Периферійні пристрої, модеми

Вступ

Останнім час модеми стають невід'ємною частиною комп'ютера. Установивши модем на свій комп'ютер, ви фактично відкриваєте для себе новий світ. Ваш комп'ютер перетворюється з відособленого комп'ютера в ланку глобальної мережі.

Модем дозволить вам, не виходячи з дому, отримати доступ до баз даних, які можуть бути віддалені від вас на багато тисяч кілометрів, розмістити повідомлення на BBS (електронній дошці оголошень), доступною іншим користувачам, скопіювати з тієї ж BBS цікавлять вас файли, інтегрувати домашній комп'ютер в мережу вашого офісу, при цьому створюється повне відчуття роботи в мережі офісу. Крім того, скориставшись глобальними мережами (RelCom, FidoNet, Internet) можна приймати і посилати електронні листи не тільки усередині міста, але фактично в будь-який кінець земної кулі. Глобальні мережі дають можливість не тільки обмінюватися поштою, але й брати участь у всіляких конференціях, одержувати новини практично по будь-якій, що цікавить вас тематики.

Існує три основні способи з'єднання комп'ютерів для обміну інформацією:

безпосередня зв'язок, через асинхронний порт;

зв'язок з використанням модему;

зв'язок через локальні мережі.

1. Типи модемів

боди і біти в секунду. Коли говорять про модеми, то дуже часто плутають боди і біти в секунду (біт/с). Швидкість передачі виражена в бодах, вказує, скільки разів на секунду змінюється стан сигналу, що передається з одного пристрою в інший. Якщо, наприклад, частота чи фаза сигналу змінюється 300 разів на секунду, то кажуть, - швидкість передачі сигналу дорівнює 300 бодам. Якщо при цьому кожне стан (зміна) переданого сигналу використовується для передачі одного біти, то 300 бод в даному випадку еквівалентні 300 біт/с. Якщо ж у кожному стані сигналу передається два біта інформації, то швидкість передачі в бітах за секунду будетв 2 рази більше, тобто 600 біт/с. У більшості модемів кожному станом відповідає кілька бітів, тому фактична швидкість передачі в бодах менше швидкості в бітах в секунду.

В даний час випускається величезна кількість всіляких модемів, починаючи від найпростіших, що забезпечують швидкість передачі близько 300 біт/сек, до складних факс-модемних плат, що дозволяють вам надіслати з вашого комп'ютера факс або звукове листа до будь-яку точку світу.

Апаратно модеми виконані або як окрема плата, що вставляється в слот на материнській платі комп'ютера, або у вигляді окремого корпусу з блоком живлення, який підключається до послідовного асинхронного порту комп'ютера. Перший з низ називається внутрішнім модемом, а другий - зовнішнім.

Типовий модем містить наступні компоненти: спеціалізований мікропроцесор, керуючий роботою модему, оперативну пам'ять, що зберігає значення регістрів модему і буферизує вхідні/вихідну інформацію, постійну пам'ять, динамік, що дозволяє виконувати звуковий контроль зв'язку, а також інші допоміжні елементи (трансформатор, резистори, конденсатори, роз'єми). Якщо у вас досить сучасний модем, то він швидше за все додатково містить електрично Перепрограмміруємая постійну пам'ять (EEPROM), в якій може бути збережена конфігурація модема навіть при виключенні живлення.

Щоб модеми могли обмінюватися один з одним інформацією, треба, щоб вони використовували однакові способи передачі даних по телефонних лініях. Для розробки стандартів передачі даних був створений спеціальний міжнародний консультативний комітет з телеграфії і телефонії (CCITT) і прийнято наступні рекомендації:

Bell 103

Стандарт з швидкістю передачі 300 біт/с прийнятий в США і Канаді. Тип використовуваної модуляції - Частотна, кожному станом сигналу відповідає один біт. У більшості швидкодіючих сучасних комп'ютерів цей стандарт передбачено, хоча він вже застарів.

Bell 212A

Стандарт з швидкістю передачі 1200 біт/с прийнятий в США і Канаді. У ньому використовується диференціальна фазова модуляція DPSK (Differential Phase-Shift Keying), швидкість передачі-600 бод, кожному станом відповідає 2 біт даних.

V.21

Цей міжнародний стандарт передачі даних зі швидкістю 300 біт/с подібний до стандарту Bell 103, однак через відмінності у використовуваних діапазонах частот модеми V.21 НЕ сумісні з модемами Bell 103. В основному V.21 використовується за межами США.

V.22

Даний міжнародний стандарт передачі даних зі швидкістю 1200 біт/с подібний Bell 212A, однак не сумісний з ним за деякими характеристиками, зокрема з способу відповісти на дзвінок. Цей стандарт використовується, в основному, за межами США.

V.22bis

Це міжнародний стандарт передачі даних зі швидкістю 2400 біт/с. Слово bis означає друге, тобто покращений варіант стандарту V.22. Застосовується V.22bis як у США, так і в інших країнах. Використовується амплітудно-фазова модуляція (QAM), швидкість передачі даних-600 бод, у кожному стані сигналу кодується 4 біт.

V.23

Даним стандартом передбачається передача даних зі швидкістю 1200 біт/с в одному напрямі і 75 біт/с- у зворотному. Модем, що відповідає цьому стандарту, виявляється псевдодуплексним, тобто він може обмінюватися даними в обох напрямках, але з різними швидкостями. V.23 був розроблений для того, щоб знизити вартість модемів зі швидкістю передачі 1200 біт/с, які були досить дорогими на початку 80-х років. Використовується, в основному, в Європі.

V.29

Цей стандарт визначає напівдуплексний (односпрямований) спосіб передачі даних з швидкістю 9600 біт/с. Зазвичай він використовується для факсимільних апаратів (факсів), і дуже рідко для модемів. Оскільки зазначений стандарт є напівдуплексному, відповідні пристрої виявляються набагато простіше тих, які працюють в високошвидкісних дуплексних режимах. V.29 як стандарт для модемів НЕ є функціонально повним, так як він не визначає повного набору вимог до стандартів. Саме тому пристрої різних серій рідко виявляються сумісними. Ці недоліки стандарту не стосуються факсимільних апаратів, параметри яких визначено в V.29 повністю.

V.32

Це стандарт дуплексної передачі даних зі швидкістю 9600 біт/с. У ньому визначені методи корекції помилок і способи зв'язку. Використовується амплітудно-фазова модуляція з так званим кодуванням TCQAM, при якому кожному станом сигналу відповідає 4 біт. При такому кодуванні разом з кожною групою з 4 біт передається додатковий контрольний біт. Це дозволяє виконувати корекцію помилок у приймальному пристрої, що, у свою чергу, підвищує стійкість модемів, що працюють у стандарті V.32, до впливу шумів в лінії передачі. Оскільки навіть при односпрямованої передачу даних зі швидкістю 9600 біт/с використовується практично вся смуга пропущення телефонної лінії, в модемах V.32 реалізується складна процедура прослуховування сигналу у відповідь, яка полягає в періодичному відключенні власних переданих сигналів і прийомі у відповідь сигналів. До останнього часу поширення модемів, що працюють у стандарті V.32, стримувалося їх складністю і високою вартістю. Однак поява на ринку дешевих комплектів мікросхем, розроблених спеціально для цих цілей, змінило ситуацію, і V.32 поступово перетворився на загальноприйнятий стандарт передачі даних зі швидкістю 9600 біт/с.

V.32bis

Стандарт V.32bis - це розширення V.32 зі швидкістю передачі 14400 біт/с. У ньому застосовується та сама модуляція, що і в V.32 (TCQAM), швидкість передачі - 2400 бод, у кожному стані кодується 6 біт. Завдяки такому кодуванню зв'язок виходить досить надійною. Протокол V.32bis забезпечує дуплексну зв'язок. Якщо якість телефонної лінії невисока, то модеми перемикаються у звичайний режим V.32. Цей стандарт, завдяки своїй продуктивності і завадостійкості, став загальноприйнятим при роботі в сучасних телефонних лініях.

V.32fast

Стандарт V.32fast, також званий V. FC (Fast Class), - це новий запропонований ССIТТ стандарт, який є розширенням V.32 і V.32bis. У ньому передбачена швидкість передачі дана 28800 біт/с, однак згодом він замінився стандартом V.34.

V.34

Стандарт V.34 -- стандарт передачі даних зі швидкістю 31,2 і 33,6 Кбіт/с. Багато існуючих модеми V.34, оснащені складними цифровими процесорами Digital Signal Processors (DSPs).

V.90

Стандарт V.90 -- стандарт передачі даних, який дозволяє модему передавати зі швидкістю 57600 біт/с, і приймати дані зі скокостью 33600 біт/с.

Ще до представленим вище стандартам я хочу додати наочну таблицю стандартизації швидкості модемів в залежності від їх застосування.        

Швидкість модему         

З якою метою він може використовуватися             

300 bps         

Для роботи з місцевою BBS. (хоча не всі   діалогові сервісні служби зараз дозволяють користуватися ними так як вони   дуже довго займають телефонну лінію, і взагалі це дуже застаріла швидкість   передачі інформації)             

1200 bps         

Для місцевої BBS.             

2400 bps         

Це найнижча швидкість продаваних   сьогодні модемів може задовольняти, якщо не здійснюється передача великих   обсягів інформації (особливо на далекі відстані)             

9600 bps         

Модеми з такою швидкістю (і вище)   виконують корекцію помилок і стиснення даних. Деякі діалогові сервісні   служби наближаються до такого значення швидкості, за винятком Internet.   Багато BBS працюють саме з цими параметрами швидкості.             

16 800 bps         

Така швидкість досягається тільки при   встановлення зв'язку з модемом такої ж моделі.                      

Те ж, що й 16.8Kbps-модеми             

28 800 bps         

Популярний раніше стандарт. Використовується   протокол v.34 bis             

36 600 bps                      

56 000 bps         

Швидкість сучасного модему.   Використовуються протоколи: V90 і K56Flex     

2. Програмування модемів

Після випуску американською фірмою Hayes модемів серії Smartmodem, система команд, використана в ній, стала певним стандартом, якого дотримуються інші фірми - розробники модемів. Система команд, що застосовується в цих модемах, носить назва hayes-команд, або AT-команд.

З часу випуску першого AT-сумісних модемів набір їх команд дещо розширився, але всі основні команди залишилися без зміни.

Усі команди, передаються комп'ютером модему, треба починати префіксом AT (ATtention -- увагу) і закінчувати символом повернення каретки (). Тільки команда А/і Escape-послідовність "+++" не вимагають для себе префікса AT.

Після префікса AT можуть йти один або відразу декілька команд. Для ясності ці команди можуть бути відокремлені один від одного символами пробілу, тире, дужками. У більшості випадків команди можуть бути написані як великими, так і малими літерами.

При передачі модему команд вони спочатку заносяться у внутрішній буфер, який, як правило, має розмір 40 символів. Команди, записані в буфер модему, виконуються після надходження символу повернення каретки. Внаслідок обмеженості розміру буфера не слід передавати модему занадто довгі команди (більше розміру буфера). Довгі команди можна розбивати на частини і передавати в декілька заходів. При цьому кожна частина повинна починатися префіксом АТ і закінчуватися символом повернення каретки.

Якщо ви допустили помилку при наборі команди, то її можна виправити, використовуючи клавішу BackSpace.

Після виконання кожної команди модем посилає назад комп'ютера відповідь у вигляді числа або слова. Ця відповідь означає, виконана чи команда чи сталася помилка. Якщо у вас зовнішній модем, то на його лицьовій панелі знаходиться вісім світлових індикаторів. Хоча їх розташування на різних моделях може змінюватися, їх позначення є стандартними:

MR Modem Ready - Модем готовий до обміну даними. Якщо етотіндікатор не горить, то треба перевірити лінію живлення модему.

TR Terminal Ready - Комп'ютер готовий до обміну даними з модемом. Цей індикатор горить, коли модем отримав від компьютерасігнал DTR.

CD Carrier Detect - Індикатор запалюється, коли модем виявив несучу частоту на лінії. Індикатор повинен горіти протягом усього сеансу зв'язку і гаснуть, коли одна з модемів звільнить лінію.

SD Send Data -- Індикатор блимає, коли модем отримує дані від комп'ютера.

RD Receive Data - Індикатор блимає, коли модем передає дані до комп'ютера

HS High Speed -- Модем працює на максимально можливу для нього швидкості.

AA Auto Answer - Модем знаходиться в режимі автовідповіді. Тобто модем автоматично буде відповідати на надходять дзвінки. Коли модем виявить дзвінок на телефонній лінії, цей індикатор замигає.

OH Off-Hook -- Цей індикатор горить, коли модем зняв трубку (займає лінію).

Стандартний набір відповідей модему

OK-Модем виконав команду без помилок

CONNECT-Модем встановив зв'язок зі швидкістю 300 bps

RING-Модем виявив сигнал дзвінка

NO CARRIER - Модем втратив несучу частоту

ERROR-Помилка в командному рядку

CONNECT X - Модем встановив зв'язок зі швидкістю X

NO DIALTONE - Відсутність сигналу станції при знятті трубки

BUSY-Модем виявив сигнал "зайнято"

NO ANSWER-Нет відповіді після очікування сигналу

Основні принципи програмування модемів

Доступ до модему відбувається через послідовний асинхронний порт. При цьому для передачі модему команд їх необхідно просто записати в регістр даних COM-порту, на якому знаходиться модем. Відповідь від модему також надходить через послідовний порт. Передаючи модему команди, його можна проініціалізувати, перевести в режим автовідповіді або змусити набрати номер.

Коли модем набере номер віддаленого абонента або коли модему в режимі автовідповіді прийде виклик, він спробує встановити зв'язок з віддаленим модемом. Після встановлення зв'язку модем передає комп'ютера через COM-порт спеціальне повідомлення і переключиться з командного режиму в режим передачі даних. Після цього дані, передаються модему, перестають сприйматися ним як команди і відразу передаються по телефонній лінії на віддалений модем.

Отже, після встановлення зв'язку з віддаленим модемом, комунікаційна програма може починати обмін даними. Обмін даними так само, як і передача команд, здійснюється через COM-порт. Потім за допомогою спеціальної Escape-послідовності можна перемкнути модем з режиму передачі даних назад в командний режим і покласти трубку, розірвавши зв'язок з віддаленим модемом.

3. Послідовність дій для встановлення зв'язку

Ініціалізація COM-порту.

Проводимо ініціалізацію COM-порту, до якого підключений модем. Для цього програмуємо регістри мікросхеми UART, задаючи формат даних і швидкість обміну. Зауважимо, що модем буде проводити з'єднання з віддаленим модемом саме на цій швидкості. Чим вище швидкість, тим швидше відбуватиметься обмін даними з віддаленою модемом. Однак при збільшенні швидкості на поганих телефонних лініях сильно зростає кількість помилок.

Ініціалізація модему.

Передаючи модему AT-команди через СОМ-порт, робимо його ініціалізацію. За допомогою АТ-команд можна встановити різні режими роботи модему - вибрати протокол обміну, встановити набір діагностичних повідомлень модему і т.д.

З'єднання з віддаленим модемом.

Передаємо модему команду набору номера (ATD). У цьому випадку модем набирає номер і намагається встановити зв'язок з віддаленим модемом. Або передаємо модему команду AT S0 = 1 для переведення його в режим автовідповіді. Після цього модем чекає дзвінка від віддаленого модему, а коли він приходить, намагається встановити з ним зв'язок.

Очікуємо відповідь від модему.

Залежно від режиму, в якому знаходиться модем, він може передавати комп'ютера різні повідомлення. Наприклад, якщо модем робить виклик віддаленого модему (АТ-команда ATD), то модем може видати наступні повідомлення:

CONNECT - Успішне з'єднання

BUSY-Номер зайнятий

NO DIALTONE-На лінії відсутній сигнал комутатора

NO ANSWER - Абонент не відповідає

NO CARRIER - Невдала спроба встановити зв'язок

Коли приходить дзвінок, модем передає комп'ютера повідомлення RING, якщо регістр модему S0 дорівнює нулю. У цьому випадку, щоб відповісти на дзвінок треба послати модему команду АТА. Якщо модем знаходиться в режимі автовідповіді і регістр модему S0 не дорівнює нулю, то модем автоматично намагається відповісти на дзвінок і може видати наступні повідомлення:

CONNECT - Успішне з'єднання

NO DIALTONE - Ні несучої частоти віддаленого модему

NO CARRIER - Невдала спроба встановити зв'язок

Якщо модем передав комп'ютера повідомлення CONNECT, значить, він успішно вирозвели з'єднання та тепер працює в режимі передачі даних. Тепер всі дані, які ви передасте модему через СОМ-порт, буде перетворено модемом у форму, придатну для передачі по телефонних лініях, і передані віддаленою модему. І навпаки, дані, прийняті модемом по телефонній лінії, перераховуються в цифрову форму і можуть бути прочитані через СОМ-порт, до якого підключений модем.

Якщо модем передав комп'ютера повідомлення BUSY, NO DIALTONE, NO ANSWER, NO CARRIER значить, провести з'єднання з віддаленим модемом не вдалося і треба спробувати повторити з'єднання.

Підключення модему в командний режим.

Після закінчення роботи комунікаційна програма повинна перевести модем в командний режим і передати йому команду покласти трубку (ATH0). Для перекладу модему в командний режим можна скористатися Escape-послідовністю "+++". Після того як модем перейшов в командний режим, можна знову передавати йому АТ-команди.

скидаємо сигнали налініях DTR і RTS.

Низький рівень сигналів DTR і RTS повідомляє модему, що комп'ютер не готовий до прийому даних через COM-порт. При роботі з асинхронним послідовним адаптером ви можете використовувати механізм переривань. Так як передача і прийом даних модемом являють собою тривалий процес, то застосування переривань від порту дозволяє використовувати процесорний час для інших потреб.

Список літератури

Налаштовуємо модем// Hard & Soft, 1998р., № 8

http://www.hardware.ru

Комп'ютер зсередини// Komputerra, 2000р., № 3

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/