Interfejs szeregowy (Serial Interface)

Interfejs szeregowy (Serial Interface), w kontekście historycznym i niektórych specjalistycznych zastosowań drukarek, kserokopiarek (choć tu znacznie rzadziej) oraz urządzeń wielofunkcyjnych (MFP), reprezentuje starszą generację standardu komunikacji przewodowej. W odróżnieniu od interfejsów równoległych (takich jak port LPT), gdzie wiele bitów danych jest przesyłanych jednocześnie przez wiele równoległych linii, w interfejsie szeregowym dane są transmitowane sekwencyjnie, czyli bit po bicie, przez pojedynczą linię transmisyjną (lub parę linii dla komunikacji dwukierunkowej – jedna do wysyłania, druga do odbierania). Najbardziej rozpowszechnionym i znanym standardem interfejsu szeregowego, który przez wiele lat był wykorzystywany do podłączania drukarek i innych urządzeń peryferyjnych do komputerów, jest RS-232C (Recommended Standard 232C). Standard ten definiuje zarówno parametry elektryczne sygnałów, jak i charakterystykę mechaniczną złączy, którymi najczęściej były 9-pinowe złącza D-subminiaturowe (DE-9, potocznie nazywane DB-9) lub, w starszych implementacjach, większe 25-pinowe złącza DB-25. Chociaż w dzisiejszych, nowoczesnych drukarkach biurowych i domowych interfejsy szeregowe zostały niemal całkowicie wyparte przez znacznie szybsze, bardziej wszechstronne i łatwiejsze w użyciu standardy, takie jak USB oraz połączenia sieciowe Ethernet i Wi-Fi, nadal można je spotkać w niektórych niszowych lub starszych zastosowaniach. Zrozumienie ich podstawowej charakterystyki ma znaczenie dla obsługi starszego sprzętu, w niektórych systemach przemysłowych, punktach sprzedaży (POS), czy w kontekście serwisowania i niskopoziomowej diagnostyki niektórych urządzeń.

Kluczową cechą interfejsu szeregowego RS-232C jest jego prędkość transmisji, mierzona w bitach na sekundę (bps) i często określana jako “baud rate” (bod). Typowe prędkości, z jakimi pracowały drukarki szeregowe, to na przykład 9600 bps, 19200 bps, 38400 bps, 57600 bps, a w bardziej zaawansowanych implementacjach nawet 115200 bps. Z perspektywy dzisiejszych standardów, gdzie transfer danych przez USB czy Ethernet liczony jest w megabitach (Mb/s) lub nawet gigabitach na sekundę (Gb/s), prędkości te są niezwykle niskie. Ograniczenie to sprawiało, że interfejs szeregowy był odpowiedni głównie do przesyłania stosunkowo niewielkich ilości danych, takich jak prosty tekst, kody sterujące dla drukarek igłowych czy termicznych, lub dane dla ploterów wektorowych. Drukowanie skomplikowanych dokumentów z dużą ilością grafiki czy obrazów w wysokiej rozdzielczości przez port szeregowy byłoby procesem niezwykle czasochłonnym lub wręcz niemożliwym.

Aby komunikacja szeregowa mogła przebiegać poprawnie, zarówno urządzenie wysyłające (np. komputer), jak i urządzenie odbierające (drukarka) musiały być skonfigurowane z identycznymi parametrami transmisji. Należały do nich, oprócz wspomnianej prędkości (baud rate), także: liczba bitów danych tworzących pojedynczy znak (najczęściej 7 lub 8), liczba bitów stopu sygnalizujących koniec transmisji znaku (zazwyczaj 1 lub 2), oraz metoda kontroli parzystości (parity), która była prostym mechanizmem wykrywania błędów transmisji (mogła być ustawiona na brak parzystości – None, parzystość parzystą – Even, parzystość nieparzystą – Odd, lub specjalne tryby Mark/Space). Niezgodność któregokolwiek z tych parametrów między nadajnikiem a odbiornikiem prowadziła do błędów w transmisji, co objawiało się drukowaniem niepoprawnych znaków (tzw. “krzaczków”) lub całkowitym brakiem komunikacji. Konieczność ręcznego ustawiania tych parametrów, często za pomocą przełączników DIP na drukarce lub w konfiguracji portu COM w systemie operacyjnym, była jednym z głównych źródeł problemów i frustracji użytkowników.

Dodatkowo, w komunikacji szeregowej stosowano mechanizmy kontroli przepływu (flow control lub handshaking), które miały zapobiegać utracie danych w sytuacji, gdy odbiornik (drukarka) nie nadążał z przetwarzaniem napływających informacji (np. gdy jego wewnętrzny bufor był pełny). Kontrola przepływu mogła być realizowana sprzętowo, przy użyciu dedykowanych linii w kablu szeregowym, takich jak RTS (Request to Send) i CTS (Clear to Send), lub DTR (Data Terminal Ready) i DSR (Data Set Ready). Alternatywnie, stosowano kontrolę przepływu programową (software flow control), polegającą na wysyłaniu specjalnych znaków sterujących XON (transmit on) i XOFF (transmit off) w strumieniu danych.

Standard RS-232C definiował również maksymalną odległość transmisji, która była stosunkowo niewielka – zazwyczaj do około 15 metrów (50 stóp) przy niższych prędkościach. Wraz ze wzrostem prędkości transmisji, maksymalna dopuszczalna długość kabla ulegała skróceniu. Dla większych odległości konieczne było stosowanie wzmacniaczy sygnału lub konwersja na inne, bardziej odporne na zakłócenia standardy interfejsów szeregowych, takie jak RS-422 lub RS-485, które są nadal używane w niektórych zastosowaniach przemysłowych.

W przeszłości interfejs szeregowy był powszechnie stosowany w wielu typach drukarek, zwłaszcza w drukarkach igłowych (do drukowania faktur, raportów, list płac), drukarkach termicznych (paragony, etykiety), niektórych drukarkach etykietowych o specjalistycznym przeznaczeniu, a także w niektórych starszych modelach ploterów (np. ploterów piórkowych czy tnących). Był również standardowym portem komunikacyjnym dla wielu innych urządzeń peryferyjnych, takich jak modemy, myszy (przed erą PS/2 i USB), czy terminale. Czasami port szeregowy (lub jego wewnętrzny odpowiednik na płycie głównej urządzenia) mógł być wykorzystywany przez techników serwisu do niskopoziomowej diagnostyki, aktualizacji oprogramowania wewnętrznego (firmware) lub bezpośredniej konfiguracji parametrów urządzenia, zwłaszcza w sytuacjach, gdy inne, bardziej zaawansowane interfejsy (np. sieciowy) nie działały poprawnie.

Pomimo swoich licznych ograniczeń z perspektywy dzisiejszych technologii, interfejs szeregowy w swoim czasie oferował pewne zalety, takie jak względna prostota implementacji zarówno po stronie sprzętowej, jak i programowej, niski koszt komponentów (portów i kabli) oraz dość duża odporność na niektóre rodzaje zakłóceń elektrycznych (w porównaniu do bardzo wczesnych, niestandaryzowanych interfejsów). Był to również przez wiele lat standardowy port komunikacyjny w komputerach osobistych (oznaczany jako port COM), co zapewniało szeroką kompatybilność.

Obecnie, w typowych zastosowaniach biurowych i domowych, interfejs szeregowy w drukarkach, kserokopiarkach i MFP został całkowicie wyparty przez znacznie szybsze, bardziej wszechstronne i łatwiejsze w użyciu standardy, takie jak USB oraz połączenia sieciowe Ethernet i Wi-Fi. Jednakże, w niektórych bardzo specyficznych, niszowych zastosowaniach przemysłowych, w systemach wbudowanych (embedded systems), w starszym sprzęcie, który z różnych powodów nadal pozostaje w eksploatacji, lub w urządzeniach, gdzie wymagana jest jedynie bardzo prosta, niezawodna komunikacja na krótkie dystanse (np. z mikrokontrolerami, czytnikami kodów kreskowych, wagami elektronicznymi), porty szeregowe mogą być nadal spotykane i wykorzystywane. Dla użytkowników nowoczesnych komputerów, które zazwyczaj nie posiadają już wbudowanych fizycznych portów szeregowych, dostępne są specjalne adaptery (konwertery) USB-to-Serial, które umożliwiają podłączenie starszych urządzeń szeregowych do portu USB komputera.

Podsumowując, interfejs szeregowy (np. RS-232C) to historycznie ważny, choć obecnie w większości zastosowań drukarkowych już przestarzały, standard komunikacji przewodowej. Jego niska prędkość transmisji danych i często skomplikowana konfiguracja parametrów komunikacji sprawiły, że został on skutecznie zastąpiony przez nowocześniejsze, znacznie bardziej wydajne i przyjazne dla użytkownika technologie.