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<H1>www.aud24.net : A. Uphues: "Grundlagen: Die Serielle Schnittstelle"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>17.09.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Industrial Computer Source (Deutschland) GmbH:</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>A. Uphues: "Grundlagen: Die Serielle Schnittstelle"</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Eigenschaften der seriellen Schnittstelle sowie anwendbare Funktionstestverfahren</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Serielle und parallele Schnittstellen stellen trotz des Marketing-Hypes um drahtlose Übertragung immer noch die grundlegenden Kommunikationsmöglichkeiten von PCs dar. Die seriellen Schnittstellen werden hauptsächlich bei Peripheriegeräten eingesetzt, die eine bidirektionale Kommunikation mit dem System verlangen. Der Beitrag schildert die technische Eigenschaften der seriellen Schnittstelle sowie anwendbare Funktionstestverfahren.<BR><BR>Eine serielle Schnittstelle überträgt Daten bitweise, d.h. ein Bit nach dem anderen. Als Transportmedium dient eine Eindrahtleitung. Die Aufbereitung der Daten, d.h. die Codierung und Decodierung des seriellen Datenstroms erfolgt auf der Rechnerseite entweder in einem auf der Hauptplatine des Rechners integrierten Input/Output-Chip, der in der Standardversion zwei serielle Schnittstellen bedienen kann, oder mit einem Chip, der Bestandteil einer PC-Einsteckkarte ist. Diese Steckkarten bietet der Markt in unterschiedlichsten Variationen, mit zahlreichen Schnittstellenkombination. Die folgende Beschreibung einiger Merkmale der seriellen Schnittstelle soll die Selektion der ‚richtigen‘ Schnittstelle in einer Anwendung erleichtern.<BR><BR>Protokoll<BR><BR>Die asynchrone serielle Schnittstelle wurde als der eigentliche Kommunikationsweg für Verbindungen von Rechner zu Rechner entworfen. Hier wird bei den gesendeten Daten kein Synchronisations- oder Taktsignal zugrunde gelegt. Die Daten setzt der Sender in beliebigen Abständen zum Empfänger ab, die Daten können also auch vollkommen unregelmäßig gesendet werden.<BR>Alle Daten bzw. Zeichen, die über eine serielle Verbindung übertragen werden, besitzen ein standardisiertes Start- und Stoppsignal. Diese kennzeichnen den Anfang und das Ende einer übertragenen Bitfolge kennzeichnen. Das Startbit, ein einzelnes 0-Bit, geht jeder Bitfolge voraus, um dem Empfänger anzuzeigen, dass die folgenden acht Bit (ein Byte) ein Zeichen darstellen. Um dem Empfänger mitzuteilen, dass das Zeichen nun vollständig übertragen wurde, werden zum Schluss ein oder zwei Stoppbits gesendet. Auf der Empfängerseite der Kommunikationsverbindung werden die Zeichen als solche nicht durch ein synchronisiertes zeitliches Eintreffen erkannt, sondern durch eben diese Start- und Stoppsignale, weshalb die asynchrone Schnittstelle daher als zeichenorientiert bezeichnet wird. <BR><BR>Varianten der Schnittstellen-ICs<BR><BR>Der UART-Baustein (Abk. für universeller asynchroner Empfänger-Überträger) ist der wesentliche Bestandteil einer asynchronen seriellen Schnittstelle. Der Chip kontrolliert den gesamten Bearbeitungsvorgang bei der seriellen Datenübertragung. Außerdem ist dieser zuständig für die Aufspaltung der ursprünglichen parallelen Daten vom PC in das serielle Format und für die spätere Umwandlung von seriellen Daten zurück in das parallele Format. Im PC setzen die Hersteller UART-Schaltkreise des Typs NS 8250, 16450 oder 16550 bzw. dessen Nachfolger 16650 und 16750 ein. Die Bausteine des Typs 8250 oder 16450 verfügen über einen nicht ausreichend großen FIFO-Speicher, sodass die Datenübertragung mit an deren serielle Schnittstellen angeschlossenen modernen Modem oder ISDN-Terminaladaptern mit Fehlern behaftet sein kann bzw. nicht die volle spezifizierte Datenrate zur Verfügung steht. Gegebenenfalls können ältere Schnittstellen aufgerüstet werden. Dank der Weiterentwicklungen des UART-Bausteins kann mittlerweile auch ein ISDN-Terminal-Adapter mit der vollen Datenrate an einer seriellen Schnittstelle arbeiten. <BR>So ist der gepufferte Hochgeschwindigkeits-UART-Chip 16550A (oder höher) mit dem UART 16450 pinkompatibel (Tab. 3). Auf einfache und preiswerte Art kann die Leistung der seriellen Schnittstelle durch Austauschen des Chips verbessert werden.<BR><BR>Konfiguration der seriellen Schnittstellen<BR><BR>Bei jedem Zeichen, das die serielle Schnittstelle empfängt, muss sie einen Interrupt (IRQ) generieren, um die Ankunft des Zeichens zu signalisieren. In der Standardkonfiguration (Tab. 4) belegt die Schnittstelle COM1 den IRQ4 und COM2 den IRQ3.<BR>Wenn eine serielle Schnittstelle in einem System installiert wird, muss sie für die Verwendung einer bestimmten I/O-Adresse (Portadresse) konfiguriert werden. Nicht so versierte PC-Benutzer sollten bei der Einrichtung solcher Schnittstellen den Voreinstellungen folgen.<BR>Obgleich viele serielle Schnittstellen von COM3 bis COM8 so eingerichtet werden können, dass sie sich den IRQ3 und IRQ4 mit COM1 und COM2 teilen, ist diese Praktik keinesfalls zu empfehlen. Bewährt hat es sich dagegen, den COM3 auf IRQ10 und COM4 auf IRQ11 einzustellen (falls verfügbar). Falls Schnittstellen oberhalb von COM3 verlangt werden, ist die Anschaffung einer speziellen seriellen Multi-Port-Karte zu empfehlen.<BR><BR>Testen serieller Schnittstellen<BR><BR>Für die seriellen und parallelen Schnittstellen können Sie auch Fehlerdiagnosen oder Tests durchführen. Die Tests basieren entweder auf reinen Softwarelösungen, wie ‚MSDS‘ von Microsoft, oder Diagnosesoftware in Verbindung mit einem speziellen ‚Loopback‘-Stecker für die Schnittstelle. Bei Herstellern von Schnittstellenkarten wie Sealevel gehören diese Stecker zum Lieferumfang.<BR>MSD ist ein Diagnoseprogramm, das zusammen mit MS-DOS ab der Version 6 mit Microsoft Windows oder Windows 95 ausgeliefert wird. Die Datei ist im Verzeichnis \other\oldmsdos oder \tools\oldmsdos abgelegt. MSD wird nicht automatisch installiert, sondern muss entweder direkt gestartet werden oder auf die Festplatte kopiert werden. Dieses Programm ist zumindest hilfreich für die Feststellung, ob die Schnittstellen überhaupt ansprechbar sind. Es teilt mit, welche Schnittstelle funktioniert und welche nicht.<BR><BR>Loopback-Fehlerdiagnose<BR><BR>Ein interner Loopback-Test wird durchgeführt, indem man alle Kabel von den Schnittstellen abzieht und die entsprechende Diagnosesoftware laufen lässt. Ein externer Test prüft zusätzlich die angeschlossenen Kabel. Dieser Test erfordert einen speziellen Stecker, der auf die zu testende Schnittstelle gesteckt wird. Ein Loopback-Stecker verbindet die Ein- und Ausgänge der Schnittstelle miteinander, sodass gesendete Daten unverzüglich wieder empfangen und von der Diagnosesoftware getestet werden können. Loopback-Stecker liegen bei guten Herstellern dabei.<BR><BR>Pin-Belegung der Stecker/Buchsen<BR><BR>Die serielle Schnittstelle wird i.d.R. aus einem Gerät entweder als 9-polige (insbesondere ältere AT-Rechner) oder 25-polige Buchse (XT, PS2) herausgeführt. Tabelle 1 und 2 zeigen die Pinbelegung für diese Anschlüsse.<BR>AD51302<BR><BR>Abbildungsunterschriften<BR>Aufmacher: PCI-Bus-Single-Port-Schnittstellenkarte mit RS-232, 422-, 485-, und 530-Interface<BR>Tab. 1: Pin-Belegung des 9-poligen seriellen Anschlusses für den AT<BR>Tab. 2: Pin-Belegung des 25-poligen seriellen Anschlusses für den XT und PS/2<BR>Tab. 3: UART-Referenz-Tabelle<BR>Tab. 4: Standard I/O Adressen und Interrupts für serielle Schnittstellen</TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:55 Uhr aktualisiert</I></P>
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