Hp09 La Interfaz Serial

CAPÍTULO 9
PROGRAMANDO LA INTERFAZ SERIAL
La programación del puerto serial de E/S, la reconoce el DOS como COM1 y COM2. Esto se puede
realizar de varias formas:
• Usando las funciones open, read , write y close, proporcionadas por el lenguaje C.
• Con las funciones de la interrupción lógica 0x14 (int 14h)
• Programando los puertos de E/S en forma directa.
9.1. ACCESO DE LA LÍNEA SERIE USANDO FUNCIONES DE ARCHIVO
Esto consiste en abrir un archivo asociado al periférico (COM1 o COM2). este método tiene el
inconveniente de que nada le indica al PC si el dato está disponible en la línea serie. Si en el momento en que se
efectúa la operación read hay un dato disponible, esta operación no produce ningún retraso, pues se realiza
inmediatamente.
Si no existe dato disponible, es sistema permanecerá en escucha, dejando de lado cualquier otra actividad.
Ej 9.1 Acceso a la línea serie.
#include<fcntl.h>
#include<io.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<conio.h>
void main()
{
int fn;
char c[100];
fn=open("COM1",O_BINARY|O_RDWR);
if(fn==-1) exit(0);
cprintf("¿Cual es su mensaje? :");
gets(c);
write(fn,c,strlen(c));
read(fn,c,1);
/* Quedará esperando respuesta */
}
9.2. NORMA DE COMUNICACIONES RS-232C
Es una norma de comunicación serial, utilizada para la comunicación entre modems, terminales,
impresoras, computadores. Fue definida como estándar por la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA).
76
Preparado por Juan Ignacio Huircán
El modem (Equipo de comunicación de datos o DCE) dispone de un conector hembra y el terminal de un
conector macho.
De las veinte señales definidas generalmente se ocupan nueve y a menudo sólo tres son las más usadas,
puesto que la norma establecida no específica cuantas deben ser usadas.
las señales de los pin 4, 5, 6, 8, 20, son diálogo, utilizadas entre el modem y el términal, mientras que los
pines 15,17 y 24 se utilizan para modem de alta velocidad. El pin 22 indica que el modem ha detectado una señal
de llamada en la línea telefónica y es utilizada por el sistema para responder automáticamente.
La norma define los niveles de tensión entre -3v y -15v para el estado lógico "1" y de +3v a +15v para el
estado "0". Para compatibilizar estos niveles con TTL, es necesario utilizar circuitos integrados diseñados para tal
efecto, tal es el caso de los chip MAX232, MC1488 y MC1489.
Respecto de las conexiones
El conector para RS-232 tiene 25 terminales (pines), y se conoce como DB25. En la siguiente tabla se
describen la mayoría de las patillas.
Patilla
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Abreviación
TD
RD
RTS
CTS
DSR
DCD
DTR
Descripción
Masa de protección
Transmisión desde el terminal
Recepción desde el modem
Petición de envío
Borrado de envío
Dato preparado
Masa de señal
Detector de portadora
Reservado
Reservado
Sin asignación
Detector secundario de portadora
Borrado de envío secundario
Transmisión de datos secundarios
Reloj de transmisión desde el DCE
Recepción de datos secundario
Reloj de recepción
Sin Asignación
Petición de envío secundario
Terminal de datos preparado
Detector de calidad de señal
Indicador de llamada
Selector de velocidad de datos
Sin asignación
Tabla 9.1. Descripción de Señales DB25.
Las señales más utilizadas son las siguientes:
Apuntes de Herramientas de Programación
77
Señales
Descripción
TX,
transmisión (PIN 2)
Señal de salida de información serial desde el terminal (DTE).
PIN 3 en modem (DCE).
RX,
recepción (PIN 3)
Señal de entrada de información serial en terminal (DTE). PIN 2
en modem.
Data Carrier Detect (DCD, PIN 8)
Indica que el modem ha recibido señal portadora del modem
remoto.
Terminal de datos preparado
(DTR, PIN 20)
Señal desde el teminal al modem, que indica que el terminal de
datos (DTE) está listo para enviar datos al modem (DCE).
Modem encedido y preparado
(DSR, PIN 6)
Señal desde el modem al terminal que indica que el modem está
listo para la transferencia de información.
Petición de envío (RTS, PIN 4)
Señal desde el terminal al modem que indica que el terminal
quiere enviar datos al modem.
Modem Preparado para Tx (CTS, PIN 5)
Señal desde el modem al terminal que indica que el terminal
puede enviar datos al modem.
Tabla 9.2. Descripción de Señales de control de modem.
El diálogo con el modem para la transmisión de caracteres desde el teminal será esquematizado en los
siguiente diagrama de flujo:
Inicio
Inicio
Activar DTR
Activar DTR
SI
SI
NO
NO
NO
DSR
Wait
Tiempo
Error TX
NO
DSR
SI
Wait
Tiempo
SI
Fin
SI
Activar RTS
SI
CTS
NO
CARAC
NO
Error TX
Wait
Tiempo
Fin
NO
Error TX
NO
Wait
Tiempo
Error TX
SI
SI
Fin
Fin
Leer caracter
TX dato
Desactivar DTR
Desactivar DTR, RTS
Fin
Fin
(a)
(b)
Figura 9.1. (a) Diagrama de flujo para TX. (b) Diagrama de flujo para RX.
78
Preparado por Juan Ignacio Huircán
Diagrama de conexiones
Como la norma no establece el número de señales que deben utilizarse para la comunicación, pueden
existir diferentes formas de comunicación entre los dispositivos.
El caso más general corresponde a la conexión de las ocho lineas más utilizadas, en este caso la conexión
debe ser directa, pues el terminal está configurado como DTE y el modem como DCE.
PC
TX
RX
RTS
CTS
DSR
GND
DCD
DTR
________________
________________
________________
________________
________________
________________
________________
________________
2
3
4
5
6
7
8
20
MODEM
2
3
4
5
6
7
8
20
Figura 9.2. Conexión PC-MODEM.
Es posible establecer una comunicación entre dos DTE sin la intervención de modems (distancias cortas),
con lo cual la conexión puede hacerse de la siguiente forma:
PC 1
TX
RX
GND
RTS
CTS
DCD
DSR
DTR
2
3
7
4
5
8
6
20
_______________
_______________
_______________
__
__|
__
__|
PC 2
3
2
7
4__
5__|
8
__ 6
|__ 20
RX
TX
GND
RTS
CTS
DCD
DSR
DTR
Figura 9.3. Conexión PC-PC.
Una conexión con tres terminales permitirá intercambiar mensajes y archivos entre máquinas, contando
con un programa de comunicaciones adecuado. Puede utilzar solamente los terminales 2, 3, 7.
Dentro de los aspectos prácticos es necesario mencionar que existe un conector RS-232 de 9 pines (DB9).
La equivalencia entre este conector y el de 25 pin es la siguiente:
9 PINS
25 PINS
Patilla
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8
3
2
20
7
6
4
5
22
DCD
RD
TD
DTR
SG (SIGNAL GROUND)
DSR
RTS
CTS
RING INDICATOR
Tabla 9.3. Equivalencia de terminales entre el conecto DB9 y DB25
Apuntes de Herramientas de Programación
79
Lo anterior puede no cumplirse, es conveniente revisar los manuales correspondientes en el caso de querer
realizar alguna conexión.
9.3. ACCESO DE LA INTERFAZ SERIAL UTILIZANDO LA INT 14H
También podemos utilizar el BIOS para tener un acceso cómodo al puerto de E/S serial, sin preocuparnos
del harware. Para realizar esto usamos interrupción 14h (int 0x14). esta proporciona cuatro funciones, las que
pueden ser accesadas a través de AH.
AH
0
Función
Registros
Inicializa puerto Entrada: DX = # del puerto serie (0 ó 1)
de comunicaciones
AL = Parámetros de Inicialización.
(ver siguiente tabla 9.6.)
1
2
3
Salida : AX
Envia
caracter Entrada: DX
sobre la linea
AL
Salida : AH
Bit 7
Leer caracter de Entrada: DX
la línea
Salida: AL
AH
Si AH no es
Leer
palabra
de Entrada: DX
estado del puerto
Salida : AX
de comunicaciones
AH
= Estado
= # del puerto (0 ó 1)
= Caracter a enviar
= Estado de la linea:
=1, si caracter no tx
= # del puerto (0 ó 1)
= Caracter leido
= Estado de la linea
0 es que ha ocurrido error
= Número puerto
= Palabra de estado
= Estado de la línea
AL= Estado del modem
Tabla 9.4. Parámetros de inicialización para int 14h.
Los parámetros de inicialización son codificados en una palabra de 8 bits
Bits
b7-b5
Contenido
Velocidad (baudios):
000=110
001=150
010=300
011=600
100=1200
101=2400
110=4800
111=9600
b4-b3
Paridad:
X0 = ninguna
01 = impar
11 = par
Tabla 9.5. Registro de inicialización.
80
Preparado por Juan Ignacio Huircán
b2
Bits de stop:
0 = 1 bits
1 = 1.5 bits
si el largo del caracter es 5
1 = 2 bits
si el largo del caracter es 6, 7 u 8.
largo del caracter:
00=5
b1-b0
01=6
10=7
11=8
Tabla 9.6. (Continuación) Registro de inicialización.
El estado se codifica de la siguiente forma:
Bits de AH
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
Contenido
Bits de AL
Tiempo excedido
Registro desplazamiento vacío
Registro TXvacío
Interrupción (BREAK)
Error de formato (framimg)
Error de paridad
Error de Sobrecarga (Overrun)
Dato preparado (Listo)
b7
b6
b5
b4
b3
b2
b1
b0
Tabla 9.7. Contenido de AX .
Ej 9.2 Programando la RS-232 para TX y RX utilizando la int 14h.
#include
#include
#include
#include
<dos.h>
<stdio.h>
<stdlib.h>
<conio.h>
union REGS rent, rsal;
void ini_rs232()
{
rent.h.ah=0x00; /* Inicialización */
rent.x.dx=0x00; /* COM1 */
/*1200 bps, sin par, 1 bit stop, 8 bit datos */
rent.h.al=0x83;
int86(0x14,&rent,&rsal);
}
Contenido
DCD (Data Carrier Detect)
RI (Ring indicator)
DSR (Data Set Ready)
CTS ( Clear to Send)
Delta DCD
Delta RI
Delta DSR
Delta CTS
Apuntes de Herramientas de Programación
81
void escribe(char c)
{
/* Función escribir */
rent.h.ah=0x01;
rent.x.dx=0x00; /* COM1 */
rent.h.al=c;
/* Escribe caracter c */
int86(0x14,&rent,&rsal);
}
int test_rs()
{
/* Lee status de línea */
rent.h.ah=0x03;
rent.x.dx=0x00;
/* COM1 */
int86(0x14,&rent,&rsal);
/* Retorna bits menos significativo */
return(rsal.h.ah & 0x01);
}
char leer_rs()
{
/* Función Leer dato */
rent.h.ah=0x02;
rent.x.dx=0x00; /* COM1
*/
int86(0x14,&rent,&rsal);
/* Retorna el dato en AL */
return(rsal.h.al);
}
void main()
{
int st;
char c;
/* Inicialización RS-232 */
ini_rs232();
while(1)
{
st=test_rs();
/* Lee estado de la línea */
if(st)
{
c=leer_rs(); /* Lee dato */
putch(c);
}
if(kbhit())
{
c=getch();
if(c==0x1b) exit(0);
/* Escribe Caracter */
escribe(c);
}
}
} /* main */
Note que no se han declarado las funciones. Esto no es necesario cuando es escribe el main() al final.
82
Preparado por Juan Ignacio Huircán
9.4. PROGRAMANDO RUTINAS DE INTERRUPCIÓN PARA LA COMUNICACIÓN SERIAL
Si bien el BIOS del IBM-PC nos proporciona la ayuda para la transmisión y recepción serial entre los
dispositivos, esta tiene sus limitaciones:
### La velocidad máxima de transmisión es de 9600 bits/seg. Generalmente se cree que este es el valor máximo de
la interfaz de comunicación, sin embargo es sólo una limitación del BIOS. Para aumentar le velocidad es
necesario programar en forma directa del dispositivo de transmisión UART (Unidad Asincrónica De
Transmisión Y Recepción), a través de sus puertos de programación.
### La recepción de caracteres debe hacerse por encuesta al registro de estado del dispositivo de recepción
(UART)
El BIOS al no disponer de servicios de interrupción (hardware) para transmisión y recepción de
caracteres no justifica una velocidad de más de 9600 bits/seg. Aun a esta velocidad se requiere de un programa
pequeño y eficiente que permita rápidamente la lectura de los caracteres de la UART, antes de que llegue el
próximo dato.
Si se quieren mejorar las características de transmisión, por ejemplo su velocidad y tiempo de atención
(por interrupción) necesariamente debemos programar en forma directa los registros del UART. Para realizarlo en
lenguaje C se deben utilizar las instrucciones para manejo de los puertos de Entrada/Salida.
El UART o 8250 posee las siguientes características:
ü
ü
ü
Divisor programable de 16 bits.
Programación de todas las características de comunicación serial (caracteres, bits de stop, paridad, etc).
Programación en modo loop (para test)
Una programación de los parámetros habituales se efectúa enviando una secuencia de bytes a los puertos
correspondientes, los puertos asignados en el IBM-PC son los siguientes:
COM2
COM1
BIT
0
1
2
3
4
5
6
7
DLAB=0
2F8
3F8
DLAB=0
2F8
3F8
REG TX
REG RX
(WR only) (RD only)
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
DLAB=0
2F9
3F9
2FA
3FA
2FB
3FB
2FC
3FC
2FD
3FD
2FE
3FE
REG
ENABLE INT
REG ID
LINE CTRL
MODEM
CTRL
LINE STATUS
MODEM
STATUS
INT RX DATO
INT TX HL
INT RX LIN
INT ST MOD
0
0
0
0
INT PEND
INT ID
INT ID
0
0
0
0
0
LINEA DTR
RTS
OUT 1
OUT 2
LOOP
0
0
0
DATO LISTO
ERROR OVERRUN
ERROR PARIDAD
ERROR TRAMA
BREAK INT
TX HOLD VACIO
THSHT VACIO
0
Delta CTS
LARGO DATA
LARGO DATA
STOP BIT
HABILITA PARIDAD
TIPO PARIDAD
FIJAR PARIDAD
SET BREAK
DIV. LATCH ACCESS BIT
(DLAB)
Delta DSR
Delta RING
Delta RLSD
CTS
DSR
RING
RLSD
Tabla 9.8. Descripción de registros del puerto de comunicaciones.
Si el DLAB =1 (Divisor latch access bit), entonces es posible programar el divisor para la inicialización de
la velocidad. Para hacer el DLAB=1, debe poner en 1 el bit más significativo del registro 0x3fb (o 0x2fb).
Apuntes de Herramientas de Programación
COM2
2F8
2F9
COM1
3F8
3F9
D7
B7
B15
DIV LS
DIV MS
83
D6
B6
B14
D5
B5
B13
D4
B4
B12
D3
B3
B11
D2
B2
B10
D1
B1
B9
D0
B0
B8
Tabla 9.9. Direcciones para la programación del divisor.
Para la programación de la velocidad además de accesar el divisor (DLAB=1), se debe conocer el reloj
externo que es aplicado al 8250. Existen dos posibilidades.
ck1=1.8432
ck2=3.072
MHz
MHz
En las siguientes tablas se encuentra el divisor adecuado para cada una de las velocidades y reloj
utilizado.
CLOCK = 1.8432MHz
DESIRED BAUD
RATE
DIVISOR USED
TO GENERATE
16XCLOCK
1047
768
384
192
96
48
24
12
6
3
2
110
150
300
600
1200
2400
4800
9600
19200
38400
56000
CLOCK=3.072MHz
DESIRED BAUD DIVISOR USED
RATE
TO GENERATE
16XCLOCK
110
1795
150
1280
300
6404
600
3202
1200
1606
2400
80
4800
40
9600
20
19200
10
38400
5
56000
3
Tabla 9.10.Constantes para programar la 8250.
Ej 9.3. Como utilizar la tabla 9.10.
Para una velocidad de 1200 baudios, se debe calcular la frecuencia necesaria para generar 16 veces la
frecuencia de la tasa de baudios. Usando un clock =1.8432, para una velocidad de 1200 baudios:
1. 8432 x10 6
= 96
1200 x16
La conexión del UART en el IBM-PC es:
84
Preparado por Juan Ignacio Huircán
OUT2
IRQ3
IRQ4
UART
CONTROL.
INTERR.
8250
8259
INT
Figura 9.4. Conexión del UART al Controlador de Interrupciones.
Luego para que la UART interrumpa al PC debemos habilitar la señal de interrupción a través de la señal
OUT2 y además programar la interrupción en el registro relativo #1(0x3f9 o 0x2f9) del UART.
Otra consideración especial es que se debe programar el controlador de interrupciones (8259) para
habilitar la interrupción ya sea por COM1 o COM2, además de enviar un EOI (End Interrupt) al final de la RSI.
De acuerdo a esto, se envía un byte de habilitación de interrupción al puerto 0x21, dicho byte tiene la
siguiente estructura
B7
IRQ7
B6
B5
IRQ6 IRQ5
B4
B3
IRQ4
COM1
IRQ3
COM2
B2
IRQ2
B1
B0
IRQ1 IRQ0
Luego para habilitar cualquiera de las interrupciones, se debe hacer un SET o un RESET al bit
correspondiente, es decir.
0: Para habilitar
1: Para deshabilitar
Ej 9.4. Programación de un puerto de 8250. La programación del chip para 8 bits de datos, 1 bits de stop, y
paridad par, se debe enviar el valor 0x1B al puerto 0x3fb.
#include<dos.h>
#define BASE 0x3f8
/* Para COM1
void main()
{
outportb(BASE+3, 0x1b);
}
, 0x2f8 para COM2 */
/* Prog. el 0x3fb */
Ej 9.5. Habilitando y deshabilitando las interrupciones.
outportb(0x21,0x00);
outportb(0x21,0xff);
/* Habilita todas las interrupciones
/* Deshabilita todas las interrupcione
Si se desea mayor comprensión acerca del CHIP 8250, puede consultar la referencia técnica .
*/
*/
Apuntes de Herramientas de Programación
85
Ej 9.6. El siguiente programa prepara el dispositivo serial para recibir datos vía interrupción:
#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#define INT 0x0C
/*
Vector C, IRQ4
*/
void interrupt (*ant_irq)(); /* Puntero a funcion */
void interrupt rx();
void prog_8250();
int flag=0;
unsigned static int dato=0;
void main(void)
{
clrscr();
outportb(0x21,0xff);
/* Deshabilita todas las interrupciones */
prog_8250();
ant_irq=getvect(INT);
setvect(INT,rx);
outportb(0x21,0x00);
/* Habilita todas las interrupciones */
enable();
do
{
if(flag==1) {
printf("%d ",dato);
flag=0;
}
if(kbhit()) break;
} while(1);
setvect(INT,ant_irq); /* Restaura el vector de interrupción */
getch();
}
void prog_8250()
{
outport(0x3fb,0x80);
outport(0x3f8,0x06);
outport(0x3f9,0x00);
outport(0x3fb,0x07);
outport(0x3fc,0x08);
outport(0x3f9,0x01);
}
void interrupt rx()
{
flag=1;
dato=inportb(0x3f8);
outportb(0x20,0x20);
}
/*
/*
/*
/*
/*
/*
DLAB=1
*/
divisor (Low) =0x06 vel 19200 baudios */
divisor (High)=0x00 vel 19200 baudios */
8 bits ,2 stop, sin paridad
*/
out 2 = 1
*/
Interrumpe cuando llega dato */
/* EOI */