Подключение rs 232. RS-232 в ПЛК: почему до сих пор используется этот «древний» интерфейс

Почему RS-232 все еще применяется в современных ПЛК, несмотря на свой возраст. Какие преимущества дает использование RS-232 в промышленной автоматизации. Как RS-232 обеспечивает надежную связь в условиях производства. Какие альтернативы есть у RS-232 и почему он все еще востребован.

Почему RS-232 называют «древним» интерфейсом

RS-232 действительно можно назвать «древним» интерфейсом по нескольким причинам:

• Стандарт был разработан еще в 1962 году компанией EIA (Electronic Industries Alliance)
• Максимальная скорость передачи данных ограничена 20 кбит/с согласно изначальной спецификации
• Использует относительно высокие уровни напряжения (до ±15В) по сравнению с современными интерфейсами
• Ограниченная длина кабеля — до 15 метров по оригинальному стандарту
• Поддерживает только соединение точка-точка между двумя устройствами

Однако, несмотря на свой возраст, RS-232 до сих пор широко применяется в промышленной автоматизации, в том числе в программируемых логических контроллерах (ПЛК). Рассмотрим причины такой популярности этого интерфейса.

Ключевые преимущества RS-232 в промышленной автоматизации

RS-232 обладает рядом важных преимуществ, делающих его привлекательным для использования в ПЛК и других промышленных системах:

• Простота реализации и отладки
• Высокая помехозащищенность
• Низкая стоимость компонентов
• Широкая распространенность и совместимость
• Возможность работы на больших расстояниях при использовании конвертеров

Рассмотрим подробнее каждое из этих преимуществ.

Простота реализации и отладки RS-232

RS-232 имеет простую логику работы и не требует сложных протоколов. Для базовой передачи данных достаточно всего 3 линий — TxD, RxD и GND. Это упрощает реализацию интерфейса как на аппаратном, так и на программном уровне.

Отладка соединения также не представляет сложности — достаточно простого осциллографа, чтобы увидеть сигналы на линиях. Многие промышленные программаторы имеют встроенные средства мониторинга и анализа трафика RS-232.

Высокая помехозащищенность RS-232

RS-232 использует относительно высокие уровни напряжений для передачи данных:

• Логический 0 (Space): от +3В до +15В
• Логическая 1 (Mark): от -3В до -15В

Такой большой размах напряжения обеспечивает высокую помехоустойчивость интерфейса. Электромагнитные наводки, возникающие в промышленных условиях, с меньшей вероятностью приведут к искажению сигнала по сравнению с низковольтными интерфейсами.

Низкая стоимость компонентов для RS-232

За десятилетия использования RS-232 компоненты для его реализации стали очень дешевыми:

• Микросхемы драйверов/приемников стоят меньше доллара
• Разъемы DB9 или RJ45 также имеют низкую стоимость
• Кабели для RS-232 дешевле, чем для высокоскоростных интерфейсов

Это позволяет снизить себестоимость оборудования, что критично для массового производства ПЛК и модулей расширения.

Широкая распространенность и совместимость RS-232

RS-232 поддерживается практически всеми производителями промышленного оборудования. Это обеспечивает высокую совместимость между устройствами разных вендоров. Некоторые примеры применения:

• Подключение панелей оператора и HMI к ПЛК
• Связь ПЛК с преобразователями частоты и сервоприводами
• Интеграция с весовым оборудованием, сканерами штрих-кодов
• Обмен данными с устройствами телеметрии и SCADA-системами

Такая универсальность делает RS-232 привлекательным выбором для обеспечения связи в гетерогенных системах автоматизации.

Возможность работы RS-232 на больших расстояниях

Хотя изначально RS-232 был ограничен длиной кабеля 15 метров, современные решения позволяют значительно увеличить это расстояние:

• Конвертеры RS-232 в RS-485 обеспечивают связь до 1200 метров
• Оптические преобразователи RS-232 работают на расстояниях до нескольких километров
• Радиомодемы RS-232 позволяют организовать беспроводную связь

Это дает возможность применять RS-232 даже в распределенных системах управления на больших промышленных объектах.

Типичные сценарии использования RS-232 в ПЛК

Рассмотрим наиболее распространенные варианты применения интерфейса RS-232 в программируемых логических контроллерах:

1. Подключение панелей оператора и HMI для визуализации техпроцесса
2. Обмен данными с частотными преобразователями и сервоприводами
3. Интеграция с весами, счетчиками, датчиками уровня и другими измерительными приборами
4. Связь с устройствами идентификации — сканерами штрих-кодов, RFID-считывателями
5. Передача данных в системы диспетчеризации и SCADA

Во всех этих сценариях RS-232 обеспечивает надежную и недорогую связь между ПЛК и периферийными устройствами.

Альтернативы RS-232 в промышленных системах

Несмотря на популярность RS-232, существуют и более современные интерфейсы для промышленной связи:

• RS-485 — многоточечный интерфейс для больших расстояний
• Ethernet — высокоскоростная сеть с поддержкой различных протоколов
• CAN — помехоустойчивая шина для автомобильной и промышленной электроники
• Profibus, Modbus — специализированные промышленные сети

Однако RS-232 продолжает занимать свою нишу благодаря простоте, надежности и низкой стоимости реализации.

Будущее RS-232 в промышленной автоматизации

Несмотря на появление новых интерфейсов, RS-232 вероятно еще долго будет использоваться в ПЛК и других промышленных системах по следующим причинам:

• Большая установленная база оборудования с RS-232
• Простота интеграции в существующие системы
• Низкая стоимость компонентов и внедрения
• Достаточная функциональность для многих задач

При этом RS-232 постепенно вытесняется более современными интерфейсами в новых разработках. Однако его полный уход из промышленной автоматизации вряд ли произойдет в ближайшее десятилетие.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что RS-232 остается востребованным интерфейсом в ПЛК и промышленной автоматизации благодаря следующим ключевым факторам:

• Простота реализации и отладки
• Высокая помехозащищенность
• Низкая стоимость компонентов
• Широкая распространенность и совместимость
• Возможность работы на больших расстояниях

Несмотря на свой почтенный возраст, RS-232 еще долго будет находить применение в промышленных системах управления. Его проверенная временем надежность и простота делают его отличным выбором для многих задач автоматизации.

Подключение GPRS модема к тепловычислителю по интерфейсу RS-232 — Teleofis.ru

Рассмотрим на примере модема GPRS TELEOFIS WRX 700-R4 подключение к тепловычислителю ВКТ-7 по интерфейсу RS-232.

---

Для беспроводного сбора показаний в системах учёта энергоресурсов к счётчикам подключают модемы по интерфейсам цифровой передачи данных – RS-232, RS-485, RS-422. Тепловычислители чаще всего подключают в сеть через последовательный интерфейс RS-232, реже – по RS-485.

Для опроса счётчиков по каналам GPRS/3G мы выпускаем специальную линейку smart-модемов – терминалы TELEOFIS серии WRX. Рассмотрим алгоритм подключения модема к тепловычислителю по интерфейсу RS-232 на примере модема GPRS TELEOFIS WRX700-R4 и тепловычислителя ВКТ-7.

Интерфейс RS-232 предназначен для организации приёма-передачи данных между передатчиком или терминалом (Data Terminal Equipment, DTE) и приемником или коммуникационным оборудованием (Data Communications Equipment, DCE) по схеме точка-точка.

Отличительные особенности интерфейса RS-232:

• Полнодуплексный обмен данными – поток данных может идти в обоих направлениях одновременно (и приём, и передача).

• Схема подключения точка-точка. Это значит, что к одному устройству с интерфейсом RS-232 можно подключить только одно устройство с аналогичным интерфейсом.

• Максимальная длина линии – 15 метров.

Для подключения к интерфейсу RS-232 терминала используют разъём DB9-F:

Терминал WRX. Распиновка разъёма DB9-F (RS-232):

1	Выход +5В
2	Выход TX данных
3	Вход RX данных
4	Не используется
5	Сигнальная земля
6*	Выход DSR
7	Вход CTS
8*	Выход RTS
9	Выход -5В

* Контакты 6 и 8 замкнуты между собой.

Для работы с устройствами RS-232 обычно необходимо всего 3 контакта: RXD, TXD и GND. Но некоторые устройства требуют все 9 контактов для поддержки функции управления потоком передачи данных.

Подключение теплосчётчика к GPRS-модему через интерфейс RS-232

За передачу данных от одного устройства к другому, как правило, отвечают контакты TX, RX, GND. Это связано с тем, что ряд устройств могут брать питание для работы последовательного интерфейса RS-232 с дополнительных контактов разъёма DB9-F.

Тепловычислители могут иметь различное количество необходимых контактов разъёма DB9-F для передачи данных через интерфейс RS-232. Например, для передачи данных по интерфейсу RS-232 в тепловычислителе ВКТ7 используются контакты Tx, Rx, GND, RTS, CTS.

Следовательно, схема подключения будет выглядеть следующим образом:

Алгоритм подключения

Итак, при подключении теплосчётчика к терминалу WRX через интерфейс RS-232 в первую очередь определите контакты TX, RX, GND на вашем устройстве и соедините их с соответствующими разъёмами модема.

Подключение остальных контактов зависит от конкретной модели тепловычислителя. Описание контактов внешних разъёмов, как правило, указано в руководстве по эксплуатации теплосчётчика. Внимательно изучите схему и соедините контакты устройств в соответствии с инструкцией.

Список популярных тепловычислителей, совместимых с терминалами TELEOFIS WRX вы можете найти в статье «Как выбрать GPRS модем для теплосчётчика».

Как начать работу с RS-232 и RS-485 на UniPing v3?

Введение

В этом руководстве будет рассмотрен процесс подключения и начала работы с интерфейсами RS-232/485 на UniPing v3.

Существует два варианта подключения на UniPing v3:

1. Подключение напрямую к контактам разъема DHS-44M.
2. Подключение с помощью NetPing Connection Board v2.

Наиболее простым способом будет использование NetPing Connection Board v2. На ней присутствуют необходимые клеммы, резисторы и разъем для удобства подключения. Подключение же к разъему DHS-44M потребует аккуратности и минимальных навыков пайки.

Для настройки в web-интерфейсе устройства перейдите на страничку «‎COM-ПОРТ»:

1. Включите режим «‎TCP-COM».
2. Выберите тип необходимого интерфейса.

Подробней об остальных настройках вы можете почитать в документации.

Как проверить работу RS-232 на UniPing v3?

Через разъем DHS-44M

Согласно документации к UniPing v3 37 контакт разъема — RX, 38 — TX. Если поставить между ними перемычку, мы получим то же, что отправили:

Для подключения и проверки echo’м используем PuTTY — как это сделать, описано в разделе «Как проверить работу RS-232 echo’м (с перемычкой между RX и TX)?» в конце FAQ. Такая проверка показывает нам факт работы и исправности интерфейса. Если с ходу подключить не получается, диагностику лучше начать именно с нее.

Либо используйте USB-конвертер:

Как проверить факт приема-передачи данных, описано в разделе «‎Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?».

Через NetPing Connection Board v2

Устанавливаем перемычку между 2-м и 3-м контактами разъема DB9 на NetPing Connection Board v2.

Как проверить факт приема-передачи данных, описано в разделе «‎Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?».

Либо можно использовать USB-конвертер:

Далее проверяем согласно разделу «Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?».

Как проверить работу RS-485 на UniPing v3?

Через NetPing Connection Board v2

В качестве USB<->RS-485 используется USB-COMi-PL. Подключаем согласно схеме.

USB-COMi-PL		Connection Board v2
№ контакта	Наименование	Тип контакта	Наименование
1	Передача/прием данных, отрицательная полярность	Tx+	Передача/прием данных, отрицательная полярность (RS-485)
2	Передача/прием данных, положительная полярность	Tx-	Передача/прием данных, положительная полярность (RS-485)
6	Общий	GND	Общий

Получается примерно следующее:

Далее подключаемся к NetPing’у и USB-конвертеру согласно разделу «‎Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?» в конце FAQ.

Проверка интерфейса RS-485 echo’м (замкнув контакты приема/передачи) невозможна.

Через разъем DHS-44

Этот способ сложен тем, что требует минимальных навыков пайки. Подключаем согласно схеме:

USB-COMi-PL		DHS-44
№ контакта	Наименование	№ контакта	Наименование
1	Передача/прием данных, отрицательная полярность	39 и 37	Передача/прием данных, отрицательная полярность (RS-485)
2	Передача/прием данных, положительная полярность	38 и 36	Передача/прием данных, положительная полярность (RS-485)
6	Общий	35, 40	Общий. Подтянуть контакты 39 и 37 резистором R = 1 кОм
		29	+5 V. Подтянуть контакты 38 и 36 резистором R = 1 кОм
Между линиями передачи данных отрицательной и положительной полярности (ближе к DHT-44) установить терминирующий резистор Rt = 120 Ом

Следующая картинка демонстрирует собранный, рабочий и наглядный вариант, но собирать обвес подобным образом крайне не рекомендуется.

Как проверить факт приема-передачи данных, описано в разделе «‎Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?».

Использование утилиты PuTTY для тестирования работы интерфейсов

Как проверить работу RS-232 echo’м (с перемычкой между RX и TX)?

Подключаемся к TCP-COM UniPing’a:

1. Connection Type — Raw
2. Host Name and Port —  IP-адрес UniPing v3 и номер порта, на котором он ожидает подключения (настраивается в web-интерфейсе).
3. Open — подключаемся

Отправляем тестовую информацию, например «echo test». Получив ее же, убеждаемся в работоспособности интерфейса.

Как проверить работу RS-232 или RS-485, используя USB-конвертер?

Подключаемся к USB-конвертеру:

1. Connection Type — Serial
2. Serial line and speed — назначенный системой номер порта и скорость (настраивается в web-интерфейсе, по умолчанию 9600).
3. Open — подключаемся.

Затем подключаемся к TCP-COM UniPing’a, как описано в разделе «Как проверить работу RS-232 echo’м (с перемычкой между RX и TX)?» и тестируем отправку и прием данных.

Что такое RS232 и для чего он используется?

Сегодня вы узнаете, что такое RS232 и для чего он используется. Это фраза, которую вы можете довольно часто слышать в индустрии, особенно от ребят постарше. Надеюсь, это видео прояснит для вас некоторые моменты.

Что такое RS232? Прежде всего, это форма последовательной передачи данных. Или проще говоря, это форма общения. Большинство людей просто называли это последовательным соединением.

Когда-то это была самая распространенная форма передачи данных. Вы, вероятно, узнаете стандарт 9штыревой кабель DB9. Проще говоря, соединение RS232 передает сигналы, используя положительное напряжение для двоичного 0 и отрицательное напряжение для двоичной 1. Но для чего ПЛК используют RS232?

ПЛК используют RS232 для связи с другими модулями или даже другими ПЛК. Этими модулями могут быть все, что также использует RS232, например, интерфейс оператора или HMI, компьютеры, контроллеры двигателей или приводы, робот или какая-либо система технического зрения.

Если вы обнаружите, что используете устройства RS232, важно помнить, что на самом деле существует два разных типа.

DTE расшифровывается как Терминальное оборудование данных. Типичным примером этого является компьютер.
DCE означает оборудование для передачи данных. Примером DCE является модем.

Причина, по которой это важно, заключается в том, что два устройства DTE или два устройства DCE не могут общаться друг с другом без посторонней помощи. Обычно это делается с помощью обратного (нуль-модемного) кабельного соединения RS232 для подключения устройств.

Как правило, наши ПЛК будут DTE, а используемые нами устройства будут DCE, и все должно взаимодействовать друг с другом.

Одним из очень распространенных примеров, с которым, вероятно, знакомы многие люди, является компьютер, подключенный к принтеру. В то время как USB стал стандартом, RS232 по-прежнему широко используется для старых принтеров на рабочем месте.

Протокол и кабель RS232 позволяют компьютеру давать команды принтеру с помощью сигнала напряжения. Затем принтер расшифровывает эти команды и завершает печать.

RS232 имеет несколько недостатков.

Одной из них является скорость передачи данных. Данные могут передаваться со скоростью около 20 килобайт в секунду. Это довольно медленно по сравнению с тем, к чему люди привыкли сейчас.

Другая проблема с RS232 заключается в том, что максимальная длина кабеля составляет около 50 футов. Сопротивление проводов и падение напряжения становятся проблемой при использовании кабелей большей длины. Это одна из причин, по которой RS232 используется не так часто, как более новая технология для удаленных установок.

Итак, давайте повторим, что мы узнали. В течение многих лет RS232 был отраслевым стандартом. Сегодня USB и Ethernet начали отказываться от этого старого стандарта последовательной связи.

Однако с помощью простых адаптеров устройства все еще могут общаться друг с другом, используя новые и старые стандарты.

Многие производители все еще используют RS232, так как он всегда был широко распространен и недорог.

Производители могут использовать RS232 для подключения ПЛК к таким устройствам, как HMI, модули ввода и вывода и моторные приводы, и это лишь некоторые из них.

Имейте в виду, что RS232 — это просто форма последовательной связи или способ передачи данных. Стандартный кабель DB9, вероятно, является наиболее часто используемым кабелем для этого приложения.

Надеюсь, это помогло понять, для чего используется RS232. Заходите в ближайшее время, чтобы увидеть больше сообщений в блоге RealPars!

С таким большим количеством любви и волнения,

Команда Realpars

Поиск для:

Приборной механик

Опубликовано 17 сентября 2018 г.

от Кевина Коупа

Механик приборов

опубликовано на 17 сентября 2018

. В этом сообщении блога вы узнаете о мышлении, которое помогло мне получить работу по программированию ПЛК без опыта. Это мой личный опыт как человека, который искал работу в этой сфере, и как работодателя, который просматривает резюме и проводит собеседования с кандидатами для различных проектов. Итак, приступим!

В этой статье мы собираемся использовать три разных языка программирования ПЛК для решения одной задачи. Мы собираемся использовать два языка IEC 61131-3 и язык более высокого уровня под названием C++. Мы будем использовать PLCnext Engineer , чтобы упростить кодирование, и мы будем запускать наши программы…

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) долгое время были основой систем управления. Однако традиционные ПЛК известны своей тесной архитектурой, что приводит к ограниченной гибкости в программировании, а также к интеграции с другими системами. Это…

Основы последовательной связи RS-232

Abstract

Из-за своей относительной простоты и низких накладных расходов на оборудование (по сравнению с параллельным интерфейсом) последовательная связь широко используется в электронной промышленности. Сегодня самым популярным стандартом последовательной связи, безусловно, является спецификация EIA/TIA-232-E. Этот стандарт, разработанный Ассоциацией электронной промышленности и Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (EIA/TIA), чаще называют просто RS-232, где RS означает «рекомендуемый стандарт». Хотя префикс RS был заменен в последние годы с EIA / TIA, чтобы помочь определить источник стандарта, в этом документе используется общепринятая нотация RS-232.

Введение

Официальное название стандарта EIA/TIA-232-E — «Интерфейс между терминальным оборудованием данных и оконечным оборудованием для передачи данных, использующим последовательный обмен двоичными данными». Хотя название может показаться пугающим, стандарт просто касается последовательной передачи данных между хост-системой (терминальным оборудованием данных или DTE) и периферийной системой (терминальным оборудованием канала данных или DCE).

Стандарт EIA/TIA-232-E был введен в 1962 и с тех пор обновлялся четыре раза, чтобы соответствовать меняющимся потребностям приложений последовательной связи. Буква «Е» в названии стандарта указывает на то, что это пятая редакция стандарта.

Технические характеристики RS-232

RS-232 является полным стандартом. Это означает, что стандарт призван обеспечить совместимость между хост-системой и периферийными системами, указав:

1. Общие уровни напряжения и сигнала
2. Общие конфигурации разводки контактов
3. Минимальный объем управляющей информации между хостом и периферийными системами.

В отличие от многих стандартов, которые просто определяют электрические характеристики данного интерфейса, RS-232 определяет электрические, функциональные и механические характеристики в соответствии с тремя вышеуказанными критериями. Каждый из этих аспектов стандарта RS-232 обсуждается ниже.

Электрические характеристики

В разделе электрических характеристик стандарта RS-232 указаны уровни напряжения, скорость изменения уровней сигнала и импеданс линии.

Поскольку первоначальный стандарт RS-232 был определен в 1962 году и до появления логики TTL, неудивительно, что стандарт не использует логические уровни 5 В и заземления. Вместо этого высокий уровень для выхода драйвера определяется как от +5В до +15В, а низкий уровень для выхода драйвера определяется как между -5В и -15В. Логические уровни приемника были определены для обеспечения запаса по шуму 2 В. Таким образом, высокий уровень для приемника определяется в диапазоне от +3 В до +15 В, а низкий уровень — в диапазоне от -3 В до -15 В. На рисунке 1 показаны логические уровни, определенные стандартом RS-232. Необходимо отметить, что для связи RS-232 низкий уровень (от -3В до -15В) определяется как логическая 1 и исторически называется «маркировкой». Точно так же высокий уровень (от +3 В до +15 В) определяется как логический 0 и называется «интервалом».

Рис. 1. Характеристики логического уровня RS-232.

Стандарт RS-232 также ограничивает максимальную скорость нарастания на выходе драйвера. Это ограничение было включено, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами. Чем медленнее время нарастания и спада, тем меньше вероятность перекрестных помех. Имея это в виду, максимально допустимая скорость нарастания составляет 30 В/мс. Кроме того, стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит/с, опять же, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех.

Также был определен импеданс интерфейса между драйвером и приемником. Нагрузка, воспринимаемая водителем, указана в диапазоне от 3 кОм до 7 кОм. В исходном стандарте RS-232 длина кабеля между драйвером и приемником была определена как максимальная 15 метров. Редакция «D» (EIA/TIA-232-D) изменила эту часть стандарта. Вместо указания максимальной длины кабеля в стандарте указана максимальная емкостная нагрузка 2500 пФ, что явно является более адекватной спецификацией. Максимальная длина кабеля определяется емкостью на единицу длины кабеля, которая указана в спецификациях кабеля.

В таблице 1 приведены электрические характеристики действующего стандарта.

Таблица 1. Технические характеристики RS-232

	РС-232
Кабели	Односторонний
Количество устройств	1 передача, 1 прием
Режим связи	Полный дуплекс
Расстояние (макс.)	50 футов при 19,2 кбит/с
Скорость передачи данных (макс.)	1 Мбит/с
Сигнализация	Несбалансированный
Знак (данные 1)	-5 В (мин.) -15 В (макс.)
Пробел (данные 0)	5 В (мин.) 15 В (макс.)
Входной уровень (мин. )	±3 В
Выходной ток	500 мА (Обратите внимание, что микросхемы драйверов, обычно используемые в ПК, ограничены 10 мА)
Импеданс	5 кОм (внутренний)
Шинная архитектура	Двухточечный

Функциональные характеристики

Поскольку RS-232 является полным стандартом, он включает в себя больше, чем просто спецификации электрических характеристик. Стандарт также касается функциональных характеристик интерфейса, номер 2 в нашем списке выше. По существу это означает, что RS-232 определяет функцию различных сигналов, используемых в интерфейсе. Эти сигналы делятся на четыре категории: общие, данные, управление и синхронизация. См. Таблицу 2. Стандарт обеспечивает многочисленные управляющие сигналы и поддерживает первичный и вторичный каналы связи. К счастью, лишь немногие приложения требуют всех этих определенных сигналов. Например, для типичного модема используется только восемь сигналов. Примеры того, как стандарт RS-232 используется в реальных приложениях, обсуждаются позже. Полный список определенных сигналов приведен здесь в качестве ссылки. Однако обзор функциональности всех этих сигналов выходит за рамки данной статьи.

Таблица 2. Определенные сигналы RS-232

Мнемоника схемы	Название цепи*	Направление цепи	Тип цепи
АБ	Общий сигнал	—	Обычный
БА ВВ	Передаваемые данные (TD) Полученные данные (RD)	В DCE Из DCE	Данные
CA CB CC CD CE CF CG CH CI CJ RL LL TM	Запрос на отправку (RTS) Разрешение на отправку (CTS) Готовность DCE (DSR) Готовность DTE (DTR) Индикатор звонка (RI) Детектор принимаемого линейного сигнала** (DCD) Детектор качества сигнала Скорость передачи данных Детектор от DTE Детектор скорости сигнала данных от DCE Готов к приему Удаленная петля Локальная петля Тестовый режим	На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На DCE На	Управление
ДА	Синхронизация элемента сигнала передатчика от DTE	К DCE
ДБ ДД	Синхронизация элемента сигнала передатчика от DCE Синхронизация элемента сигнала приемника из DCE	Из DCE Из DCE	Время
СБА СББ	Вторичные переданные данные Вторичные полученные данные	В DCE Из DCE	Данные
SCA SCB SCF	Вторичный запрос на отправку Вторичный запрос на отправку Вторичный детектор полученного линейного сигнала	В DCE Из DCE Из DCE	Управление
*Сигналы с аббревиатурами в скобках являются восемью наиболее часто используемыми сигналами. **Этот сигнал чаще называют обнаружением несущей данных (DCD).

Характеристики механического интерфейса

Третьей областью, охватываемой RS-232, является механический интерфейс. В частности, RS-232 определяет 25-контактный разъем как минимальный размер разъема, который может принимать все сигналы, определенные в функциональной части стандарта. Назначение контактов этого разъема показано на рис. 2. Разъем для оборудования DCE имеет вилку для корпуса разъема и розетку для соединительных контактов. Аналогично, разъем DTE представляет собой гнездовой корпус с соединительными штырьками. Хотя в стандарте RS-232 указан 25-контактный разъем, этот разъем часто не используется. Большинству приложений не требуются все определенные сигналы, поэтому 25-контактный разъем больше, чем необходимо. Следовательно, обычно используются другие типы разъемов. Пожалуй, самый популярный разъем — 9.разъем DB9S, также показанный на рис. 2. Этот 9-контактный разъем обеспечивает, например, средства для передачи и приема необходимых сигналов для модемных приложений. Этот тип приложения pf будет обсуждаться более подробно позже.

Рис. 2. Назначение контактов разъема RS-232.

Эволюция дизайна ИС RS-232

Регулируемые зарядные насосы

Оригинальный драйвер/приемник MAX232 и связанные с ним части просто удваивали и инвертировали входное напряжение для питания схемы драйвера RS-232. Эта конструкция допускала гораздо большее напряжение, чем требовалось на самом деле; это трата энергии. Уровни EIA-232 определены как ± 5 В на 5 кОм. С новым выходным каскадом с малым падением напряжения компания Maxim представила приемопередатчики RS-232 с внутренними зарядовыми насосами, обеспечивающими стабилизированный выходной сигнал ±5,5 В. Такая конструкция позволяет выходным сигналам передатчика поддерживать уровни, совместимые с RS-232, при минимальном токе питания.

Работа при низком напряжении

Пониженное выходное напряжение новых регулируемых подкачивающих насосов и преобразователей с малым падением напряжения позволяет использовать пониженное напряжение питания. Большинство последних приемопередатчиков RS-232 компании Maxim работают с напряжением питания до +3,0 В.

Автовыключение

^™

В непрекращающейся битве за продление срока службы батареи Максим впервые применил метод, называемый автоматическим выключением. Когда устройство не обнаруживает действительной активности RS-232, оно переходит в режим отключения с низким энергопотреблением. Выход RS-232-valid указывает системному процессору, подключен ли активный порт RS-232 на другом конце кабеля. MAX3212 идет еще дальше: он включает в себя схему обнаружения перехода, чей защелкивающийся выход, применяемый в качестве прерывания, может разбудить систему при изменении состояния любой входящей линии.

AutoShutdown Plus

^™

Основываясь на успехе AutoShutdown, устройства с функцией Maxim AutoShutdown Plus обеспечивают потребляемый ток 1 мкА. Эти устройства автоматически переходят в режим отключения с низким энергопотреблением либо при отключении кабеля RS-232, либо при неактивности передатчиков подключенных периферийных устройств, либо при неактивности UART, управляющего входами передатчиков, более 30 секунд. Устройства снова включаются, когда обнаруживают действительный переход на любом входе передатчика или приемника. AutoShutdown Plus экономит электроэнергию без внесения изменений в существующий BIOS или операционную систему.

Мегабод

Выходом за пределы спецификации EIA-232 является мегабодный режим, который позволяет увеличить скорость нарастания драйвера, тем самым обеспечивая скорость передачи данных до 1 Мбит/с. Режим MegaBaud полезен для связи между высокоскоростными периферийными устройствами, такими как модемы DSL или ISDN, на короткие расстояния.

Высокая электростатическая разрядность

Некоторые микросхемы предназначены для обеспечения высокой защиты от электростатического разряда. Эти ИС специфицируют и обеспечивают защиту от электростатического разряда ±15 кВ, используя как модель человеческого тела, так и метод разряда с воздушным зазором IEC 801-2. Защита Maxim от электростатического разряда устраняет необходимость в дорогостоящих внешних устройствах защиты, таких как TransZorbs 9. 0357 ™ , предотвращая дорогостоящие сбои в полевых условиях.

Проблемы с поддержкой

Выбор конденсатора

Насосы заряда приемопередатчиков Maxim RS-232 используют конденсаторы для преобразования и хранения энергии, поэтому выбор этих конденсаторов влияет на общую производительность схемы. Хотя в некоторых спецификациях указаны поляризованные конденсаторы в их типичных схемах применения, эта информация показана только для клиентов, которые хотят использовать поляризованные конденсаторы. На практике для большинства микросхем Maxim RS-232 лучше всего подходят керамические конденсаторы.

Выбор керамического конденсатора также важен. Конденсаторные диэлектрики типа З5У и Я5В неприемлемы из-за их невероятных вольтажных и температурных коэффициентов. Типы X5R и X7R обеспечивают необходимую производительность.

Неиспользуемые входы

Входы приемника RS-232 содержат внутренний подтягивающий резистор 5 кОм. Если этот вход приемника не используется, его можно оставить плавающим без каких-либо проблем. Входы передатчика CMOS имеют высокий импеданс и должны быть приведены в допустимые логические уровни для правильной работы IC. Если вход передатчика не используется, подключите его к V _CC или GND.

Руководство по компоновке

С микросхемами Maxim RS-232 следует обращаться как с преобразователями постоянного тока в целях компоновки. Поток переменного тока должен быть проанализирован как для стадий зарядки, так и для стадий разрядки цикла заряд-накачка. Для облегчения простой и эффективной компоновки Maxim удобно размещает все важные контакты в непосредственной близости от их внешних компонентов.

Приемопередатчики RS-232 в миниатюрных корпусах

Приемопередатчики RS-232 с низким энергопотреблением доступны в компактных корпусах (UCSP), TQFN и TSSOP. MAX3243E в тонком корпусе QFN с 32 выводами (7 мм x 7 мм) экономит 20% места на плате по сравнению с решениями TSSOP. MAX3222E, также доступный в 20-контактном (5 мм x 5 мм) TQFN, улучшает и, таким образом, экономит место на плате на 40%. Другие семейства приемопередатчиков, упакованные в TQFN, MAX3222E и MAX3232E с двумя драйверами и двумя приемниками, а также MAX3221E с одним драйвером и одним приемником, имеют функцию автоматического отключения для снижения тока питания до 1 мкА (см. Таблицу 3). Эти приемопередатчики RS-232 идеально подходят для оборудования с батарейным питанием.

Семейство MAX3228E/MAX3229E в корпусе UCSP с 30 выступами (3 мм x 2,5 мм) экономит около 70% места на плате, что делает эти ИС идеальными для приложений с ограниченным пространством, таких как ноутбуки, мобильные телефоны и портативное оборудование. Маломощные приемопередатчики RS-232 в компактном корпусе UCSP с низким током питания при отключении 1 мкА идеально подходят для систем со сверхнизким энергопотреблением.

Таблица 3. Приемопередатчики RS232 в компактных корпусах

Часть	Пакет	Ток питания при отключении (мкА)	Скорость передачи данных (кбит/с)	Количество приводов/приемников	Защита от электростатического разряда (±кВ)
МАКС3221Е	20-контактный TQFN	1	250	1/1	15
МАКС3222Е	16-контактный TQFN	1	250	2/2	15
МАКС3223Е	20-контактный TQFN	1	250	2/2	15
МАКС3230Е	20-штырьковый UCSP	1	250	2/2	15
МАКС3231Е	20-штырьковый UCSP	1	250	1/1	15
МАКС3232Е	16-контактный TQFN	1	250	2/2	15
МАКС3237Е	28-контактный SSOP	10 нА	1 Мбит/с	5/3	15
МАКС3243Е	32-контактный TQFN	1	250	3/5	15
МАКС3246Е	36-штырьковый UCSP	1	250	3/5

Практическая реализация RS-232

Большинство систем, разработанных сегодня, не работают с уровнями напряжения RS-232. Следовательно, для реализации связи RS-232 необходимо преобразование уровня. Преобразование уровней выполняется специальными микросхемами RS-232, имеющими как линейные драйверы, генерирующие уровни напряжения, необходимые для RS-232, так и линейные приемники, которые могут принимать уровни напряжения RS-232 без повреждения. Эти линейные формирователи и приемники обычно также инвертируют сигнал, поскольку логическая 1 представлена ​​низким уровнем напряжения для связи RS-232, а логический 0 представлена ​​высоким логическим уровнем.

Рисунок 3 иллюстрирует функцию драйвера/приемника линии RS-232 в типичном модемном приложении. В этом примере сигналы, необходимые для последовательной связи, генерируются и принимаются универсальным асинхронным приемником/передатчиком (UART). ИС драйвера/приемника линии RS-232 выполняет необходимое преобразование уровней между интерфейсами CMOS/TTL и RS-232.

Рис. 3. Типичное применение модема RS-232.

UART выполняет «служебные» задачи, необходимые для асинхронной последовательной связи. Асинхронная связь обычно требует, например, чтобы хост-система инициировала стартовые и стоповые биты, чтобы указать периферийной системе, когда связь начнется и остановится. Биты четности также часто используются для обеспечения того, чтобы отправляемые данные не были повреждены. UART обычно генерирует стартовый, стоповый биты и биты четности при передаче данных и может обнаруживать ошибки связи при приеме данных. UART также функционирует как посредник между байтовой (параллельной) и битовой (последовательной) связью; он преобразует байт данных в последовательный битовый поток для передачи и преобразует последовательный битовый поток в байт данных при приеме.

Теперь, когда дано элементарное объяснение интерфейса TTL/CMOS в RS-232, мы можем рассмотреть некоторые реальные приложения RS-232. В разделе «Функциональные характеристики» выше уже отмечалось, что приложения RS-232 редко точно соответствуют стандарту RS-232. Ненужные сигналы RS-232 обычно опускаются. Для многих приложений, таких как модем, требуется всего девять сигналов (два сигнала данных, шесть сигналов управления и земля). Другим приложениям требуется только пять сигналов (два для данных, два для квитирования и заземление), в то время как другим требуются только сигналы данных без управления квитированием. Мы начнем исследование реальных реализаций с рассмотрения типичного модемного приложения.

RS-232 в модемных приложениях

Модемные приложения — одно из самых популярных применений стандарта RS-232. На рис. 4 показано типичное применение модема. Как видно на диаграмме, ПК является DTE, а модем — DCE. Связь между каждым ПК и связанным с ним модемом осуществляется с использованием стандарта RS-232. Связь между двумя модемами осуществляется посредством телекоммуникаций. Следует отметить, что, хотя микроконтроллер обычно является DTE в приложениях RS-232, это не требуется строгой интерпретацией стандарта.

Рисунок 4. Модемная связь между двумя ПК.

Хотя некоторые разработчики предпочитают использовать для этого приложения 25-контактный разъем, в этом нет необходимости, поскольку между DTE и DCE имеется только девять интерфейсных сигналов (включая землю). Помня об этом, многие разработчики используют 9- или 15-контактные разъемы. (На Рисунке 2 выше показана конструкция 9-контактного разъема.) «Базовые девять» сигналов, используемых в модемной связи, показаны на Рисунке 3 выше; для DTE необходимы три драйвера RS-232 и пять приемников. Функциональность этих сигналов описана ниже. Обратите внимание, что в следующих описаниях сигналов ON относится к высокому уровню напряжения RS-232 (от +5 В до +15 В), а OFF относится к низкому уровню напряжения RS-232 (от -5 В до -15 В). Имейте в виду, что высокий уровень напряжения RS-232 фактически соответствует логическому 0, а низкий уровень напряжения RS-232 соответствует логической 1.

Передаваемые данные (TD) : Один из двух отдельных сигналов данных, этот сигнал генерируется DTE и принимается DCE.

Полученные данные (RD) : Второй из двух отдельных сигналов данных, эти сигналы генерируются DCE и принимаются DTE.

Запрос на отправку (RTS) : Когда хост-система (DTE) готова передать данные на периферийную систему (DCE), включается RTS. В симплексных и дуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема. В полудуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема и отключает режим передачи. Состояние OFF поддерживает DCE в режиме передачи. После подтверждения RTS АКД должна активировать CTS, прежде чем можно будет начать связь.

Разрешение на отправку (CTS) : CTS используется вместе с RTS для установления связи между DTE и DCE. После того, как DCE увидит установленный RTS, он включает CTS, когда он готов начать связь.

Набор данных готов (DSR) : Этот сигнал включается DCE, чтобы указать, что он подключен к линии связи.

Обнаружение несущей данных (DCD) : Этот сигнал включается, когда DCE получает сигнал от удаленного DCE, который удовлетворяет его подходящим критериям сигнала. Этот сигнал остается включенным до тех пор, пока может быть обнаружен подходящий сигнал несущей.

Готовность терминала данных (DTR) : DTR указывает на готовность DTE. Этот сигнал включается DTE, когда оно готово к передаче или приему данных от DCE. DTR должен быть включен, прежде чем DCE сможет подтвердить DSR.

Индикатор звонка (RI) : RI, когда установлен, указывает, что по каналу связи принимается сигнал вызова.

Описанные выше сигналы составляют основу для модемной связи. Возможно, лучший способ понять, как взаимодействуют эти сигналы, — рассмотреть пошаговый пример взаимодействия модема с ПК. Следующие шаги описывают транзакцию, в которой удаленный модем вызывает локальный модем.

1. Локальный компьютер использует программное обеспечение для контроля сигнала RI (индикатор звонка).
2. Когда удаленный модем хочет связаться с локальным модемом, он генерирует сигнал RI. Этот сигнал передается локальным модемом на локальный ПК.
3. Локальный ПК отвечает на сигнал RI, подтверждая сигнал DTR (терминал данных готов), когда он готов к обмену данными.
4. После распознавания подтвержденного сигнала DTR модем отвечает, подтверждая DSR (готовность набора данных) после подключения к линии связи. DSR указывает ПК, что модем готов к обмену дальнейшими управляющими сигналами с DTE для начала связи. Когда DSR подтвержден, ПК начинает отслеживать DCD для индикации того, что данные передаются по линии связи.
5. Модем устанавливает DCD (обнаружение несущей данных) после того, как он получил сигнал несущей от удаленного модема, который соответствует подходящим критериям сигнала.
6. С этого момента можно начинать передачу данных. Если локальный модем поддерживает полнодуплексный режим, сигналы CTS (разрешение на отправку) и RTS (запрос на отправку) удерживаются в установленном состоянии. Если модем поддерживает только полудуплекс, CTS и RTS обеспечивают квитирование, необходимое для управления направлением потока данных. Данные передаются по сигналам RD и TD.
7. Когда передача данных завершена, ПК отключает сигнал DTR. Затем модем блокирует сигналы DSR и DCD. В этот момент ПК и модем находятся в исходном состоянии, описанном в шаге 1.

RS-232 в приложениях с минимальным квитированием

Хотя рассмотренное выше приложение модема упрощено по сравнению со стандартом RS-232 из-за количества необходимых сигналов, оно все же сложнее, чем многие системные требования. Для многих приложений необходимы только две линии данных и две линии управления квитированием для установления и управления связью между хост-системой и периферийной системой. Например, системе управления микроклиматом может потребоваться взаимодействие с термостатом с использованием полудуплексной схемы связи. Иногда системы управления считывают температуру с термостата, а иногда загружают в термостат точки срабатывания по температуре. В таком простом приложении может потребоваться только пять сигналов (два для данных, два для управления квитированием и земля).

На рис. 5 показан простой полудуплексный коммуникационный интерфейс. Как видно, данные передаются по контактам TD (передача данных) и RD (получение данных), а контакты RTS (готовность к отправке) и CTS (готовность к отправке) обеспечивают управление квитированием. RTS управляется DTE для управления направлением данных. Когда он установлен, DTE переходит в режим передачи. Когда RTS запрещен, DTE переходит в режим приема. CTS, генерируемый DCE, управляет потоком данных. При утверждении данные могут течь. Однако при запрете CTS передача данных прерывается. Передача данных останавливается до повторного подтверждения CTS.

Рисунок 5. Схема полудуплексной связи.

Ограничения применения RS-232

За более чем четыре десятилетия с момента введения стандарта RS-232 электронная промышленность сильно изменилась. Поэтому в стандарте RS-232 есть некоторые ограничения. Одно ограничение — тот факт, что стандарт определяет более двадцати сигналов, — уже устранено. Дизайнеры просто не используют все сигналы или 25-контактный разъем.

Другие ограничения в стандарте не обязательно так легко исправить.

Генерация уровней напряжения RS-232

Как поясняется в разделе «Электрические характеристики », RS-232 не использует обычные уровни 0 и 5 В, реализованные в конструкциях TTL и CMOS. Драйверы должны подавать от +5 В до +15 В для логического 0 и от -5 В до -15 В для логической 1. Это означает, что для управления уровнями напряжения RS-232 необходимы дополнительные источники питания. Обычно для управления выходами RS-232 используются источники питания +12 В и -12 В. Это большое неудобство для систем, у которых нет других требований к этим блокам питания. Имея это в виду, продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, имеют встроенные схемы подкачки заряда, которые генерируют необходимые уровни напряжения для связи RS-232. Первый насос заряда по существу удваивает стандартный источник питания +5 В, чтобы обеспечить уровень напряжения, необходимый для управления логическим 0. Второй насос заряда инвертирует это напряжение и обеспечивает уровень напряжения, необходимый для управления логической 1. Эти два насоса заряда позволяют RS Продукты с интерфейсом -232 для работы от одного источника питания +5 В.

Максимальная скорость передачи данных

Еще одним ограничением стандарта RS-232 является максимальная скорость передачи данных. Стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит/с, что является излишне медленным для многих современных приложений. Продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, гарантируют скорость до 250 кбит/с и обычно могут передавать данные со скоростью до 350 кбит/с. Обеспечивая скорость связи на этой частоте, устройства по-прежнему поддерживают максимальную скорость нарастания 30 В/мс, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами.

Максимальная длина кабеля

Как мы видели, спецификация длины кабеля, когда-то включенная в стандарт RS-232, была заменена спецификацией максимальной емкости нагрузки 2500 пФ. Чтобы определить общую допустимую длину кабеля, необходимо определить общую емкость линии. На рис. 6 показано простое приближение для полной линейной емкости проводника. Как видно, общая емкость аппроксимируется суммой взаимной емкости сигнальных проводников и емкости проводника к экрану (или паразитной емкости в случае неэкранированного кабеля).