Referat Schnittstellen - Die serielle Schnittstelle: RS-232C und V24 (siehe A6/B1)

Schnittstellen

Für den Anschluß an den PC besitzt ein Drucker mindestens eine manchmal auch mehrere Schnittstellen. Beim Kauf sollte man darauf achten, daß beide Geräte, sowohl PC als auch Drucker, über den gleichen Schnittstellentyp verfügen. Eine Umrüstung des Druckers ist in den meisten Fällen nicht möglich und an den PCs, wenn überhaupt, nur mit Zusatzbaugruppen (Steckkarten). Auch das passende Kabel sollte man sofort beim Händler erwerben, da an den verschiedenen Rechnern und Druckern auch verschiedene Steckerformen verwendet werden.

Grundsätzlich  unterscheidet man drei verschiedene Übertragungsverfahren zwischen Computer und Peripherie:

Serielle Schnittstelle (zum Beispiel RS-232C)

Parallele Schnittstelle (zum Beispiel Centronics)

Bussysteme (zum Beispiel Apple Talk)

Jedes dieser Systeme besitzt seine Vor- und Nachteile. Der Druckerkäufer sollte sich gut überlegen, welches System er einsetzen möchte.

Um die Unterschiede der Systeme zu verstehen, muß man zuerst wissen, daß die Informationen über den zu druckenden Text bzw. Grafik immer byteweise im Computer gespeichert sind. Zur Übertragung von einem Zeichen zum Drucker, müssen jeweils acht Bit über die Schnittstelle transportiert werden. Bei der parallelen Schnittstelle ist das kein Problem. Für jedes Bit ist hier eine Leitung im Kabel reserviert. Somit kann ein komplettes Byte auf einmal übertragen werden. Bei der seriellen Schnittstelle ist für das Byte jedoch nur eine einzelnen Leitung vorhanden. Deshalb müssen die acht Bits nacheinander auf dieser Leitung übermittelt werden. Damit eine Synchronisation zwischen Drucker und Computer gewährleistet ist, werden vor und nach jedem Byte ein oder mehrere sogenannte Start- und Stoppbits gesandt. Deshalb kann es vorkommen, daß für ein zu übertragendes Byte zehn oder elf Bit benötigt werden. Bei größeren Datenmengen summieren sich diese Kontrollbits zu einer beachtlichen Last. Dadurch ist bereits ersichtlich, das serielle Schnittstellen prinzipiell langsamer sind als parallele Schnittstellen.

Im Gegensatz zu seriellen und parallelen Schnittstellen, an denen maximal zwei Geräte angeschlossen sind, kann man mit einer Busstruktur ein richtiges Netzwerk mit Computern und Druckern aufbauen. Bei einem Bus sind nicht zwei Geräte mit einem Kabel verbunden, sondern die Daten- und Steuerleitungen werden an allen anzuschließenden Geräten vorbeigeführt. Selbstverständlich kann in einem Busnetz immer nur ein Gerät aktiv sein. Deshalb variiert die Übertragungsgeschwindigkeit je nach Anzahl der angeschlossenen Geräte und der grundsätzlichen Konzeption des Busses. Auch bei den Bussystemen muß man zwischen serieller und paralleler Datenübertragung unterscheiden. die Geschwindigkeit reicht von 230 KBit/s (bei Apple Talk) bis zu über 10 MBit/s (bei Ethernet). Der Vorteil dieser Systeme liegt

in der vielfältigen Vernetzbarkeit der Geräte. Nachteile resultieren aus der aufwendigen Verkabelung und höheren Störanfälligkeit. Fällt ein System im Netz aus, kann unter Umständen das gesamte Netzwerk lahmgelegt.

Im Normalfall dürfte die RS-232C- oder die Centronics-Schnittstelle zum Einsatz kommen. Diese sind in der Druckerwelt am meisten verbreitet, werden von jedem Programm unterstützt und sind am einfachsten anzuschließen.

1 Die serielle Schnittstelle: RS-232C und V24 (siehe A6/B1)

Diese beiden Namen sind unterschiedliche Bezeichnungen für die gleiche Schnittstelle. Dabei wird eine Leitung verwendet, um Daten vom PC zum Drucker zu senden und eine zweite für die umgekehrte Richtung. Die dritte Verbindung, die unbedingt vorhanden sein muß, dient dem Ausgleich der Massepotentiale beider Geräte. Zu beachten ist, daß die beiden Sende- bzw. Empfangsleitungen gedreht angeschlossen werden, da der PC auf Pin 2 seine Daten sendet, der Drucker aber auf Pin 3 empfängt. Dasselbe gilt natürlich auch für die Gegenrichtung.

Die RS-232C- bzw. V24-Schnittstelle arbeitet mit den Betriebsspannungen +12 V und -12 V nach dem Low-Level-Prinzip. Das bedeutet, ein Potential von -12 V entspricht einer logischen 1 und ein Pegel von +12 V einer logischen 0.

Die eigentliche Datenübertragung erfolgt in vier Schritten. Im Normalfall wird die

Sendeleitung auf -12 V gehalten. Startet die Übertragung, so wechselt das Signal auf

+12 V (das sogenannte Startbit). Anschießend folgen die sieben bzw. acht Datenbit. Danach wird dem Empfänger ein Paritybit übermittelt, damit dieser überprüfen kann, ob er die Daten richtig empfangen hat. Dazu bildet man die Quersumme der Datenbytes. Bei einer geraden Summe wird das Paritybit auf logisch 0 gesetzt, bei ungerader Prüfsumme auf 1. Ein oder zwei Stoppbit mit logischen High-Potential schließen die Übertragung eines Bytes ab.

Es stellt sich nun die berechtigte Frage: Woher weiß der sendende Rechner, daß er Daten über die serielle Schnittstelle schicken darf? Damit keiner der beiden Teilnehmer überlastet wird, gibt es die drei Protokolle

XON/XOFF

ETX/ACK

DTR

wodurch sich die beiden Kommunikationsteilnehmer untereinander verständigen. Das XON/XOFF-Protokoll ist am meisten verbreitet, da es am einfachsten zu realisieren ist und keine zusätzlichen Steuerleitungen benötigt. Lediglich gilt zu beachten, daß beide Seiten, Computer und Drucker, auf das gleiche Protokoll eingestellt sind, da sonst keine Verbindung zustande kommen kann.

RS-232C bzw. V24 eignet sich hauptsächlich für lange Strecken. Durch die relativ hohen Signalpegel kann die Verbindungsleitung bis zu 30 Meter lang sein. Theoretisch wäre es möglich, noch längere Leitungen zu verwenden. Man sollte jedoch dann qualitativ hochwertige Kabel mit großem Leitungsdurchmesser und geringen Widerstand verwenden. Ansonsten kann es zu Problemen bei der Datenübertragung kommen.

1.1 XON/XOFF

Bei diesem Protokoll sind zwei Sonderzeichen für die Kommunikation reserviert. Ist der Drucker nicht mehr in der Lage, weitere Daten zu empfangen, sendet er auf seiner Datenleitung das Zeichen XOFF« (13hex) zum Computer. Der sendende PC muß daraufhin seine Datenübertragung sofort unterbrechen. Ist der Drucker bereit, neue Daten zu empfangen, übermittelt er dem Rechner das Zeichen XON« (11hex). Nun kann der Computer mit der Datenübertragung fortfahren. Das gleiche Prinzip wird in der entgegengesetzten Richtung verwendet, wenn ein Peripherie-Gerät Daten zum PC, der überlastet sein kann, schicken möchte.

1.2 ETX ACK

Dieses System arbeitet ähnlich wie das XON/XOFF-Protokoll. Der PC sendet dabei einen ganzen Datenblock zum Drucker, der die empfangenen Daten in einem dafür reservierten Eingangspuffer zwischenspeichert. Der gesendete Datenblock wird am Ende mit dem Zeichen ETX« (ETX: End of TeXt; 03hex) abgeschlossen. Der Drucker beginnt nach Empfang dieses Zeichens die Daten in den eigentlichen Arbeitsspeicher zu kopieren. Ist das erledigt, teilt er dem Computer durch das Steuerzeichen »ACK« (ACKnowledge; 06hex) mit, daß er weitere Daten empfangen kann. Da auch dieses System per Software realisiert ist, ist es relativ einfach zu implementieren. Der empfangene Teilnehmer muß nur über einen ausreichenden Empfangspuffer verfügen.

1.3 DTR

Ein aufwendiges System zur Steuerung der Datenübertragung ist das DTR-System, das zwei zusätzliche Leitungen benötigt. Ist der Drucker empfangsbereit, hält er die Leitung DTR« (Data Terminal Ready) auf High-Pegel. Ist sein Empfangspuffer nicht mehr bereit, Daten aufzunehmen, setzt er das Signal auf Low-Potential, wodurch der Sender aufgefordert ist, keine Daten mehr zu übertragen. Sind die empfangenen Daten verarbeitet, wird die Leitung wieder auf High gesetzt und die Datenübertragung kann fortgesetzt werden. Für die umgekehrte Verbindung (vom Drucker zum PC) ist die Leitung DSR« (Data Set Ready) reserviert.

2 Die Centronics-Schnittstelle (siehe A6/B2)

Da die Centronics-Schnittstelle die Daten parallel überträgt und mit einem Hardware-Handshake-Protokoll arbeitet, ist ein wesentlich größerer Verdrahtungsaufwand erforderlich. Bei dieser Schnittstelle findet ein 36-poliges Verbindungskabel seine Anwendung. Einige Pins der Stecker sind nicht belegt, so daß man an der PC-Seite mit einem 25-poligen Stecker auskommt. Zur Synchronisierung der  Datenübertragung werden die Leitungen »STROBE« und

»ACKNLG« verwendet. Sind die Daten an den acht Datenleitungen DATA 1-8« bereit zur Übernahme in den Drucker, signalisiert der PC dies mit einem Null-Signal an der STROBE-Leitung. Der Drucker übernimmt die Daten und quittiert deren Empfang mit einem Null-Impuls auf der ACKNLG-Leitung. Das bedeutet auch, daß der Computer neue Daten senden kann.

Die acht Datenleitungen arbeiten im Gegensatz zur seriellen Schnittstelle mit positiver Logik. Somit bedeutet ein High-Signal auch eine logische 1 (entsprechend:

0 = Low). Die Leitung BUSY« wird verwendet, um den PC mitzuteilen, ob der Drucker im Moment in der Lage ist, Daten anzunehmen. Ist das nicht der Fall, wird die Leitung auf High gesetzt. Der Computer wartet nun solange, bis dieses Signal wieder auf Low sinkt, um weitere Daten zu übertragen.

Bei den seriellen Schnittstellen können Daten in beiden Richtungen übertragen werden. Man spricht auch von einer bidirektionalen Schnittstelle. Die Centronics- Schnittstelle erlaubt nur die Datenübertragung in eine Richtung, also unidirektional. Deshalb ist der Drucker nicht in der Lage detaillierte Fehlermeldungen zu senden. Durch  das Prinzip der parallelen Datenübertragung erreicht die Centronics- Schnittstelle eine erheblich höhere Durchsatzrate als die serielle Schnittstelle. Da jedoch         mit normalen Pegeln (5 V) gearbeitet wird,       ist    die Länge der Verbindungskabel auf maximal 5 Meter beschränkt.

( CR ) wird ein Zeilenvorschub

LF ) hinzugefügt

5. Quellenverzeichnis

Limmer Gerd:

Das Plotter Buch: Arbeitsweise, Schnittstellen, Intelligenz, Anschluß, Zubehör

Markt und Technick-Verlag, 1988

Lipp Thomas W.

Der Drucker Workshop

Systhema Verlag, 1991

Ockenfelds R.

Das große PC-Druckerbuch

Data Becker, 1988