Introducción a las Telecomunicaciones I INTERFACES SERIALES EN COMUNICACIONES DE DATOS UNIVERSIDAD NACIONAL DE RIO CUARTO – FACULTAD DE INGENIERIA Profesores: Ing. Frías, Pedro D. Ing. Primo, Damián H.

INTRODUCCIÓN: Comunicación de Datos INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I La comunicación de datos es el proceso de transferir información digital, por lo general, en forma binaria (“1” y “0”), entre dos o más puntos. A D C B …. 1 0 … …. Red Pública

-La comunicación de datos es el proceso de transferir información digital, por lo general, en forma binaria (“1” y “0”), entre dos o más puntos. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I INTRODUCCIÓN: Comunicación de Datos

-Los dispositivos finales, normalmente terminales y computadores, se denominan generalmente equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipament). -Un DTE hace uso del medio de transmisión mediante la utilización de un equipo terminación de circuitos de datos (DCE, Data Circuit-Terminating Equipment), como por ejemplo un modem. -El DCE es responsable de transmitir y recibir bit, de uno en uno, a través del medio de transmisión o red. En el destino, DCE debe interactuar con el DTE. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I INTRODUCCIÓN: Comunicación de Datos

INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I INTRODUCCIÓN: Comunicación de Datos

-Los DCEs que intercambian señales a través del medio deben entenderse el uno al otro. Cada DCE debe utilizar el mismo esquema de codificación y misma velocidad de transmisión del otro extremo. -Cada pareja DTE-DCE se debe diseñar de tal forma que funcionen cooperativamente. Los fabricantes de los equipos tienen cuatro características importantes a destacar: -Mecánicas: Tratan las conexiones físicas entre DTE y DCE -Eléctricas: Definen niveles de tensión y temporización -Funcionales: Datos, Control, temporización, masa o tierra. -Características de procesamiento: Secuencias de eventos para la transmisión INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I INTRODUCCIÓN: Comunicación de Datos

Comunicación de Datos Transmisión de datos en serie y paralelo Como sabemos, la transmisión paralelo es mas rápida que la serial, pero también conlleva mas complejidad, por lo que solo se usa para cortas distancias. Para distancias mas largas se utiliza la comunicación serial. T T T T T (8 BITS EN 8T) (8 BITS EN 1T) INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Receptor/Transmisor Síncrono Tx Datos Rx Datos clock Tierra Común INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I A B - Las secciones de receptor y transmisor de A y B que se comunican entre sí deben estar sincronizadas (Mismo Clock). - Para iniciar la transmisión síncrona, el transmisor (A) primero envía caracteres de sincronización al receptor (B). (CHAR #1 y CHAR #2) - El receptor (B) lee el patrón de bits de sincronización y lo compara con un patrón de sincronización conocido. Una vez que se identifican como siendo el mismo, el receptor comienza a leer datos de caracteres fuera de la línea de datos. Datos Syn CHAR #1 Syn CHAR #2.....

Receptor/Transmisor Síncrono Tx Datos Rx Datos clock Tierra Común INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I A B -La transferencia de datos continúa hasta que se recibe el bloque completo de datos. -Si se envían bloques grandes de datos, los caracteres de sincronización pueden ser reenviados periódicamente para asegurar que se mantiene la sincronización. -Utilización: Se utiliza en aplicaciones donde se requiere transferencia de datos de alta velocidad. Datos Syn CHAR #1 Syn CHAR #2.....

Receptor/Transmisor Asíncrono Tx Datos Rx Datos Tierra Común INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I A B - El método de comunicación asíncrono elimina la necesidad de la señal de reloj (Clock). - La forma más simple de una interfaz de comunicación asíncrona podría consistir en una línea de comunicación Recibir datos, Transmitir datos y Señal común. - Los datos a transmitir se envían un carácter a la vez, y en el receptor que examina los bits de sincronización que se incluyen al principio y al final de cada carácter realiza el final de la sincronización de la línea de comunicación Bit Paridad Start Bit (Espacio) Stop Bit (Marca).....

Receptor/Transmisor Asíncrono Tx Datos Rx Datos Tierra Común INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I A B -El bit de sincronización al principio del carácter se denomina bit de inicio y al final del carácter el bit de parada. -Los bits del carácter se insertan entre los bits de inicio y de parada. -Se puede usar ASCII de 7 bits y se agrega la paridad como octavo bit para una mayor fiabilidad en la transmisión. Data Bit Paridad Start Bit (Espacio) Stop Bit (Marca).....

Receptor Transmisor Asíncrono Universal (UART). Computadora Anfitrión DTE UART / USRT MODEM DCE Periféricos Primario o Fuente Transmisión Paralelo Transmisión Serie asíncronos -El UART (de Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) es un dispositivo clave y se usa para la transmisión de datos asíncronos entre el DTE (equipo terminal de datos) y el DCE (equipo de comunicación de datos). -Transmisión asíncrona: Se usa formato de datos asíncronos -> No hay sincronización de la información transferida entre el DTE y el DCE. -Desde el punto de vista Funcional el UART se divide en 2 partes: TX y RX. Las funciones principales del UART son: 1. Hacer conversión de datos: de serie a paralelo y de paralelo a serie. 2. Detectar errores insertando y comprobando los bits de paridad. 3. Insertar y detectar los bits de arranque y de paro. TX  RX RX  TX INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Receptor Transmisor Síncrono Universal (USART). Computadora Anfitrión DTE UART / USRT MODEM DCE Periféricos Primario o Fuente Transmisión Paralelo Transmisión Serie -El USART (de Universal Synchronous Receiver/Transmitter) se usa para transmisión de datos síncronos entre el DTE (equipo terminal de datos) y el DCE (equipo de comunicación de datos). -Transmisión síncrona: Se usa formato de datos síncronos. Hay información de sincronización transferida del USART al módem y que cada transmisión comienza con un carácter SYN. -Desde el punto de vista Funcional el USART se divide en 2 partes: TX y RX. Las funciones principales del USART son: Hacer conversión de datos: de serie a paralelo y de paralelo a serie. Detectar errores insertando y comprobando los bits de paridad. Insertar y detectar los caracteres SYN. TX  RX RX  TX INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

INTERFACES EN MODO SERIE: Generar un estándar Situación que llevo a generar un estándar de Comunicación Serial: - Coordinan la comunicación entre el DTE y el DCE de diferentes fabricantes. - Los tipos (forma física) de conectores, voltajes y cables variaban de acuerdo a los Fabricantes. - Para implementar/comunicar equipos de diferentes empresas se tuvieron que realizar equipos que conviertan una señal en otra (Adaptadores). INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

INTERFACES EN MODO SERIE: INTERFAZ RS Fue establecida en 1962 por la EIA, Asociación de Industriales Electrónicos. -Las 2 primeras siglas (RS) del nombre RS232, significa Recommended Standard o Estándar Recomendado. -En otras palabras, no es obligatorio que se siga este estándar. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

INTERFACES EN MODO SERIE: INTERFAZ RS-232 -El puerto serie RS-232C, presente en la mayoría de los ordenadores actuales, es la forma mas comúnmente usada para realizar transmisiones seriales de datos entre Computadoras/Ordenadores. -Propuesta por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas). En Permite una velocidad máxima de bps. (20kbps) -El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la versión de 9 pines DB-9, mas barato e incluso mas extendido para cierto tipo de periféricos. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

INTERFACES EN MODO SERIE: INTERFAZ RS-232 Las PCs no suelen emplear mas de 9 pines en el conector Los niveles lógicos establecidos en el standard son: Para un “1” lógico desde -3.0 volts hasta volts. Para un “0” lógico desde +3.0 volts hasta volts. Es posible tener cables de hasta 15 metros (Depende de las velocidades de transmisión empleadas). INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

INTERFACES EN MODO SERIE: INTERFAZ RS Las tensiones entre ± 3 V son Inválido, proporcionando un margen de ruido enorme para la interfaz. Los voltajes de ruido en este rango son rechazados. - En la práctica, los niveles lógicos 0 y 1 son típicamente tan bajos como ± 5 V y tan altos como ± 12 o ± 15 V. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

PROTOCOLO DE COMUNICACIONES INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

PROTOCOLO DE COMUNICACIONES -SINTAXIS -SEMANTICA -SINCRONIZACIÓN - ENTRE PERSONAS - ENTRE SISTEMAS/EQUIPOS -Reglas o el estándar que define la sintaxis, semántica y sincronización de la comunicación, así como también los posibles métodos de recuperación de errores. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

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PROTOCOLO DE COMUNICACIONES Propiedades Típicas Al hablar de protocolos no se puede generalizar, debido a la gran amplitud de campos que cubren, tanto en propósito, como en especificidad. No obstante, la mayoría de los protocolos especifican una o más de las siguientes propiedades: o Detección de la conexión física sobre la que se realiza la conexión (Ej: cableada o sin cables) o Pasos necesarios para comenzar a comunicarse (Handshaking) o Negociación de las características de la conexión. o Cómo se inicia y cómo termina un mensaje. o Formato de los mensajes. o Qué hacer con los mensajes erróneos o corruptos (corrección de errores) o Cómo detectar la pérdida inesperada de la conexión, y qué hacer en ese caso. o Terminación de la sesión de conexión. o Estrategias para asegurar la seguridad (autenticación, cifrado). INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

PROTOCOLO RS232c: Ejemplo de Comunicación (DB25) INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I Paso 1: Preparación Paso 2: Listo Paso3: Establecimiento Paso4: Transferencia de datos Paso5: Desconexión Paso 1: Preparación Paso 2: Listo Paso3: Establecimiento Paso4: Transferencia de datos Paso5: Desconexión

INTERFACES EN MODO SERIE: INTERFAZ RS-485  Cuando se necesita transmitir a largas distancias o con más altas velocidades que RS-232, RS-485 es la solución.  Utilizando enlaces con RS-485 no hay limitación a conectar tan solo dos dispositivos.  Permite la conexión de hasta 32 emisores con 32 receptores en transmisión full dúplex capaz de enlazar procesadores de comunicación principal (master) con procesadores Subordinados (slaves) cuyo funcionamiento esta definido por los mismos arreglos topológicos de las redes de datos. Características Destacadas: Conexión multipunto Alimentación única de +5V Hasta 32 estaciones (ya existen interfaces que permiten conectar 256 estaciones) Velocidad máxima de 10 Mbit/s (a 12 metros) Longitud máxima de alcance de 1200 metros (a 100 kbit/s) Rango de bus de -7V a +12V INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Comparación entre Estándares RS232 y RS485 CONCEPTORS-232RS-485 “1” Lógico en la Salida (Emisor) -5 a -15 [Volt]-1,5 a -5 [Volt] “1” Lógico en la Entrada (Receptor) -3 a -15 [Volt]-0,2 a -7 [Volt] “0” Lógico en la Salida (Emisor) +5 a +15 [Volt]+1,5 a +5 [Volt] “0” Lógico en la Entrada (Receptor) +3 a +15 [volt]+0,2 a +7 [Volt] Máxima tensión aplicada a la línea +-25Volt-7 a +12Volt Numero de Emisores y Receptores en la Línea 1 Emisor 1 Receptor 32 Emisores 32 Receptores Velocidad/distancia Max. 20 kbps /15metros10 Mbps / 12 metros Velocidad/distancia Media. -1 Mbps / 120 metros Velocidad/distancia Min kbps / 1200 metros INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Comparación entre Estándares RS232, RS423, RS422, RS485 INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Puerto USB Características del Standard USBx.x

USB - Historia - Introducido y estandarizado por un grupo de empresas como: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, HP, Lucent, Philips y Nortel en La idea fundamental fue la de reemplazar la gran cantidad de conectores disponibles en la PC´s simplificando la conexión y configuración de dispositivos logrando grandes anchos de banda INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB - Introducción -USB significa “Universal Serial Bus”. -Controlado por “Host” (solamente uno por bus). -On ‐ the ‐ Go (Protocolo de negociación de host) – permite a dos dispositivos negociar el rol de host. -Topología estrella. -Se pueden utilizar hubs para dividir alta y baja velocidad. -Hasta 127 dispositivos pueden ser conectados a un bus USB en cualquier momento. (Un bus USB es controlado por un Host). -Suporta plug’n’plug con drivers que son cargados dinámicamente ‐ PID/VID (Product ID/Vendor ID) INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB - Historia Existen actualmente 5 versiones principales de USB  USB 1.0 Enero 1996  Velocidades de 1.5 Mbps hasta 12 Mbps.  USB 1.1 Septiembre 1998  Primer versión popular de USB.  USB 2.0 Abril 2000  La principal mejora es la inclusión de una tasa de transferencia de alta velocidad de 480 Mbps.  USB 3.0 Noviembre 2008  Tasa de transferencia de 5 Gbps.  USB 3.1 Noviembre 2013 (Aún en Revisión)  Tasa de transferencia de 10 Gbps. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB – Topología Lógica en estrella INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Topología Física y lógica - Topología física: estrella - Topología lógica: punto a punto INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB – Topología Lógica en estrella INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Proceso de Enumeración - Se produce cuando se conecta un dispositivo USB a la PC y la misma detecta un nuevo dispositivo que ha sido adjuntado al BUS. - Consiste en que el host le pregunta al dispositivo que se presente y le diga cuales son sus parámetros, tales como: Consumo de energía expresada en unidades de Carga Número y tipos de Puntos terminales Clase del producto. Tipo de transferencia Razón de escrutinio, etc. -Finalmente el host le asigna una dirección al dispositivo adjuntado al bus y habilita su configuración Direcc. Max  7 bit - > 2^7=128-1=127 INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Conectores Los conectores a cada lado del cable no son mecánicamente intercambiables. - El conector tipo A siempre se conecta “aguas arriba”. Ej: PC - El conector tipo B siempre se conecta “aguas abajo”. Ej: Impresora INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Conectores Compatibilidad INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Conectores Standard INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB – Conectores USB 3.x INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Conectores y cables USB 3.x INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Alimentación y Niveles Alimentación Entrega 5 V en una de las líneas (5 V±5%). La unidad de carga es 100mA (USB 2.0) y 150mA (USB 3.0). La máxima carga es 500 mA (USB 2.0) y 900 mA (USB 3.0). Los hubs alimentados por Bus solamente entregan 1 unidad de carga para los dispositivos. Los hubs alimentados autónomamente (Hub Activos) pueden entregar la máxima carga a todos los dispositivos. Niveles lógicos ‘1’ ‐ D+ 200mV mayor a D ‐. ‘0’ ‐ D+ 200mV menor a D-. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Tipo-C (USB3.1) INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I Desarrollado casi al mismo tiempo que la especificación USB 3.1, pero distinto de este, la especificación USB Type-C 1.0 finalizó en agosto de 2014 y define un nuevo conector de enchufe reversible pequeño para dispositivos USB. El enchufe Tipo-C se conecta a ambos hosts y dispositivos. El conector de doble cara de 24 pines. Los adaptadores y cables tipo A y tipo B son necesarios para que los dispositivos más antiguos se conecten a los hosts tipo C. Los adaptadores y cables con un receptáculo de Tipo C no están permitidos. Características: 1- Es más pequeño 2- Es reversible 3- Mejor para cargar energía (transferir hasta 20 voltios (100 vatios), lo cual es suficiente para cargar casi cualquier dispositivos). 4- Es mucho más rápido (USB C, acompañado de USB 3.1, puede llegar hasta 10 Gbps de velocidad) 5- Es retrocompatible (Funciona hasta con USB 2.0)

USB: Ventajas USB -Fácil expansión de periféricos en la PC, no debe hacer falta más que conectar el periférico y emplearlo. -Bajo costo para aplicaciones que demandan por encima de los 12Mbps, particularmente aplicaciones y hardware multimediales: micrófonos, parlantes, teléfonos, etc. -Soporte completo para transmisión en tiempo real de voz, audio y video. -Cómoda integración de dispositivos de tecnologías y fabricantes diferentes. -Soporte para plataformas diversas de la línea de las PC compatibles. -Posibilitar la producción de nuevos dispositivos capaces de aprovechar sus ventajas. INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

USB: Ventajas USB: Velocidades INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Ejemplo: Control de Placa remota Computadora Anfitrión DTE UART / USRT Periféricos Primario o Fuente Transmisión Paralelo A NOTEBOOK USB RS232 Placa de Control Remota INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

Glosario:  La Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Alliance).  Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA, Telecommunications Industry Association). INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I

BIBLIOGRAFIA  Sistemas de Comunicaciones Electrónicas - Wayne Tomasi – Cuarta Edición / Capitulo 13.  Apunte “Interfaz USB” Cátedra de Introducción a las Telecomunicaciones.  Capítulo 7: Comunicaciones y redes de computadores - Prentice Hall – Mexico – Stallings, William  USB Complete Fourth Edition : The Developer's Guide (Complete Guides series) 4th Edition- Jan Axelson    INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES I