Elektronik Kontrol Kartları

Portlar ve Port Kontrol

Bilgisayarların dış dünya ile haberleşmesini sağlayan en önemli kısmı USB portlarıdır. Bilgisayarlar, mikrodenetleyiciler ve mikroişlemciler bağlantıda bulundukları çevre cihazlar ile seri, paralel, USB portlardan bir ya da birkaçını kullanarak karşılıklı haberleşirler. Kişisel bilgisayarlarda seri ve paralel portlar bulunmamaktadır. Endüstriyel uygulamalarda USB, seri port ve kısmende paralel port kullanılmaktadır. Paralel port aynı anda 8 bitlik veriyi 8 ayrı pinden gönderme alma özelliğine sahip olmasına rağmen maliyetinin yüksek olması, fazla yer kaplaması, çalışma hızının ve veri iletim mesafesinin düşük olması nedenleri ile günümüzde tercih edilmemektedir.

Seri port, bilgisayarda COM olarak adlandırılır. UART (üniversal alıcı aktarıcı) tarafından denetlenen asenkron porttur. Seri portlar pin sayılarına göre adlandırılır. Günümüzde en yaygın kullanılanı, D tipli 9 pinli seri portlardır. Seri port 8 bitlik veri alışverişinde iki pin kullanır. Seri portun paralel porta göre veri iletim hızının yüksek olması, uzun mesafelerde veri kaybı olmadan iletim yapabilmesi, port kontrol ayarlarının kolay yapılabilmesi, donanım maliyetinin düşük olması tercih sebeplerindendir.

USB port, asenkron iletim yöntemi ile çalışır. Seri portta olduğu gibi tek cihaz özelinde çalışmaz. USB port yüksek hızlarda birden fazla cihazın (127) bilgisayara takılıp çalıştırılmasına olanak sağlar. USB port bilgisayara bağlandığında donanım ayarlarına gerek duyulmaz.
Seri iletişim her seferinde içeriye veya dışarıya doğru bir bit bilgi transfer eden fiziksel bir arayüzdür. Kişisel bilgisayarlarda terminaller veya modemler gibi cihazlar ile bilgisayarlar arasındaki veri transferi çoğunlukla seri bağlantı noktaları üzerinden sağlanmaktadır. Fare, klavye, diğer çevre birimleri de seri bağlantı noktalarını kullanarak bilgisayara bağlanmaktadır.

Ethernet, FireWire, ve USB gibi arayüzler veriyi seri bir akım (stream) olarak gönderdiği için seri bağlantı noktası terimi genellikle RS-232 standardı ile az veya çok uyumlu donanımları tanımlamakta kullanılır. Amaç bir modem veya benzeri bir iletişim cihazı ile arayüz oluşturmaktır. 2006 yılı itibarıyla USB arayüzü seri bağlantı noktasının yerini almıştır. Modern bilgisayarların çoğunluğu diğer cihazlara USB ile bağlanmaktadır. Maliyeti düşürmek için seri bağlantı noktalarından vazgeçilmektedir. Bu bağlantı noktaları legacy port olarak adlandırılmaktadır.

Seri port donanımı

Seri iletişim kullanan cihazlar iki sınıfa ayrılır. Bunlar DCE (veri iletişim cihazları), DTE (veri terminal cihazları). Veri iletişim cihazları için modem, TA adaptörü, plotter örnek verilebilir. Bilgisayar veya terminaller veri terminal cihazları sınıfına girer. Seri portun elektriksel özellikleri EIA (Elektronik Sanayi Birliği) RS232 standardı tarafından belirlenir. EIA RS232 standardının bazı parametreleri aşağıda belirtilmiştir.
1. Logic 0, +3 ile +25 volt arasındadır.
2. Logic 1, -3 ile -25 volt arasındadır.
3. +3 ile -3 volt arasındaki bölge tanımsızdır.
4. Açık devre voltajı GND’yi referans alarak 25 voltu aşmamalıdır.
5. Kısa devre akımı 500 mA’i aşmamalıdır.

Hız (BAUD)

Seri bağlantı noktalarında iki seviyeli (ikili) sinyalleme kullanılır, böylece saniyede bit cinsinden veri hızı bauddaki sembol hızına eşit olur. Asenkron iletişimde başlama ve durmanın bir saniyedeki bit hızı 300, 1200, 2400, 9600, 19200 baud değerindedir. Bu hızlar elektromekanik teleprinterların (telepirınır) hızlarının katları temel alınarak belirlenmiştir. Bağlantı noktasının ve cihaz hızının birbirine uygun olması gerekir. Bazı cihazlar bağlantı noktasının hızını otomatik olarak saptayabilmektedir. RS–232 standardı resmen 20.000 bit/sn. olarak sınırlandırılmış olmasına rağmen, popüler kişisel bilgisayarlarda kullanılan seri bağlantı noktaları 115.000 bit/saniye seviyelerine kadar ayarlanabilmektedir. Bit hızının bu seviyelere ayarlanmış olması çalışma bağlantısının aynı hızda gerçekleşeceği anlamına gelmemektedir. Seri bağlantı noktasıyla belirtilen bit hızlarına ulaşabilmek her zaman mümkün değildir. Müzik aletlerini kontrol etmek için kullanılan MIDI gibi bazı özel amaçlı protokollerde veya otomobillerde kullanılan OBD tanımlamalarda yukarıda belirtilen seri veri hızlarının dışında hızlar kullanılabilmektedir. Hız, çerçeveleme bitleri (durma bitleri, eşlik, v.b.) kullanılması ile etkin veri hızı bit iletim hızından daha düşük değerde iletişim sağlar.

Örneğin; 8-N-1 gösteriminde veri için bitlerin sadece %80’i kullanılabilir (her sekiz bitlik veri için iki tane daha çerçeveleme biti gönderilir). Sıkça desteklenen veri hızları; 75, 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 ve 115200 bit/s’dir. 1,843200 MHz frekansına sahip kristal osilatör bu amaç için kullanılır. Bu değer, veri hızının 16 katıdır ve seri port devresi, bu hızı as katlarına doğru kolayca bölebilir.

Veri Bitleri

Her bir karakterdeki veri biti sayısı beş (Bodo alfabesi için), altı (nadiren kullanılır), yedi (gerçek ASCII için), sekiz (her türlü veri için, bu değer bir bayt büyüklüğüne karşılık gelmektedir) veya dokuz (nadiren kullanılır) olabilir. Daha yeni uygulamalarda evrensel olarak sekiz veri biti kullanılmaktadır. Beş veya yedi bit genellikle teleprinterlar gibi nispeten daha eski cihazların iletişiminde kullanılır. Seri iletişim tasarımları çoğunlukla her bir bayttaki ilk LSB’ye (düşük öncelikli bit) göre yapılır. Bu standarda küçük endian adı verilir. Bir diğer seri iletişim tasarımı ise MSB’dir. Yüksek öncelikli bit kullanımı mümkün olmasına rağmen nadiren tercih edilir. Bu standarta büyük endian adı verilir.

Eşlik (Parity)

Eşlik, iletim esnasında meydana gelen bazı hataları saptama yöntemidir. Seri bir bağlantı noktası ile birlikte kullanıldığında her veri karakteri ile birlikte bir de fazladan veri biti gönderilir. Gönderilen bu veri biti öyle ayarlanır ki her bir karakterin içerisinde bulunan 1 bitlerin sayısı, eşlik biti de dahil olmak üzere, her zaman tek veya her zaman çift sayıdır. Eğer hatalı bir 1 bitlik sayısına sahip bir bayt alındığında bu baytın bozuk olduğu anlaşılır. Eğer eşlik doğruysa ortada hata yok veya çift sayılı bir hata yok anlamı çıkar. Tek bir eşlik biti her karakter üzerinde hatanın düzeltilmesine imkan tanımaz. Seri veri linkleri üzerinde çalışan iletişim protokolleri verinin geçerliliğini saptamak üzere sağlama toplamı gibi hatalı bir şekilde iletilen verinin tekrar iletilmesi için istekte bulunmak gibi daha yüksek seviye mekanizmalara sahip olabilir.

Serinin eşliği boş (N), tek sayı (O), çift sayı €, işaret (M) veya boşluk (S) olabilir. Boşun anlamı hiçbir eşlik bitinin gönderilmediğidir. İşaret eşliği, eşlik bitinin her zaman işaret sinyal durumuna ayarlanmış olduğu (mantıksal 1) ve benzer şekilde, boşluk eşliği eşlik bitini her zaman boşluk sinyal durumunda anlamına gelir. Fazla kullanılmayan uygulamalar bir yana bırakılacak olursa adreslemenin, özel sinyalleşmenin, işaretlemenin veya boşluk eşliğinin bir çeşidi olarak dokuzuncu (eşlik) bitinin kullanılması, pek olağan bir durum değildir, hata saptama bilgilerine çok az katkısı vardır. Tek sayılı eşliğe çift sayılılardan daha fazla rastlanır. Tek sayılı eşlikte en azıdan bir adet durum geçişi meydana gelir, bu da onu daha güvenilir hale getirir. En çok görülen eşlik ayarı boştur ve hata saptama işlemi protokolünün daha yüksek seviyelerinde gerçekleştirilir.

Durma (Stop)

Alıcı donanımın tekrar senkronize olabilmesi için gönderilen her baytın sonunda durma bitleri gönderilir. Elektronik cihazlarda genellikle tek bir durma biti kullanır. Teleprinter gibi yavaş cihazlarda, bir buçuk veya iki durma bitine gerek duyulur.

Sanal Seri Portlar (Virtual Serial Port)

Sanal seri bağlantı noktası [virtual serial port (virçul seriyıl port)], standart seri bağlantı noktasının bir emülasyonudur. Bu tür bağlantı noktaları ek donanıma (genişleme kartları gibi) gerek duyulmadan işletim sistemi üzerinde ek seri bağlantı noktaları oluşturabilen özel yazılım ürünleri tarafından gerçekleştirilir. Standart fiziksel seri bağlantı noktasının aksine, sanal bağlantı noktası herhangi bir ad alabilir (COM255, VSP33 gibi). PC’de sınırsız sayıda sanal seri bağlantı noktası oluşturulabilir. Karşılaşılabilecek olan tek kısıtlama bilgisayarın performansı ile ilgilidir. Bilgisayar, 255 tane seri bağlantı noktasını emüle edebilmek için önemli ölçüde kaynak ayırmak zorundadır.

Sanal seri bağlantı noktası “İngilizce: virtual serial port”; baud genişliği [baud rate (baud reyt)], veri biti, eşlik biti, durma biti, gibi tüm seri bağlantı noktası fonksiyonlarını emüle eder. Bacak fonksiyonlarını uyarlayarak tüm tek hatları emüle ederek (DTR/DSR/ CTS/RTS/DCD/RI) veri akışını kontrol eder. Örneğin; sanal seri bağlantı noktaları, bir seri bağlantı noktasına bağlanmış olan bir GPS cihazındaki verinin muhtelif uygulamalar arasında paylaşılmasında kullanılabilir. Bir başka kullanım şekli herhangi bir seri bağlantı cihazıyla internet veya LAN üzerinden doğrudan bilgisayara bağlantı kurulabilir (ethernet üzerinden seri bağlantı). İki bilgisayar arasında veya uygulama arasında emüle edilmiş modemsiz bağlantı kurulabilir. Windows CE, Windows Mobile ve Pocket PC altında da seri bağlantı noktaları çalışabilmektedir.

RS232 USB dönüştürücü, D tipi 9 pinli seri portu USB portuna dönüştürür. Veri aktarım hızı 1Mbs ve üstüdür. Endüstriyel bir aygıtı bilgisayara bağlamak için hızlı ve düşük maliyetli bir yoldur. CP2102 USB 2.0 UART TTL HW 598 USB portu TTL seri porta çevirir. 12Mbps hızında haberleşme sağlar. Android telefon ve tabletlerin dönüştürücüye bağlanabilmesi için OTG kablo ile birlikte kullanılmalıdır.

USB Port Kontrol Kartları

USB port kontrol kartları; USCO 01, USCO 02 gömülü sistemlerde kullanılan TM4C123GX, TM4C1294 mikrodenetleyici kartlarından ve bu kartların PCB altlıklarından oluşmaktadır.