UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXÁCTAS E INGENIERÍAS

TALLER DE REDES DE COMPUTADORAS

PROFESORA: BLANCA LORENA REYNOSO GÓMEZ

“PRÁCTICA 3  - INVESTIGACIÓN Cables USB y Conexión SERIAL-”

ALDO ROLDÁN HERNÁNDEZ REA           SEC: D10.

ING. EN COMPUTACIÓN

207387326

 

USB

Que es…

USB Universal Serial Bus es una interfase plug&play entre la PC y ciertos dispositivos tales como teclados, mouses, scanner, impresoras, módems, placas de sonido, camaras,etc) .

Una característica importante es que permite a los dispositivos trabajar a velocidades mayores, en promedio a unos 12 Mbps, esto es más o menos de 3 a 5 veces más rápido que un dispositivo de puerto paralelo y de 20 a 40 veces más rápido que un dispositivo de puerto serial.

Como Funciona

Trabaja como interfaz para transmisión de datos y distribución de energía, que ha sido introducida en el mercado de PC´s y periféricos para mejorar las lentas interfaces serie (RS-232) y paralelo. Esta interfaz de 4 hilos, 12 Mbps y "plug and play", distribuye 5V para alimentación, transmite datos y está siendo adoptada rápidamente por la industria informática.

Es un bus basado en el paso de un testigo, semejante a otros buses como los de las redes locales en anillo con paso de testigo y las redes FDDI . El controlador USB distribuye testigos por el bus . El dispositivo cuya dirección coincide con la que porta el testigo responde aceptando o enviando datos al controlador . Este también gestiona la distribución de energía a los periféricos que lo requieran .

Emplea una topología de estrellas apiladas que permite el funcionamiento simultáneo de 127 dispositivos a la vez . En la raíz o vértice de las capas, está el controlador anfitrión o host que controla todo el tráfico que circula por el bus . Esta topología permite a muchos dispositivos conectarse a un único bus lógico sin que los dispositivos que se encuentran más abajo en la pirámide sufran retardo . A diferencia de otras arquitecturas, USB no es un bus de almacenamiento y envío, de forma que no se produce retardo en el envío de un paquete de datos hacia capas inferiores .

El sistema de bus serie universal USB consta de tres componentes:

Controlador

Hubs o Concentradores

Periféricos

Controlador

Reside dentro del PC y es responsable de las comunicaciones entre los periféricos USB y la CPU del PC . Es también responsable de la admisión de los periféricos dentro del bus, tanto si se detecta una conexión como una desconexión . Para cada periférico añadido, el controlador determina su tipo y le asigna una dirección lógica para utilizarla siempre en las comunicaciones con el mismo . Si se producen errores durante la conexión, el controlador lo comunica a la CPU, que, a su vez, lo transmite al usuario . Una vez se ha producido la conexión correctamente, el controlador asigna al periférico los recursos del sistema que éste precise para su funcionamiento .

El controlador también es responsable del control de flujo de datos entre el periférico y la CPU .

 

Concentradores o hubs

Son distribuidores inteligentes de datos y alimentación, y hacen posible la conexión a un único puerto USB de 127 dispositivos . De una forma selectiva reparten datos y alimentación hacia sus puertas descendentes y permiten la comunicación hacia su puerta de retorno o ascendente . Un hub de 4 puertos, por ejemplo, acepta datos del PC para un periférico por su puerta de retorno o ascendente y los distribuye a las 4 puertas descendentes si fuera necesario .

Los concentradores también permiten las comunicaciones desde el periférico hacia el PC, aceptando datos en las 4 puertas descendentes y enviándolos hacia el PC por la puerta de retorno .

Además del controlador, el PC también contiene el concentrador raíz . Este es el primer concentrador de toda la cadena que permite a los datos y a la energía pasar a uno o dos conectores USB del PC, y de allí a los 127 periféricos que, como máximo, puede soportar el sistema . Esto es posible añadiendo concentradores adicionales . Por ejemplo, si el PC tiene una única puerta USB y a ella le conectamos un hub o concentrador de 4 puertas, el PC se queda sin más puertas disponibles . Sin embargo, el hub de 4 puertas permite realizar 4 conexiones descendentes . Conectando otro hub de 4 puertas a una de las 4 puertas del primero, habremos creado un total de 7 puertas a partir de una puerta del PC . De esta forma, es decir, añadiendo concentradores, el PC puede soportar hasta 127 periféricos USB .

La mayoría de los concentradores se encontrarán incorporados en los periféricos . Por ejemplo, un monitor USB puede contener un concentrador de 7 puertas incluido dentro de su chasis . El monitor utilizará una de ellas para sus datos y control y le quedarán 6 para conectar allí otros periféricos .

Periféricos

USB soporta periféricos de baja y media velocidad . Empleando dos velocidades para la transmisión de datos de 1 . 5 y 12 Mbps se consigue una utilización más eficiente de sus recursos . Los periféricos de baja velocidad tales como teclados, ratones, joysticks, y otros periféricos para juegos, no requieren 12 Mbps . Empleando para ellos 1,5 Mbps, se puede dedicar más recursos del sistema a periféricos tales como monitores, impresoras, módems, scanner, equipos de audio . . . , que precisan de velocidades más altas para transmitir mayor volumen de datos o datos cuya dependencia temporal es más estricta .

En las figuras 3 y 4 se puede ver cómo los hubs proporcionan conectividad a toda una serie de dispositivos periféricos

Diagrama de capas

En el diagrama de capas de la figura 5 podemos ver cómo fluye la información entre las diferentes capas a nivel real y a nivel lógico .

En dicha figura está materializada la conexión entre el controlador anfitrión o host y un dispositivo o periférico . Este está constituido por hardware al final de un cable USB y realiza alguna función útil para el usuario .

El software cliente se ejecuta en el host y corresponde a un dispositivo USB; se suministra con el sistema operativo o con el dispositivo USB . El software del sistema USB, es el que soporta USB en un determinado sistema operativo y se suministra con el sistema operativo independientemente de los dispositivos USB o del software cliente .

El controlador anfitrión USB está constituido por el hardware y el software que permite a los dispositivos USB ser conectados al anfitrión . Como se muestra en la figura 3, la conexión entre un host y un dispositivo requiere la interacción entre las capas . La capa de interfaz de bus USB proporciona la conexión física entre el host y el dispositivo . La capa de dispositivo USB es la que permite que el software del sistema USB realice operaciones genéricas USB con el dispositivo .

La capa de función proporciona capacidades adicionales al host vía una adecuada capa de software cliente . Las capas de función y dispositivos USB tienen cada una de ellas una visión de la comunicación lógica dentro de su nivel, aunque la comunicación entre ellas se hace realmente por la capa de interfaz de bus USB .

Cables y conectores

USB transfiere señales y energía a los periféricos utilizando un cable de 4 hilos, apantallado para transmisiones a 12 Mbps y no apantallado para transmisiones a 1 . 5 Mbps . En la figura 6 se muestra un esquema del cable, con dos conductores para alimentación y los otros dos para señal, debiendo estos últimos ser trenzados o no según la velocidad de transmisión .

 

El calibre de los conductores destinados a alimentación de los periféricos varía desde 20 a 26 AWG, mientras que el de los conductores de señal es de 28 AWG . La longitud máxima de los cables es de 5 metros .

Por lo que respecta a los conectores hay que decir que son del tipo ficha ( o conector ) y receptáculo, y son de dos tipos: serie A y serie B . Los primeros presentan las cuatro patillas correspondientes a los cuatro conductores alineadas en un plano . El color recomendado es blanco sucio y los receptáculos se presentan en cuatro variantes: vertical, en ángulo recto, panel y apilado en ángulo recto así como para montaje pasamuro . Se emplean en aquellos dispositivos en los que el cable externo, está permanentemente unido a los mismos, tales como teclados, ratones, y hubs o concentradores .

Los conectores de la serie B presentan los contactos distribuidos en dos planos paralelos, dos en cada plano, y se emplean en los dispositivos que deban tener un receptáculo al que poder conectar un cable USB . Por ejemplo impresoras, scanner, y módems .

Comunicaciones serie asíncronas SERIAL

Los datos serie se encuentran encapsulados en tramas de la forma:

Primero se envía un bit de start, a continuación los bits de datos (primero el bit de mayor peso) y finalmente los bits de STOP.

El número de bits de datos y de bits de Stop es uno de los parámetros configurables, así como el criterio de paridad par o impar para la detección de errores. Normalmente, las comunicaciones serie tienen los siguientes parámetros: 1 bit de Start, 8 bits de Datos, 1 bit de Stop y sin paridad.

En esta figura se puede ver un ejemplo de la transmisión del dato binario 10011010. La línea en reposo está a nivel alto:

Norma RS232

La Norma RS-232 fue definida para conectar un ordenador a un modem. Además de transmitirse los datos de una forma serie asíncrona son necesarias una serie de señales adicionales, que se definen en la norma. Las tensiones empleadas están comprendidas entre +15/-15 voltios.

Conexión de un microcontrolador al puerto serie del PC

Para conectar el PC a un microcontrolador por el puerto serie se utilizan las señales Tx, Rx y GND. El PC utiliza la norma RS232, por lo que los niveles de tensión de los pines entán comprendidos entre +15 y -15 voltios. Los microcontroladores normalmente trabajan con niveles TTL (0-5v). Es necesario por tanto intercalar un circuito que adapte los niveles: En los PCs hay conectores DB9 macho, de 9 pines, por el que se conectan los dispositivos al puerto serie. Los conectores hembra que se enchufan tienen una colocación de pines diferente, de manera que se conectan el pin 1 del macho con el pin 1 del hembra, el pin2 con el 2, etc...

La información asociada a cada uno de los pines es la siguiente:

Número de pin	Señal
1	DCD (Data Carrier Detect)
2	RX
3	TX
4	DTR (Data Terminal Ready)
5	GND
6	DSR (Data Sheet Ready)
7	RTS (Request To Send)
8	CTS (Clear To Send)
9	RI (Ring Indicator)

Cable de conexión (I)

Para realizar la conexión entre el PC y nuestro circuito podemos usar diferentes alternativas. Una manera es utilizar un cable serie macho-hembra no cruzado, y en el circuito un conector hembra db9 para circuito impreso:

Cuando conectamos un micro al PC normalmente sólo usamos los pines TX, RX y GND, sin embargo en este tipo de cables se llevan los 9 pines. Por ello puede resultar útil el utilizar otro tipo de cable, como el utilizado para la tarjeta CT6811.

También se puede fabricar un cable serie utilizando cable plano de bus, conectactando un conector db9 hembra para bus:

 

 

 

CONCLUSION

 

El conocimiento en el acomodo y la forma en que están constituidos los cables USB y los conectores SERIAL nos serían de gran ayuda en el caso en el que nosotros como Ingenieros en computación en determinado momento quisiéramos construir algún aparato o dispositivo que nos ayude en nuestro trabajo con las computadoras para tener idea de cómo construir esos dispositivos y como programarlos para que funcionen adecuadamente.

 

Así mismo en otro caso en el cual yo como usuario obtenga un dispositivo que se conecte mediante uno de esos dos tipos de conectores, tenga la capacidad de buscar e instalar el software necesario para el óptimo funcionamiento de mi dispositivo.