اقرأ في هذا المقال
- ما هي الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة؟
- أساسيات الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة
- ما الذي تحتاجه الأجهزة للاتصال بشكل غير متزامن؟
- معدل البث في الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة
- قواعد الاتصال التسلسلي غير المتزامن
- تأطير البيانات في الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة
يمكن للمتحكم الدقيق الاتصال بجهاز كمبيوتر أو جهاز آخر باستخدام طريقة اتصال قياسية تم العمل عليها مسبقاً والاتصال التسلسلي هو وسيلة اتصال شائعة جداً.
ما هي الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة؟
الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة “Asynchronous Serial Communication”: هي الاتصالات التي تقوم الأجهزة التي تستخدم الاتصالات بإرسال واستقبال سلسلة من النبضات الرقمية فيما بينها بمعدل يتم تحديده قبل بدء الاتصال، وهذا اسلوب إرسال الإشارات المتفق عليه يسمى البروتوكول، ويبدأ الاتصال التسلسلي في البداية عندما يرسل أحد الأجهزة التي ترغب في الاتصال البيانات عبر نبضات رقمية عبر ناقل اتصال تسلسلي أي أسلاك إلى جهاز آخر بمعدل يدعمه البروتوكول، ويلتقط جهاز الاستقبال النبضات ويبحث عن النبضات القادمة بنفس المعدل
لا يتطلب إرسال واستقبال قطار تسلسلي من النبضات ساعة توقيت لكلا الجهازين للحفاظ على تشغيل كل شيء في الأوقات المحددة، وبدلاً من ذلك يحافظ كلا الجهازين على توقيتهما مستقلاً عن بعضهما البعض، كما أنّ كل تعليمات يتم تنفيذها بواسطة متحكم دقيق أو أي معالج تقليدي آخر تحتاج إلى ساعة توقيت، ويتم مواكبتها بواسطة بلورة كوارتز أو أي جهاز آخر ينبض بانتظام للحفاظ على تشغيل دورات التعليمات بشكل متوقع.
أساسيات الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة:
لا يتطلب الاتصال غير المتزامن ساعة توقيت مشتركة لكلا الجهازين، كما يستمع كل جهاز بشكل مستقل ويرسل نبضات رقمية تمثل أجزاء من البيانات بمعدل متفق عليه، حيث إذا كان بإمكان كلا الجهازين الإرسال والاستقبال في نفس الوقت، فإنّه يسمى اتصال مزدوج الاتجاه، كما تعني ثنائية الاتجاه أنه مثل جهاز اتصال لاسلكي قد يتواصل جهاز واحد فقط في كل مرة وتتناوب الأجهزة على الإرسال.
وفي بعض الأحيان تحتاج فقط إلى جهاز يحتاج فقط إلى مراقبة إشارة أو استقبالها وفي هذه الحالة يكون الاتجاه أحادي الاتجاه على ما يرام، وكمثال آخر إذا كان لديك مكبر صوت حيث لا يمكن مقاطعة الشخص على الطرف الآخر فمن المحتمل أن يكون مكبر الصوت أحادي الاتجاه.
يُشار أحياناً إلى الاتصال التسلسلي غير المتزامن بالمسلسل المنطقي الترانزستور والترانزستور “TTL” حيث يكون مستوى الجهد العالي هو المنطق “1” والجهد المنخفض يساوي المنطق “0”، كما يحتوي كل متحكم دقيق تقريباً على جهاز استقبال عالمي غير متزامن واحد على الأقل أي مرسل “UART” للاتصال التسلسلي.
تم استبدال الاتصال التسلسلي لاستخدام المستهلك بـ “USB” ومع ذلك لا تزال مجموعات تطوير المتحكم الدقيق تستخدم غالباً الاتصالات التسلسلية، ومن خلال منفذ تسلسلي لبرمجة وحدة التحكم الدقيقة باستخدام جهاز كمبيوتر كمضيف للمبرمج، حيث تتوفر كابلات محول “USB” إلى تسلسلي وبرامج تشغيل.
- “USB” هي اختصار لـ “Universal Serial Bus”.
- “TTL” هي اختصار لـ “Transistor Transistor Logic”.
- “UART” هي اختصار لـ “Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”.
ما الذي تحتاجه الأجهزة للاتصال بشكل غير متزامن؟
للتواصل بنجاح يجب إعداد كلا الجهازين في وقت مبكر فيما يتعلق ببعض التوقعات التي ستمكن التواصل الذي يمكن فهمه من كلا الطرفين، وإلى جانب معدل البيانات للنبضات التي تنتقل بين الأجهزة يجب أن تشترك الأجهزة في:
- يجب أن يفسر كلا الجهازين مستوى الجهد للقطار التسلسلي للنبضات بنفس الطريقة وبشكل أكثر تحديداً يحتاجون إلى الاتفاق على مستوى الجهد الذي يمثل بتاً يساوي صفراً ومستوى الجهد الذي يمثل بتاً واحداً.
- يجب أن يتفق كلاهما على ما إذا كان مستوى الجهد العالي هو “1” أو “0” أو العكس، ممّا يعني أنّ الإشارة معكوسة.
- يجب أن تشترك الأجهزة في ثلاثة أسلاك من أجل الأرض كنقطة مرجعية مشتركة لقياس مستويات الجهد، وإرسال البيانات ويسمى خط الإرسال أو جهاز الإرسال “TX” واستقبال البيانات ويسمى خط الاستقبال أو المتلقي “RX”.
- قد يكون هذا هو الوقت المناسب للإشارة إلى أنّ جهاز الإرسال والاستقبال “XCVR” هو جهاز يجمع بين القدرة على الإرسال والاستقبال.
ملاحظة:“RX” هي اختصار لـ “Receiver”.
ملاحظة:“TX” هي اختصار لـ “Transmitter”.
ملاحظة:“XCVR” هي اختصار لـ “Transceiver”.
معدل البث في الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة:
معدل البث بالباود: هو قاعدة أو تكوين تحدد مدى سرعة إرسال البيانات على الخط التسلسلي، كما يتم التعبير عنه بشكل عام في “bps” وستشير قيمته العكسية إلى مقدار الوقت الذي تشغله بت واحد في نقل البيانات، كما تسمح لك هذه القاعدة بتجنب استخدام الساعة لأنّك تعرف طول وسرعة كل بت من البيانات الفردية مسبقًا.
يُطلق على المعدل الذي يحدث به الاتصال التسلسلي معدل البث بالباود، ويتم قياس معدلات الباود بالبت في الثانية “bps”، حيث للاتصال البسيط مثل التواصل مع متحكم لبرمجته من كمبيوتر مضيف يكون معدل الباود عادة “9600 بت في الثانية” أو نحو ذلك، وفي “9600 باود” يرسل جهاز الإرسال بت واحد كل “1/9600 ثانية” وسيستقبل جهاز الاستقبال بالمعدل نفسه.
عادةً ما تستشعر المتحكمات الدقيقة مستوى جهد عالي عند “+3.3 فولت” أو “+5.0 فولت” للتواصل التسلسلي، وبالتالي كل “1/9600 جزء من الثانية” سينظر جهاز الاستقبال إلى الخط ويحدد ما إذا كان الجهد مرتفعاً أم منخفض المستوى ويترجم ذلك إلى بت أو 1 أو 0، وفي اتصال سلسلة “TTL” يكون مستوى الجهد المنخفض يعني “0 قيمة -bit” ومستوى الجهد العالي تعني قيمة “1 بت”.
كما أنّ المنافذ التسلسلية يمكنها الاتصال بجهاز واحد فقط في كل مرة ممّا يعني أنّه يوجد عادةً جهاز واحد في كل طرف من طرفي الكابل التسلسلي وليس أكثر، كما يمكن أن تحتوي بروتوكولات الاتصال التسلسلي الأخرى مثل “USB” على عدة أجهزة متصلة بنفس الكابلات، وتسمى “ناقل” وتتواصل بشكل تعاوني وبسرعات أعلى بكثير من بروتوكول الاتصال التسلسلي “RS-232“.
إذا كان المتحكم الخاص بك يتصل بشكل تسلسلي بجهاز آخر فيمكن لكل من وحدة التحكم الدقيقة والجهاز الآخر رؤية ما يرسله الآخر فقط، ولذلك من المهم التأكد من أنّ البرامج التي تقوم بتشغيل الاتصال على كل جانب تستخدم نفس البروتوكول ومعدل الباود.
- “bps” هي اختصار لـ “bits per second”.
قواعد الاتصال التسلسلي غير المتزامن:
عندما يقوم جهازان بإعداد اتصال تسلسلي غير متزامن فمن المهم أن يتم تكوينهما بنفس الطريقة باتباع نفس القواعد.
- أجزاء من البيانات.
- بت التزامن.
- قليلا من التكافؤ.
- معدل الباود.
تأطير البيانات في الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة:
بالإضافة إلى قاعدة معدل البث بالباود هناك قواعد أخرى تعمل على تسلسل البيانات المراد إرسالها ومن السهل تخمين أنّ البيانات يجب أن تتوافق مع تسلسل معين وهذا النشاط المحدد يسمى تأطير، وفي الواقع تكون البيانات التي ليست أكثر من حزم بت مقسمة إلى كتل أصغر تسمى الكتل أو القطع، كما يجب تضمين كل كتلة من البيانات المراد إرسالها على اتصال تسلسلي غير متزامن في إطار بت له بنية معينة.
