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Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Local Assíncrona RS-232 Curso.

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1 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Local Assíncrona RS-232 Curso de Tecnologia e Mídias Digitais PUC SP - 1º Semestre

2 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo A porta serial convencional é uma porta E/S muito antiga. Quase todos os PC's as possuem. Mas os Macs (Apple Computer) após meados de 1998 (com caixas coloridas) têm apenas a porta USB. A especificação comum é RS-232 (ou EIA-232). O conector para a porta serial é visto muitas vezes como um ou dois conectores de 9 pinos (em alguns casos 25 pinos) na parte posterior do PC. Mas a porta serial é mais do que apenas isso. Inclui a eletrônica associada, que deve produzir sinais de acordo com a especificação EIA-232. Um pino é usado para enviar bytes de dados e outro para receber bytes de dados. Um outro pino é um terra para sinais comum. Os outros pinos "úteis" são usados principalmente para fins de sinalização com uma tensão negativa constante significando "desligado", e uma tensão positiva constante significando "ligado". RS232: Porta Serial

3 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Apareceu em 1960 para especificar as conexões entre computadores e a rede publica de telefones. Somente em 1980 adquiriu as normas atuais. Utiliza-se o DB-25 para ligar DTEs (data terminal equipment) e DCEs (data comunications equipment) A norma RS-232 define três padrões: elétrico, funcional e físico. O padrão RS-232 –Definição elétrica: tensão varia entre –15v e + 15v –Definição física: tamanho máximo do conector 15 metros –Definição funcional: informa quais são os circuitos conectados a cada pino, e como é a transmissão de caracteres. RS232: Conceito – Normas recomended standard number 232 from the Electronic Industry Association

4 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo RS232: Conceito – Normas recomended standard number 232 from the Electronic Industry Association Originalmente o conector RS232 foi desenvolvido para usar 25 pinos(DB25), porém a versão de 9 pinos (DB9) vem sendo utilizada com maior freqüência.

5 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona: Conceito Tipo de comunicação que o remeteutiliza receptor não necessitam de estar sincronizados. Tipo de comunicação que ocorre com desfazamento significativo de tempo em que diferentes utilizadores em comunicação trocam informação que é enviada para ser recebida com um determinado atraso Exemplos de dispositivos assíncronos: ???

6 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Dispositivos Teclado Mouse Impressora Modems.....

7 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Transmissão (lógica) Numa transmissão assíncrona, quando queremos transmitir um bloco de dados binários, este é segmentado em conjuntos de 8 bits de informação, aos quais são acrescentados um cabeçalho, constituído de um bit, e no final um outro, constituído de um ou dois bits, formando assim um conjunto de 10 ou 11 bits denominados de caracteres (bytes) de start e stop.

8 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Transmissão (lógica) O cabeçalho é formado por um digito binário zero, também denominado de start bit, pois sinaliza o início do bloco de 8 bits de informação. O caractere final (também chamado de rabeira), é constituído de um a dois dígitos binários em um, também chamados de stop bits, indicam o fim dos 8 bits de informação. Os bits de start e stop, além de localizarem temporalmente os 8 bits de informação, também tem a função de sincronizar a fase do relógio de recepção local no terminal de recepção.

9 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Transmissão (lógica - Considerações) Fica claro que, a transmissão assíncrona, pelo fato de não se preocupar em enviar informação de sincronismo junto com os dados, possui uma implementação simples, mas, por outro lado, é pouco eficiente, pois no pior caso, para enviar 8 bits de informação necessita um total de 11 bits, tendo uma eficiência de 72%. Na transmissão de caracteres alfanuméricos, o oitavo bit às vezes ainda é utilizado para implementar um mecanismo de detecção de erros, baseado na paridade dos restantes 7 bits de informação, neste caso, a eficiência baixa para 63%.

10 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Transmissão (eléctrica – meio fisico) Como a informação é transmitida do emissor para o receptor (ex: PC para modem)? A Interface RS-232 especifica 25 circuitos de ligação, ou condutores, que controlam o fluxo de dados entre o ETD e ECD. O sinal de cada um desses condutores ocorre de acordo com uma transição de voltagem predefinida. Dessa forma, os padrões estabelecem os níveis de tensão para a transmissão de dados, onde o estado lógico 1 (marca) é definido como sendo uma tensão negativa entre -3 e -15 volts, enquanto o estado lógico 0 (espaço) é definido como uma tensão positiva entre +3 volts e +15 volts, tudo referenciado ao terra de sinal e com previsão de uma queda de tensão de 12 volts ao longo das linhas de transmissão (RUIDO).

11 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona : Transmissão (eléctrica – meio fisico) Como os receptores são obrigados a reconhecer sinais de no máximo +-3 volts, sobra uma margem de segurança (região de transição) de 6 volts entre os níveis 1 e 0, o que contribui para aumentar a imunidade a ruídos e a diferença de potencial de massa. O estado do sinal não necessariamente será identificado de forma única quando a tensão estiver na região de transição.

12 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Uma comunicação série que usa Rs-232 requer que você especifique quatro parâmetros: Baud Rate, Data Bits que codificam um caractere, o Parity Bit que é opcional e o número de Stop Bits. Cada caractere transmitido é empacotado em um frame do caractere que consiste em um único bocado de começo seguido pelos bocados de dados, no bocado de paridade opcional, e no bocado ou nos bocados de fim de pacote. Estamos a considerar bocado a cada bit

13 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity

14 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Baud Rate –A Baud Rate, é uma medida de como rapidamente os dados se estão movendo entre os instrumentos que usam uma comunicação de série. –RS-232 usa somente dois estados da tensão, chamados MARCA e ESPAÇO (MARK and SPACE). Em tal esquema de coding do dois- estados, a taxa de baud é idêntica ao número máximo dos bocados de informação, incluindo os control bits, que são transmitidos por o segundo.

15 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Baud Rate (continuação) –A MARCA (MARK)é uma tensão negativa e o ESPAÇO (SPACE) é positivo; a figura mostra como o sinal aparece num osciloscópio. Representação de um R e de um S

16 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Start Bit –Um Start Bit sinaliza o começo de cada frame do caractere. É uma transição de negativo (MARCA) à tensão positiva (do ESPAÇO); sua duração nos segundos é a recíproca da taxa de baud. Se nós estivermos transmitindo em 9600 baud, então a duração do bocado de começo e de cada bocado subseqüente será aproximadamente 0,104 ms. O frame inteiro do caráter de onze bocados seria transmitido em aproximadamente 1,146 ms.

17 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Data Bits –Os Data Bits são "de cabeça para baixo transmitidos e para trás." Isto é, a lógica invertida é usada e a ordem da transmissão é do bocado menos significativo (Least Significant Bit) para o bocado mais significativo (Most Significant Bit). Para interpretar os bocados de dados do caráter num frame, você deve ler da direita para a esquerda, e ler 1 para a tensão negativa e 0 para a tensão positiva.

18 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Parity Bit –Um bocado de paridade opcional segue os bocados de dados no frame do caractere. O bocado de paridade, estiver presente, seguir também a lógica invertida: leia 1 para a tensão negativa e 0 para a tensão positiva. –Este bocado é incluído como meio simples de verificação de erro. A idéia é esta: você especifica antes do tempo se a paridade da transmissão deve ser uniforme ou impar. Suponha que a paridade está escolhida ser impar. O transmissor ajustará então o bocado de paridade em tal maneira a respeito de faz um número impar de 1 entre os bocados de dados e o bocado de paridade.

19 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Baud Rate, Data Bits & Parity Stop Bits –A última parte de um frame do caráter consiste em 1, 1,5, ou 2 bocados de batente (STOP BITS). Estes bocados são representados sempre por uma tensão negativa. Se nenhum caractere mais adicional for transmitido, a linha permanece na condição negativa (da MARCA). A transmissão do frame seguinte do caráter, se existirem, será iniciado por um bocado de começo da tensão positiva (do ESPAÇO).

20 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Tipos de Comunicação Assíncrona Basicamente existem 3 formas de como os dados podem ser transmitidos: –Simplex: quando permite comunicação apenas em um único sentido, tendo em uma extremidade um dispositivo apenas transmissor (transmitter) e do outro um dispositivo apenas receptor (receiver). Não há possibilidade do dispositivo receptor enviar dados ou mesmo sinalizar se os dados foram recebidos corretamente. Transmissões de rádio e televisão são exemplos de transmissão simplex.

21 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Tipos de Comunicação Assíncrona –half duplex: também chamada semi-duplex quando existem em ambas as extremidades dispositivos que podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente. Durante uma transmissão half-duplex, em determinado instante um dispositivo A será transmissor e o outro B será receptor, em outro instante os papéis podem se inverter. Por exemplo, o dispositivo A poderia transmitir dados que B receberia; em seguida, o sentido da transmissão seria invertido e B transmitiria para A a informação se os dados foram corretamente recebidos ou se foram detectados erros de transmissão. A operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos é chamada de turn-around e o tempo necessário para os dispositivos chavearem entre as funções de transmissor e receptor é chamado de turn-around time.

22 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Tipos de Comunicação Assíncrona –full duplex: também chamada apenas duplex quando dados podem ser transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos. Poderíamos entender uma linha full-duplex como funcionalmente equivalente a duas linhas simplex, uma em cada direção. Como as transmissões podem ser simultâneas em ambos os sentidos e não existe perda de tempo com turn-around, uma linha full-duplex pode transmitir mais informações por unidade de tempo (maior throughput) que uma linha half-duplex, considerando-se a mesma taxa de transmissão de dados.

23 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Comunicação Assíncrona Full Duplex Em muitas aplicações RS232, existe necessidade da informação fluir ao mesmo tempo nas duas direções. Ex: conectar um terminal ASCII a um computador, a informação vai do teclado ao computador e ao mesmo tempo do computador para a tela. Neste tipo de ligação os sinais de controle são ignorados

24 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Limitações do Hardware Real Nenhum dispositivo eletrônico reproduz uma tensão exata ou muda de uma tensão a outra instantaneamente, e também nenhum fio conduz eletricidade perfeitamente – quando a a energia flui através do fio, perde-se sinal, sendo assim o sinal recebido não é perfeito. O RS-232 sabe que o hardware é imperfeito, o padrão não especifica que um receptor deve medir a tensão exatamente no começo de cada bit, o padrão determina a tomada de amostras durante o tempo alocado ao bit. Deste modo o receptor reconhecera os sinais.

25 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Largura de Banda do Hardware e a Transmissão de Bits Cada sistema tem uma largura de manda (bandwidth) limitada, isto é a taxa máxima em que um hardware pode realizar mudanças de sinal. A largura de Banda é medida em ciclos por segundos Hertz; exemplo, se uma sistema de transmissão tiver uma largura de 4000 Hz, então o hardware deste sistema pode transmitir sinais que oscilem para frente e para trás em uma taxa igual ou menor a 4000 Hz. Na década de 20, um pesquisador descobriu a relação entre a largura de banda e do número máximo de bits por segundo, conhecido como Teorema de Amostragem de Nyquist.

26 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Largura de Banda do Hardware e a Transmissão de Bits Para um sistema como o RS-232 que usa dois valores de tensão para codificar dados, o teorema de Nyquist que a taxa de dados máxima de bits por segundo que pode ser atingida sobre um sistema de transmissão B é 2B. De maneira geral, se o sistema da transmissão usa K valores de tensão possíveis em vez de 2, o teorema de Nyquist indica que a taxa máxima de bps é = 2Blog 2 K

27 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Questões: 1.É A Porta Serial Obsoleta? 2.Explique o Baud Rate e como este processo é desenvolvido. 3.Na comunicação local Assíncrona (rs232) os dados para serem transmitidos são empacotados? Explique. 4.Quando pode se dizer que um hardware de comunicação é tido como assíncrono ? 5.Já que nenhum hardware reproduz uma tensão exata como o padrão RS232 faz para que o receptor aceite o sinal transmitido ?

28 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: 1.SIM A resposta é sim, a porta serial é obsoleta, mas é ainda necessária, especialmente para Linux. A porta serial tem muitos defeitos, mas parece que quase todos os novos PCs vêm com elas. A porta serial deve passar dados entre o computador e o cabo externo. Assim, ela tem duas interfaces, ambas lentas. Primeiro consideraremos a interface via o cabo externo e o mundo de fora. O Cabo EIA-232 (RS-232) É Para Baixa Velocidade e Curta Distância A porta serial convencional RS-232 é inerentemente para baixa velocidade e severamente limitada em distância. Anunciam freqüentemente "alta velocidade", mas pode apenas funcionar a alta velocidade sobre distâncias muito curtas tais como a um modem localizado pertinho do computador. Comparado a uma placa de rede, mesmo esta "alta velocidade" é baixa. Todos os fios em cabos seriais usam um fio de retorno de terra comum, de modo que a tecnologia de pares trançados (necessários para altas velocidades) não pode ser usada sem hardware adicional.

29 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: Existem interfaces mais modernas para portas seriais mas estas não são muito populares. É algo trágico que o padrão RS-232 de 1969 não usava tecnologia de pares trançados que podia operar cerca de cem vezes mais rápido. Os pares trançados têm sido utilizados em cabos telefônicos desde a última parte do século 19. Em 1888 (113 anos atrás) a "Conferência de Cabos" relatou seu suporte ao par trançado (para sistemas telefônicos) e destacou as suas vantagens. Mas por mais de 80 anos após a sua aprovação pela "Conferência de Cabos", o RS-232 deixou de utiliza-lo. Como o RS-232 foi originalmente projetado para conectar um terminal a um modem de baixa velocidade localizado por perto, a necessidade de alta velocidade e transmissão a distâncias maiores aparentemente não foi reconhecida.

30 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: 2.A Baud Rate, é uma medida de como rapidamente os dados se estão movendo entre os instrumentos que usam uma comunicação série, isto é, a velocidade de transmissão de dados. Essa transmissão ocorre com a variação de tensão elétrica do condutor. Por exemplo na taxa de transmissão de 9600 baud, significa que são transmitidos 9600 bits por segundo

31 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: 3.Sim, neste tipo de transmissão os dados são empacotados de forma ao receptor entender a informação. Esta forma de empacotamento é a seguinte (normalmente): –1 start bit –7 bits que chamamos de caractere frame –1 parity bit –2 stop bit Devido a isto e dizemos que é um tipo de transmissão de dados de pouca eficiência 11 bits % X 100% * 7 / 11 = 63,6% de eficiência

32 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: 4.Um hardware de comunicação é classificado como assíncrono se o sinal elétrico que o transmissor enviar não contiver informações que o receptor pode usar para determinar onde os bits individuais começam e terminam.

33 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Respostas: 5.O padrão diz o quanto parecido do formato perfeito de onda um transmissor deve emitir e quanto tolerante à perfeição um receptor deve ser.

34 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Anexo: Significado de cada pino do DB25 Protective Ground – Ligado ao modem com objetivo de proteger o equipamento e o operador contra descargas elétricas. Transmitted Data – Os dados (na forma digital) vindos do dispositivo ETC são encaminhados para o ECD para a transmissão. Esses dados sofrerão modulação (modem analógico) ou codificação modem digital para serem colocados no meio de transmissão. Received Data – Os dados recebidos pelo modem sofrem a demodulação (modem analógico) ou a decodificação (modem digital) e são encaminhados ao ETD 3 na forma digital. Request to Send – Indicação do terminal para o modem alertando que a transmissão pode ser iniciada. Clear to Send – Indicação do modem ao terminal informando que o mesmo está pronto para transmitir dados. É um sinal de resposta ao sinal RTS. Data Set Ready – Indicação do modem ao terminal indicando que o mesmo está pronto para operar. Signal Ground – Estabelece uma referência de aterramento para as linhas. Pode ser associado ao pino 1.

35 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Anexo: Significado de cada pino do DB25 Carrier Detect – Enviado pelo modem ao terminal, indica que o modem está recebendo um sinal na linha com característica de portadora. Secondary Received Signal Detect – Equivalente ao CD, exceto por ser utilizado para indicar se o sinal de linha do canal secundário está dentro de limites apropriados. Secundary Clear to Send – Equivalente ao sinal CTS, exceto por ser utilizado se o ECD é condicionado para transmitir dados no canal secundário. Secondary Transmitted Data – Equivalente ao TD, exceto por utilizar o canal secundário para transmitir dados. Transmit Timing – O modem informa ao terminal o sinal de relógio (clock) utilizado para temporizar os dados que são transmitidos. Secundary Received Data – Equivalente ao RD, exceto pela sua utilização para receber dados no canal secundário. Received Timing – O modem síncrono informa ao terminal qual o clock dos dados recebidos. Secondary Request to Send – Equivalente ao RTS, exceto pela sua utilização para controlar a função de transmissão do canal secundário do ECD.

36 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Anexo: Significado de cada pino do DB25 Data Terminal Ready – Controla a conexão do modem à linha telefônica. Signal Quality Detector – Indica a probabilidade de existência de um erro nos dados recebidos. Ring Indicator – O modem avisa ao terminal a detecção de uma chamada telefônica (Ring). Data Rate Detector – Permite que o terminal selecione a velocidade de transmissão do modem. Transmit Timing – O terminal fornece ao modem assíncrono a base de tempo (clock) a ser utilizado para a transmissão de dados

37 Comunicação Local Assíncrona – RS232 Tecnologia e Mídias Digitais – PUC 2002 Redes Moisés Machado Paulo Macedo Material de Apoio:Livros Redes de Computadores e Internet – Comer, E. Douglas –Capitulo 4 (pág. 43 – 53) Redes de Computadores – Luis Fernando Gomes,Wildo Lemos, Sérgio Laucher Pesquisa na Internet (alguns sites mais significativos) Pode ainda participar em grupos de discussão sobre RS232 através de ainda participar em grupos de discussão sobre RS232 através de


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