فارسی در مورد انتشار یافته و انتقال اطلاعات از این پورت هم در فواصل دور هزینه های سنگینی دارد.

اما در پورت ها ی سریال برای انتقال داده ما حداکثر به دو سیم احتیاج داریم که یکی برای انتقال اطلاعات و دیگری برای دریافت اطلاعات بکار می رود.

بیشترین کاربرد این نوع انتقال اطلاعات در مورد خطوط اینترنت و شبکه می باشد.زیرا این استاندارد در فواصل طولانی بسیار به صرفه تر و ارزان تر  از انواع دیگر انتقال است و اینکه با وجود خطوط تلفن بسیار گسترده  تر و دارای  ۲ سیم می باشد.پس بهترین نوع انتقال اطلاعات،ارتباط سریال می باشد در فواصل طولانی که همانطورکه گفتیم در این حالت کامپیوتر به صورت DTE به مودم وصل و مودم کار انتقال را انجام می دهد.

البته بدیهی است که با وجود  این مساله که کار این پورت هم  مانند بقیه پورت ها می باشد این نکته را می توان ذکر کرد که  برای انتقال اطلاعات از هر پورت دیگری می توان استفاده کرد. اما شما رد نظر بگیرید که برای ارتباط به اینترنت مجبور بودیم به صورت موازی کار کنیم.اتفاقی که می افتاد  این بود که مجبور می شدیم  بیش از ۸ سیم برای  ارتباط بهره بگیریم که این کابل ها را باید تا سرویس دهنده مورد نظر می کشیدیم و هزینه های گرانی داشت که حتی تصور آن هم به مزاج ما خوش نمی آید.به علاوه اینکه باید در فاصله هایی از یک تقویت کننده هم استفاده می کردیم.در مورد پورت USB هم این مورد برقرار است.
پس اصول تبادل سریال و پورت های سریال با توجه به مریت های زیر قابل درک می باشد و اینکه چرا این نوع پورت هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد قابل توضیح می باشد:
۱-  ارزانتر است.

۲- در فواصل دور در حال حاضر یکی از بهترین هاست (در بین پورتهای کامپیوتر هم برای ارتباطات دور بهترین و تنها انتخاب  است البته تاکید می کنیم که در بین پورت های خود کامپیوتر همچون  با وجود کارت های شبکه می بینیم این امر کمی اغراق آمیز می باشد اما با وجود خطوط تلفن موجود کمی بحث جالب تر می شود چون  دیگر احتیاجی برای  کشیدن سیم نداریم.

۳-کار با آن نسبت به بقیه پورت ها راحت تر می باشد.

۴-با وجود نوع پین های توضیح داده شده یکی از بهترین انتخاب ها برای ارتباط به صورت DTE می باشد.

البته مطالب فوق اجمالی بیان شده و ما در این مقاله  اندک توجه به محدودیت هایمان قادر به توضیح همه پورت ها و بیان مزیت ها و معایب آنها نیستیم .و فقط جهت مربوط به ارتباط سریال از طریق پورت COM و اصولانه پرداختیم که امیدواریم مورد استفاده قرار گیرد.