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Inhalt:  1. Einleitung 22. Allgemeines 22.1 Übertragungsstrecke 32.2 Schrittrate, Übertragungsrate, Datentransferrate 32.2.

1 Schrittrate 32.2.2 Übertragungsrate 32.2.3 Datentransferrate 32.3 Übertragungsrichtungen 42.

3.1 Simplex 42.3.2 Halbduplex 42.3.3 Vollduplex 43.

Übertragungsarten 53.1 Asynchrone Übertragung 53.2 Synchrone Übertragung 54. Protokolle 64.1 Zeichenorientierte Protokolle 64.2 Bitorientierte Protokolle 64.

2.1 Das SDLC – Protokoll (Synchronous Data Link Control) 64.2.2 Das HDLC – Protokoll (High-Level Data Link Control) 75. Schnittstellen 75.1 Digitale Schnittstellen (RS232, V.

24) 75.2 Analoge Schnittstellen – Modem 96. UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 107. Beispiel für Schnittstellen einer Automatisierungsinsel 128. Literaturnachweis 12     Einleitung Schnittstellen stellen Anschlüsse an Geräten dar, über die sich mittels Übertragungsleitungen digitale Daten übertragen lassen. Es gibt Schnittstellen für die serielle Übertragung der einzelnen Datenbits und solche für die parallele Übertragung.

Im allgemeinen verfügt jeder PC über zwei serielle Schnittstellen. Die serielle Schnittstelle wird meist für den Anschluss eines Modem oder aber auch für die Kommunikation mit peripheren Geräten wie z.B.: Sensoren, Verstärker, Messgeräte,...

) und Maschinen, die ebenfalls eine serielle Schnittstelle besitzen.   Allgemeines Bei der seriellen Übertragung ist nur eine Datenleitung nötig, da die einzelnen Datenbits einer Informationseinheit (Byte, Wort, usw.) nicht, wie bei der parallelen Übertragung gleichzeitig über mehrere Datenleitungen, sondern nacheinander (seriell) über eine einzige Leitung gesendet werden. Dafür ist sie aber langsamer als die parallele Übertragung. Sie wird bei kurzen Übertragungsstrecken eingesetzt. Für die serielle Übertragung gibt es zwei verschiedene Formate: Asynchrone Übertragung Synchrone Übertragung   Vorteile: Entsprechende Verbindungskabel brauchen prinzipiell nur aus wenigen Leitungen zu bestehen ( Sende-, Empfangs-, Masse- und Steuerleitung) Da keine Beeinflussung durch andere Kabel möglich ist, sind lange Übertragungsstrecken möglich Einfache Erweiterung zur Empfangsmöglichkeit Für bestimmte Anwendung kann auf das vorhandene Telefonnetz zurückgegriffen werden (Akustikkoppler)   Nachteile: Daten müssen erst aufbereitet werden, bevor sie übertragen werden können.

Danach muss wieder eine Rückübertragung in das alte Format erfolgen. Die Übertragungsrate liegt weit unter der von parallelen Schnittstellen                                     Übertragungsstrecke Die Übertragungsstrecke   Übertragungsleitung      DEE DÜE DÜE DEE            Analoge Schnittstelle Analoge Schnittstelle Digitale Schnittstelle Digitale Schnittstelle           DEE...Datenendeinrichtung (z.B.

: Computer, Drucker) DÜE...Datenübertragungseinrichtung (z.B.: Modem)   Schrittrate, Übertragungsrate, Datentransferrate Schrittrate Die Schrittrate gibt den Takt an, mit dem die Zeichen übertragen werden.

Die Einheit ist Zeichen (Bits) pro Sekunde (bps) oder auch Baud genannt. Mögliche Schrittraten reichen von 75 Baud bis 115200 Baud.   Übertragungsrate Die Übertragungsrate ist die Menge der übertragenen Informationen pro Zeiteinheit, wobei alle Informationen, etwa auch Steuerzeichen, gemeint sind. Die Einheit ist Bits pro Sekunde.   Datentransferrate Die Datentransferrate ist die Übertragungsrate abzüglich der nicht zu den Nutzdaten gehörenden Daten wie etwa Start uns Stoppbits.                           Übertragungsrichtungen Simplex Hierbei ist es nur möglich, Daten in eine Richtung zu übertragen.

   DEE DÜE DÜE DEE        Simplex           Halbduplex Hier können Daten in beide Richtungen übertragen werden, jedoch ist dies nicht gleichzeitig möglich.    DEE DÜE DEE DÜE            Halbduplex       Vollduplex Hier können Daten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden.  DEE DÜE DEE DÜE    Vollduplex         3. Übertragungsarten 3.1 Asynchrone Übertragung   Bei dieser Art der seriellen Übertragung wird jedes Byte einzeln übertragen, wobei Sender und Empfänger nicht den gleichen Takt besitzen. Das übertragene Zeichen besteht aus einem Startbit und ein oder mehreren Stoppbits.

Zwischen Start- und Stoppbits befinden sich die Datenbits. Die Übertragung beginnt mit dem Erkennen eines Startbits ( Zustand 0). Entdeckt der Empfänger einen Zustandswechsel vom Ruhezustand ( Zustand 1) in den Zustand 0, interpretiert er diese negative Flanke als das Startbit. Danach überprüft er in der Mitte des Startbits noch einmal den Zustand der Leitung, ob sie noch immer 0 ist. Dadurch soll verhindert werden, dass ein zufälliger Störimpuls die Übertragung startet. Nach dem Startbit folgen 7 oder 8 Datenbits.

Die Zeit, die benötigt wird um ein Bit zu übertragen nennt man Schrittlänge. Während der Übertragung werden die Datenbits in der Mitte der Schrittlänge abgetastet, um eine möglichst große Sicherheit gegenüber Störungen zu erreichen. Ist die Überragung zu Ende folgt ein Stoppbit (Logisch 1), das dem Empfänger das Ende der Übertragung bekannt gibt. Nach dem Auftreten eines neuerlichen Startbits wird mit der Übertragung des nächsten Zeichens begonnen. Um Fehler zu erkennen, wird ein Paritätsbit nach den Datenbits mitgesendet. Das Paritätsbit dient dazu, um fehlerhaft übertragene Bits zu erkennen und zu korrigieren.

    Anordnung der Bits (asynchrones Datenformat): St D0 D1 D2 D3 D3 D4 D5 D6 D7 P Sp Sp         St...Startbit P...

Paritätsbit Sp...Stoppbit D0 – D7...

Datenbits   3.2 Synchrone Übertragung   Bei der synchronen Übertragung haben Sender und Empfänger den gleichen Takt, dass heißt, der Takt muss während der Übertragung immer mitgeliefert werden. Die Synchronität wird dadurch erreicht, das die Daten in Blöcke (frames) zusammengefasst werden. Anfang und Ende eines Blocks werden durch Blockbegrenzungszeichen (flags) gekennzeichnet. Die Übertragung wird mit Codewörtern gestartet. Am Beginn eines Sendevorgangs wartet der Sender auf seine Freigabe und beginnt als erstes das Codewort zu senden.

Der Empfänger speichert die Bits in einem Schieberegister zwischen und fragt den Inhalt des Schieberegisters immer auf das Codewort ab. Dabei geschieht das Weiterschieben der Daten. Dieses Verfahren wird auch Hunt – Mode genannt. Wird das Codewort gefunden, beendet der Empfänger den Hunt-Mode und erwartet nun Datenbits. Es darf jedoch nicht vorkommen, dass das gleiche Bitmuster, welches dem Codewort entspricht, noch einmal auftritt. 4.

Protokolle 4.1 Zeichenorientierte Protokolle   Die zu übertragenden Daten werden in Blöcke zusammengefasst, der Datenteil eines Blockes heißt dann „Text“. Dem Text kann ein Kopf mit Steuerinformationen vorangestellt werden. Vor der Aussendung eines Blockes muss eine vereinbarte Anzahl von SYN – Zeichen gesendet werden.   Aufbau eines DÜ-Blocks:Text STX Kopf SYN BCC ETB SOH SYN SYN         SYN..

.Synchronisationswort SOH...Anfang des Kopfes (start of header) STX..

.Anfang des Texts (start of text) ETB…Ende des Texts (end of text) BCC…Blockprüfungszeichen (block check character)   Phasen einer Datenübertragung: Eine Datenübertragungsvorgang besteht aus drei Phasen: Aufforderungsphase Textphase Beendigungsphase   In der Aufforderungsphase sendet eine sendewillige Station das Steuerzeichen SYN. Antwortet die Gegenstation, dann kann mit der Textphase begonnen werden. Die Textphase sieht folgendermaßen aus:   SYN + SYN + STX + Text + ETB + BCC   Jetzt hört der Sender mit der Übertragung auf und wartet auf Rückmeldung vom Empfänger. Nachdem der letzte Textblock vom Empfänger bestätigt wurde, sendet der Sender das Zeichen EOT (End of Transmission). Hiermit ist die Textphase beendet, die Verbindung abgebaut.

  4.2 Bitorientierte Protokolle 4.2.1 Das SDLC – Protokoll (Synchronous Data Link Control) Infolge des angewandten Bitstoppverfahren gestattet es eine transparente Datenübertragung. Die Übermittlung wird in DÜ – Blöcken vorgenommen, deren Aufbau wie folgt aussieht. Opening flag Adressfeld Steuerfeld Datenfeld Blockprüfungsfeld closing flag         opening flag und closing flag: sind Blockbegrenzungszeichen Adressfeld: in ihm ist die Sender- bzw.

Empfängeradresse gespeichert (8 Bit) Steuerfeld: Informationen des Datenblocks werden zur Steuerung übergeben (8 Bit) Datenfeld: In ihm befinden sich die eigentlichen zu übertragenden Informationen (8 Bit) Blockprüfungsfeld: es dient zur Überprüfung der Daten auf Übertragungsfehler (16 Bit)       4.2.2 Das HDLC – Protokoll (High-Level Data Link Control) Das HDLC – Protokoll ist im Prinzip ein erweitertes SDLC – Protokoll. Diese beiden Protokolle unterscheiden dich nur im Adress – und Steuerfeld. Beim SDLC – Protokoll hatte das Adressfeld nur 8 Bit. Beim HDLC sind hingegen beliebige, ganzzahlige Vielfache von 8 Bit möglich => mehr Adressen möglich => mehr Kommunikationseinrichtungen.

Die Größe des Steuerfeldes wurde von 8 auf 16 Bit erweitert => 7 Bit anstatt 3 Bit für Sende – bzw. Empfangsfolgenummer =< größerer Durchnummerierungsbereich.   5. Schnittstellen   Um den Computer den Datenaustausch mit der Außenwelt ( Peripheriegeräte) zu ermöglichen, ist eine Schnittstelle, welche das Bindeglied zwischen Datenendeinrichtung (DEE) und Datenübertragungseinrichtung (DÜE) ist, notwendig. Es gibt bereits verschiedene Arten von Schnittstellen: TTY – Stromschnittstelle (sehr alt, kaum im Gebrauch) IEC – Bus – Schnittstelle (für Mess- und Steuergeräte, arbeitet mit negativer Logik) Centronics – Schnittstelle (parallel => Druckeranschluss) V.24 – Schnittstelle (asynchrone serielle Schnittstelle) RS232 – Schnittstelle (ähnlich V.

24) Über diese Schnittstellen werden üblicherweise ASCII – Zeichen übertragen. Bestandteile dieser Schnittstellen sind Leitungen, die die Übertragung zwischen dem Computer und den Peripheriegeräten regeln. Folgende Leitungen werden benötigt: Erdleitungen Datenleitungen Steuer –und Meldeleitungen Taktleitungen Zusatzleitungen Meistens kommt es aber vor, das für die Übertragung nicht alle Leitungen interessant sind. In diesem Fall bleiben die anderen Leitungen unbeschaltet oder werden auf einen festen Pegel gelegt.   5.1 Digitale Schnittstellen (RS232, V.

24)   Die amerikanische Norm RS-232 und die deutsche Norm V.24 sind sehr ähnlich.     Aufbau:   Beide Normen beinhalten eine 9-polige und eine25-polige Version. Der Unterschied liegt darin, dass der 9-polige Stecker nur die nötigen Verbindungen besitzt, während die 25-polige Version einige Leitungen mehr enthält, die beispielsweise für die Steuerung eines Modems eingesetzt werden können. 9-polig: 25-polig:                                     Signalbeschreibung: Bezeichnung Richtung Stiftnummer Deutsch Englisch DEE - DÜE 25-polig 9-polig Schutzerde Protective Ground   1 - Sendedaten Transmit Data ® 2 3 Empfangsdaten Receive Data ¬ 3 2 Sendeteil einschalten Request to Send ® 4 7 Sendeteilbereitschaft Clear to Send ¬ 5 8 Betriebsbereitschaft Data Set Ready ¬ 6 6 Betriebserde Signal Ground   7 5 Empfangssignalpegel Data Carrier Detect ¬ 8 1 Nicht genormt     9 - Nicht genormt     10 - Hohe sendefrequenz einschalten Select Transmit Frequency ® 11 - Empfangssignalpegel Help Carrier Detect ¬ 12 - Sendebereitschaft Clear to Send ¬ 13 - Sendedaten Transmit Data ® 14 - Empfangsdaten Receive Data ¬ 16 - Sendeteil einschalten Request to Send ® 19 - Sendeschritttakt Transmitter Signal Element Timing ¬ 15 - Empfangsschritttakt Receiver Signal Element Timing ¬ 17 - Nicht genormt     18 - Leitung anschalten Endgerät betriebsbereit Connect Data Set to Line Data Terminal Ready ® ® 20 4 Empfangsqualität Data Signal Quality ¬ 21 - Ankommender Ruf Ring Indicator ¬ 22 9 Übertragungsge- schwindigkeit wählen Data Signalling Rate Selector ® ¬ 23 - Sendeschritttakt Transmitter Signal Element Timing ® 24 - Nicht genormt     25 -   5.2 Analoge Schnittstellen – Modem Das Wort Modem kommt von Modulator – Demodulator, was bereits etwas über seine Funktion aussagt.

Ein Modem wird benötigt, wenn digitale Datenströme über Leitungen übertragen werden müssen, die nur für analoge Signale in einem bestimmten Frequenzbereich sind, wie zum Beispiel das Fernsprechnetz. Um die von einer Datenendeinrichtung gesendeten digitalen Daten in analoge umzuwandeln, werden diese moduliert. Umgekehrt werden die von der Übertragungsleitung eintreffenden analogen Datensignalen durch Demodulation in digitale Daten umgewandelt. Daraus folgt, dass das Modem zwei Schnittstellen benötigt eine digitale, meist eine RS-232-Schnittstelle, und eine analoge.   Die wichtigsten Modemarten: Modems für Fernsprechleitungen Basisbandmodems für lokale Netzwerke Optischen Modems für Lichtwellenleiter- und Infrarotverbindungen HF- oder Funkmodems für Richtfunk-, Sprechfunk- oder Satellitenverbindungen Alle diese Modems arbeiten nach dem selben Prinzip und können sowohl einen als auch mehrere Übertragungskanäle besitzen.  Zum Datenendgerät (digitale Schnittstellen) Prinzipieller Aufbau eines Modems:Übertragungsleitung oder -weg Leitungs- anschaltung Modulation Und Demodulation   Steuerung     Leistungsanschaltung: Eine Leistungsanschaltung wird nur bei Modems benötigt, die für die Kommunikation über Fernmeldeleitungen konzipiert sind.

Denn dort darf das Modem erst dann eine Verbindung zur Übertragungsleitungen herstellen, wenn es angerufen wird, beziehungsweise wenn es ein anderes Modem anruft.   Modulation und Demodulation: Die digitalen Datensignale, die vom Computer kommen, werden beim Modem mittels Modulation in analoge, und die analogen mittels Demodulation in digitale Signale umgewandelt. Dazu werden verschiedene Modulationsarten verwendet.   Steuerung: Die Steuerung ist für das Zusammenspiel von digitaler und analoger Schnittstelle verantwortlich. Sie verarbeitet die vom Datenendgerät kommenden Steuer- und Datensignale uns steuert damit die einzelnen Komponenten des Modems und den Ablauf der Datenübertragung. 6.

UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)  Der UART verfügt über insgesamt zehn Register, die von außen (per Software) zu erreichen sind. Darüber hinaus verfügt er über einige weitere Register, die nur intern angesprochen werden. Dazu zählen beispielsweise das Empfangsschieberegister und das Sendeschieberegister, die für das Senden und Empfangen von Zeichen eine entscheidende Rolle spielen. Empfängt der UART ein Zeichen, werden die einzelnen hereinkommenden Bits zunächst im Empfangsschieberegister "aufgeschichtet", bis ein komplettes Byte eingetroffen ist. Sollte dabei kein Fehler aufgetreten sein, wird das Byte anschließend in das Empfangshalteregister weitergereicht, von wo es per Software ausgelesen werden kann.Übertragungsleitung Rechner Ausgabe der Daten Empfangsdaten STEUERUNG: Baudrate Datenbits Parität Stopbits STATUS: Fehler (Overrun, Rahmenfehler,.

..) Empfangsdaten bereit Sendehalteregister leer In der entgegengesetzten Richtung schreibt die Software ein zu sendendes Byte zunächst in das Sendehalteregister. Von dort übernimmt es der UART in das interne Sendeschieberegister, um die einzelnen Bits von dort nacheinander über die Leitung zu geben.    Empfangs= schieberegister Empfangs= halteregister                            Sende= schieberegister Sende= halteregister                       Programmierung:   Senden: Soll ein Zeichen übertragen werden, muss überprüft werden ob das Sendehalteregister leer ist. (Bit 5 von 3FDh)   Empfangen: Soll ein Zeichen empfangen werden, muss überprüft werden, ob Bit 0 von 3FDh gesetzt ist.

                Register der UART     Port Funktion Register Bemerkung     3F8h Ausgabe Sendehalteregister Bit 7 des Leitungssteuerreg. auf 0   3F8h Eingabe Empfangshalteregister Bit 7 des Leitungssteurerreg. auf 0   3F8h Ausgabe Baudratenregister (LSB) Bit 7 des Leitungssteuerreg. auf 1   3F9h Ausgabe Baudratenregister (MSB) Bit 7 des Leitungssteuerreg. auf 1   3F9h Ausgabe Unterbrechnungs- Bit 7 des Leitungssteuerreg. auf 0 aktivierungsregister   3FAh Eingabe Unterbrechungs-   erkennungsregister   3FBh Ausgabe Leitungssteuerregister   3FCh Ausgabe Modemsteuerregister   3FDh Eingabe Leitungsstatusregister   3FEh Eingabe Modemstatusregister   7.

Beispiel für Schnittstellen einer Automatisierungsinsel     8. Literaturnachweis [1] persönliche Aufzeichnungen [2] Schnittstellen von [3] Internet [4] Lehrbehelf 154

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