Seriële communicatie

Indien de communicatie maar in één richting moet gebeuren zijn twee draden voldoende (simplex verbinding). Dit is bijvoorbeeld het geval als een microprocessor data naar een beeldscherm moet sturen.

Het voordeel van deze norm, is dat die al sinds de jaren 1960 gebruikt wordt, en dus algemeen aanvaard wordt. Het is een eenvoudig protocol zonder overhead (in vergelijking met bijvoorbeeld TCP/IP (ethernet), waardoor die door alle mogelijke apparaten gebruikt kan worden.

In de jaren 1960 werd de norm voor het eerst gebruikt om electrische schrijfmachines op afstand te sturen via een modem. De communicatie was toen al bidirectioneel, de schijfmachine had een toetsenbord om tekens naar de hoofdcomputer te sturen.

Later heeft men computerschermen met keyboard gebruikt, maar dezelfde norm bleef gebruikt. Het VT-100 standaard werd gebruikt voor de communicatie tussen een mainframe en een terminal. Speciale tekens werden voorzien voor de schermopkaak (scherm wissen, cursor positionneren, reverse kleuren, enz), maar de onderliggende communicatie bleef ongewijzigd.

Vanaf de jaren 1980 tot in de jaren 2000 werden de computers uitgerust met één of meerdere seriële poorten (COM poorten) om bijvoorbeeld een muis of een externe modem op aan te sluiten. Bepaald eprinters konden ook seriëel aangestuurd worden. Met aangepaste software kon de computer werken als een VT-100 terminal.

De COM-poorten werden vanaf de jaren 2000 vervangen door USB poorten die sneller waren. De snelheid van een COM poort was voldoende om teksten door te sturen, maar was te beperkt voor grafische bestanden.

Maar microcontrollers, PLC's (speciale computers die in de industrie gebruikt worden om machines te sturen) en andere toepassingen blijven een eenvoudige seriële communicatie gebruiken vanwege de nagenoeg onbestaande overheid. Er is nauwelijks rekenkracht nodig om een seriële communicatie tot stand te brengen.

• Bepaalde embedded toepassingen zoals een GPS ontvanger sturen de gegevens door naar de hostcomputer via een seriële verbinding.
• Servers kunnen bediend worden via de seriële poort tijdens het opstarten, als het operating system nog niet geladen is (zo kan bijvoorbeeld een andere configuratie gekozen worden voor het systeem werkelijk geladen wordt).

Bij een seriële verbinding volgens de norm RS-232 heeft men een terminal, dat is het apparaat op het einde van de verbinding (meestal een computer of een VT-100 terminal) en een communicatieapparaat zoals een modem. Aan de andere kant van de lijn heeft men opnieuw een modem en een computer (of server). De DTE Data Terminal Equipment is de computer op het einde van de verbinding, de DCE Data Communication Equipment is de modem.

De norm zegt niets over de modemverbinding zelf. Het is een hardware norm (terminal en communicatieapparatuur), het is geen software norm (client en server).

Voor een normale verbinding gebruikt men een normale (niet gekruiste) kabel, waarbij de aansluitingen een andere funktie hebben volgens het type apparaat. Pen 2 (TxD) is een uitgang op de computer en een ingang op de modem. Pen 3 (RxD) is een ingang op de computer en een uitgang op de modem (de benamingen worden gespecifieerd gezien vanaf de kant van de computer).

Om twee computers met elkaar te verbinden moet men een gekruiste kabel gebruiken, vaak null modem genoemd, zodat pen 2 met pen 3 verbonden is, en pen 3 met pen 2. De benaming "null modem" dekt heel goed de lading: de twee modems worden geëlimineerd.

We bespreken nu de aansluitingen, waarbij we snel merken dat de connecteor origineel voorzien was om een computer (of een VT-100 terminal) met een modem te verbinden:

DTE: Data Terminal Equipment, het apparaat op het einde van de verbinding, bijvoorbeeld een computer DCE: Data Communication Equipment, het apparaat dat de verbinding mogelijk maakt, bijvoorbeeld een modem

• - Protective ground:
  Electrische afscherming rond de andere geleiders, zorgt dat de storingen niet op de datalijnen kunnen inwerken.

• 1 DCD Data Carrier Detect:
  De modem geeft aan dat de carrier (draaggolf van de andere modem) ontvangen wordt: er kan dus gecommuniceerd worden.

• 2 RxD Received Data:
  Data ontvangen door de computer

• 3 TxD Transmitted Data:
  Data verzonden door de computer

• 4 DTR Data Terminal Ready:
  Geeft aan dat de computer klaar is (opgestart en communicatiesoftware geladen). Indien de lijn naar nul gaat wordt de communicatie met de andere modem verbroken (de lijn wordt vrijgegeven).

• 5 Signal Ground:
  Massasignaal voor de datalijnen

• 6 DSR Data Set Ready:
  Geeft aan dat de modem klaar is

• 6 RTS Request To Send:
  De computer vraagt aan de modem om zich klaar te maken om te zenden. Dit is nog een leftover van de tijd van de half-duplexverbindingen, waarbij slechts één modem kon zender. Later werd dezelfde lijn gebruikt voor het RTR Ready To Receive signaal, om aan te geven dat de computer klaar was om gegevens te ontvangen. De lijn wordt op nul gezet als de buffer van de computer bijna vol was (wat in de praktijk nooit gebeurde).

• 8 CTS Clear to Send:
  De modem is klaar om data te ontvangen van de computer. De lijn wordt op nul gezet als de buffer van de modem vol is. Deze lijn ging wel vaken naar nul omdat de communicatie tussen de twee modems op een relatief lage snelheid gebeurde.

  

• 9 RI Ring Indicator:
  Geeft een inkomend gesprek aan (belsignaal), waardoor een computer die in standby staat weer gewekt kan worden (hardware interrupt). Werd bijvoorbeeld gebruikt bij BBS (bulletin board systems) die standby stonden om automatisch de lijn op te nemen.

Voor een verbinding tussen een microcontroller en een LCD scherm volstaan twee draden: protective ground samen verbonden met signal ground en TxD (aangesloten op RxD op het scherm). Het voorbeeld rechts is de ingang van een LCD scherm. Bij full duplex volstaan er drie verbindingen: massa, TxD en RxD.

Een "1" wordt aangegeven door een spanning van -3 tot -15V. In rust is de lijn eveneens op deze spanning. Een "0" wordt gekodeerd door een spanning van +3V tot +15V. De zone tussen -3 en +3V is niet gedefinieerd.

Om een byte door te sturen wordt eerst een startbit verzonden, gevolgd door 8 databits en een stopbit. De ontvanger baseert zich op de vastgelegde datasnelheid om de bits te samplen. De transmissiesnelheid is standaard 9600 baud: na de startbit komt de eerste bit toe na 104ms, en zo verder tot aan de stopbit. Indien de twee toestellen niet dezelfde snelheid gebruiken is communicatie onmogelijk want er is geen manier voorzien om de twee apparaten op elkaar te synchroniseren.

Naast de stopbit gebruiken bepaalde protocollen ook een pariteitsbit: dit wordt niet in de standaard zelf gespecifieerd. Ook is een andere codering mogelijk dan de ASCII kodering. Mainframes in de jaren 1970 - 1980 gebruikten de EBCDIC codering.

Historische kronkel

De inhoud van een smartmedia kaart van 4MB (goed voor ongeveer 20 foto's) over te brengen naar de computer duurde... een uur (veel langer dan het ontwikkelen van scheikundige foto's). Het is op dit ogenblik dat men besloten heeft dat men een andere soort verbinding nodig had!