Протокол rs232 описание. Интерфейс RS-232: описание, характеристики и применение

Что такое интерфейс RS-232. Какие основные характеристики имеет RS-232. Для чего применяется интерфейс RS-232 в современной технике. Как устроен протокол передачи данных по RS-232.

Что такое интерфейс RS-232

RS-232 (Recommended Standard 232) — это стандарт последовательной передачи данных между устройствами. Он был разработан в 1960-х годах для обеспечения связи между компьютерным оборудованием и модемами.

Основные особенности интерфейса RS-232:

• Асинхронный последовательный интерфейс
• Передача данных по одному биту за раз
• Несимметричная передача сигналов относительно общего провода
• Низкая помехоустойчивость на больших расстояниях
• Скорость передачи данных до 115200 бит/с

Несмотря на появление более современных интерфейсов, RS-232 до сих пор широко используется в промышленном оборудовании, контрольно-измерительных приборах и встраиваемых системах благодаря своей простоте.

Основные характеристики интерфейса RS-232

Каковы ключевые технические параметры RS-232? Основные характеристики этого интерфейса включают:

• Максимальная длина кабеля: 15-20 метров
• Скорость передачи данных: от 110 до 115200 бит/с
• Уровни сигналов: от -3 В до -15 В для логической «1», от +3 В до +15 В для логического «0»
• Количество линий данных: 1 (полудуплексный режим) или 2 (полнодуплексный режим)
• Разъемы: DB-9 или DB-25

Эти параметры обеспечивают надежную передачу данных на короткие расстояния при умеренных скоростях. Для увеличения дальности связи необходимо снижать скорость передачи.

Области применения интерфейса RS-232

Где используется RS-232 в современной технике? Основные сферы применения этого интерфейса:

• Промышленная автоматизация и системы управления
• Контрольно-измерительное оборудование
• Медицинская техника
• POS-терминалы и кассовые аппараты
• Системы безопасности и видеонаблюдения
• Модемы и терминальное оборудование
• Встраиваемые системы на базе микроконтроллеров

RS-232 остается востребованным благодаря простоте реализации, низкой стоимости и совместимости со старым оборудованием. Во многих современных устройствах он используется как дополнительный сервисный интерфейс.

Протокол передачи данных по RS-232

Как осуществляется обмен данными через интерфейс RS-232? Протокол передачи включает следующие основные элементы:

• Старт-бит — сигнализирует о начале передачи байта
• Биты данных — передача 5-8 информационных бит
• Бит четности (опционально) — для контроля ошибок
• Стоп-биты — 1, 1.5 или 2 бита, обозначающие окончание передачи байта

Передача асинхронная, то есть старт-бит следующего байта может передаваться в произвольный момент после стоп-бита предыдущего. Это упрощает реализацию, но снижает эффективность использования линии связи.

Преимущества и недостатки RS-232

Какие сильные и слабые стороны имеет интерфейс RS-232? Рассмотрим основные плюсы и минусы:

Преимущества:

• Простота реализации и отладки
• Низкая стоимость
• Широкая поддержка в оборудовании и программном обеспечении
• Возможность работы в полнодуплексном режиме

Недостатки:

• Ограниченная дальность связи
• Низкая помехозащищенность
• Невысокая скорость передачи данных
• Отсутствие гальванической развязки

Несмотря на недостатки, простота и надежность RS-232 обеспечивают его широкое применение в промышленных и встраиваемых системах.

Сравнение RS-232 с другими интерфейсами

Как RS-232 соотносится с более современными интерфейсами? Рассмотрим сравнение с USB и RS-485:

RS-232 уступает более современным интерфейсам по скорости и помехозащищенности, но остается востребованным благодаря простоте реализации и совместимости со старым оборудованием.

Настройка параметров RS-232

Какие параметры необходимо согласовать для обмена данными по RS-232? Основные настройки включают:

• Скорость передачи (бит/с)
• Количество битов данных (5-8)
• Режим контроля четности
• Количество стоп-битов (1, 1.5 или 2)
• Управление потоком данных (аппаратное или программное)

Все эти параметры должны быть одинаково настроены на передающем и принимающем устройствах для обеспечения корректного обмена данными. Наиболее распространенный набор настроек: 9600 бит/с, 8 бит данных, без контроля четности, 1 стоп-бит.

Заключение

Интерфейс RS-232, несмотря на свой почтенный возраст, продолжает широко применяться в промышленном оборудовании и встраиваемых системах. Его ключевые преимущества — простота реализации, низкая стоимость и совместимость со старым оборудованием. При этом ограниченная дальность связи и низкая помехозащищенность сужают область его применения.

RS-232 остается востребованным в системах промышленной автоматизации, контрольно-измерительном оборудовании и других специализированных устройствах. Он обеспечивает надежную передачу данных на короткие расстояния при умеренных скоростях. Понимание принципов работы и особенностей настройки RS-232 важно для специалистов, работающих с промышленным и измерительным оборудованием.

Интерфейс RS-232. Его назначение и устройство

RS-232 (англ. Recommended Standard 232 или другое название EIA232 ) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса UART (UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter – «универсальный асинхронный приемопередатчик»). Широко известен как последовательный  порт (англ. serial port, COM-порт, англ. communications port — сленговое название интерфейса стандарта RS-232) персональных компьютеров. В современных компьютерах, практически полностью вытеснен интерфейсом USB. До этого использовался для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, особенно нетребовательного к скорости обмена данными и отклонений условий применения от стандартных.

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

Для электрических кабельных соединений используют разъёмы DB9 (9-ти контактные) или, реже, DB25 (25-ти контактные).

Распайка кабеля RS232 зависит от типа соединения компьютер-модем, модем-модем или компьютер-компьютер. Например, для разъёмов DB9:

Таблица соответствий распиновки разъёмов DB9 и DB25:

RI (ring indicator) – устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.

25-контактный интерфейс RS232, с разъёмами DB25, может отличаться от 9-контактного разъёма DB9 добавкой полноценного второго канала приема-передачи данных, а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере «широкого» разъема, дополнительные сигналы на нём просто не подключены (или не используются).

Для успешного обмена данными ряд переменных параметров протокола должны быть заданы одинаково на стороне приёмника и передатчика :

• скорость обмена данными в битах в секунду (300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

38400, 57600, или другая, если она поддерживается обеими сторонами) ;

• количество бит данных — от 4 до 8;
• контроль чётности может быть чётным, нечётным или вообще отсутствовать;
• длина стоп бита может достигать одну, полторы или две длительности бита данных.

К основным электрическим характеристикам относят :

• логические уровни передатчика : «0» – от +5 В до +15 В, «1» – от -5 В до -15 В ;
• логические уровни приёмника : «0» – от +3 В и выше, «1» – от -3 В и ниже ;
• максимальная нагрузка передатчика : входное сопротивление приёмника не менее 3 кОм.

Довольно часто в специальных приложениях используется пяти- или трёх-проводная связь по интерфейсу RS232. Например, связь частотных преобразователей Simodrive с программатором фирмы Siemens или персональным компьютером (при наличии специального программного обеспечения) для выполнения работ по параметрированию приводной системы и так далее.

Интерфейс RS232 применяют и другие известные производители частотных преобазоватоелей, в т. ч. и всем известная фирма Mitsubishi, что пока ещё не снимает его использование с повестки дня.
Кроме этого, ещё работают на производстве станки с установленными на них ”устаревшими” системами ЧПУ, где загрузка и выгрузка управляющих программ обработки, машинных и технологических параметров осуществляется с применением интерфейса RS232.

В современных технологиях большое значение имеют расстояние и скорость передачи данных, в этом RS232 “немного” проигрывает другим типам интерфейсов. Надёжная передача данных зависит от многих факторов (наличие посторонних электромагнитных помех, схемы прокладки кабеля, материала проводников, надёжности контактных соединений и так далее), но мы акцентируем внимание на длине кабеля. Чем длиннее кабель, тем больше его ёмкость, поэтому для надёжной передачи требуется более низкая скорость. Максимальным расстоянием для RS232 принято считать 15 метров, не ссылаясь на стандарты. Приблизительная зависимость длины кабеля от скорости передачи данных указана в таблице ниже.

Не попробуешь — не узнаешь |

Последовательный порт (англ. Serial port), серийный порт или COM-порт — двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена битовой информацией.

Последовательный порт (англ. Serial port), серийный порт или COM-порт — двунаправленный последовательный интерфейс, предназначенный для обмена битовой информацией.

Протокол обмена.

Этим термином пользуются при описании взаимодействия информационных потоков в каналах связи, при согласованности между приемником и передатчиком и интерпретация передаваемых данных.Протокол обмена состоит из нескольких параметров связи (скорость, четность, размеры пакетов, инициализация приемника(передатчика), восстановление связи при обрыве).

Рассмотрим некоторые стандартные протоколы:

Протокол RS-232.

Для соединения со стороны компьютера используется интерфейс, называемый СОМ-порт (COMmunication port, коммуникационный порт).Стандарт RS-232 (его официальное название «Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Termination Equipment Employing Serial Binary Data Interchange») предназначен для подключения аппаратуры, пере¬дающей или принимающей данные, к оконечной аппаратуре каналов дан¬ных. Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов.Интерфейс RS-232 используется и во многих устройствах обычного персонального компьютера, начиная с «мыши» и модема до ключей аппаратной защиты. И хотя уже все компьютеры имеют интерфейс USB, интерфейс RS-232 еще жив и активно применяется. Согласно стандарту RS-232, сигнал (последовательность битов) передается напряжением. Передатчик и приемник являются несимметричными: сигнал передается относительно общего провода (в отличие от симметричной передачи протокола RS-485 или RS-422) Логическому нулю па входе приемника соответствует диапазон +3…+ 12 В, а логической единице — диапазон —12…—3 В.Один из самых неприятных недостатков стандарта RS-232 — плохая помехозащищенность и, соответственно, короткие линии передачи.

Протокол RS-422A.

Стандарт RS-422A (другое название ITU-T V.II) определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоростях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE-DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуются два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики.

Протокол RS-423A.

Стандарт RS-423A (другое название V 6) определяет электрические характеристики несимметричного цифрового интерфейса. «Несимметричность» означает, что данный стандарт, подобно RS-232, для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод. Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание электрических характеристик интерфейса. Стандарт RS-423A предусматривает максимальную скорость передачи 100 Кбит/с.

Протокол RS-485.

Полное название этого стандарта T1A/EIA-485A (аналогичный стандарт описывается в ISO 8482). Он включает в себя 17 страниц и определяет требования к электрическим характеристикам формирователей и приемников. В нем ничего не говорится ни о качестве сигнала, ни о методах доступа к линиям связи, ни о протоколе обмена, ни о технологической схеме (назначении контактов и т. п.). «Приложение А» этого стандарта описывает принципы работы устройств на основе RS-485.В дополнение к описанию стандарта был опубликован документ TSB89, называющийся «Application Guidelines for T1A/EIA-485A». TSB89 состоит из 23 страниц и посвящается разъяснению, как применять устройства, определяемые стандартом TIA/E1A-485A для физических сетей.

Протокол RS-499.

Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т. п В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS-449 соответствует международный стандарт V.36. Комбинация RS-449, RS-422A и (или) RS-423A первоначально предназначалась для замены RS-232. Однако этого не произошло, хотя данные стандарты нашли достаточно широкое применение в качестве высокоскоростного интерфейса DTE-DCE. Стандарт RS-449 определяет 30 сигналов интерфейса, большинство из которых имеют эквиваленты в RS 232, но добавлены и новые. Обозначения большинства сигналов были изменены во избежание путаницы. Десять сигналов RS-449 определены как линии первой категории. Эта группа сигналов включает в себя все основные сигналы данных и синхронизации, такие как «Передаваемые данные», «Принимаемые данные», «Синхро¬низация терминала». Скорость передачи сигналов первой категории существенно зависит от длины кабеля. Для линий этой категории на скоростях до 20 Кбит/с могут использоваться стандарты RS-422A либо RS-423A; на скоростях выше 20 Кбит/с (до 2 Мбит/с) — только RS-422A. Оставшиеся 20 линий классифицируются как линии второй категории и используются стандартом RS-423A. К этой категории относятся такие управляющие линии, как «Качество сигнала», «Выбор скорости передачи» и др. Стандарт RS-449 определяет тип разъема и, в отличие от RS-232, распределение контактов разъема. Используемые разъемы имеют 37 контактов для прямого и 9 контактов для обратного канала.

Протокол RS-562.

Протокол RS-562 представляет собой низковольтную реализацию RS-232 с максимальным уровнем сигнала 3,5 В.

«Готовность к соединению» (DTE,DCE):

• DTE (Data Terminal Equipment) — оконечное оборудование, принимаю¬щее или передающее данные. В качестве DTE может выступать компью¬тер, принтер, плоттер или другое периферийное оборудование;
• DCE (Data Communications Equipment) — аппаратура канала данных. Функция DCE состоит в обеспечении возможности передачи информа¬ции между двумя или большим числом DTE. Для этого DCE должно обеспечить соединение с DTE, с одной стороны, и с каналом передачи — с другой. Роль DCE чаще всего выполняет модем.

Все линии обмена между DTE и DCE можно разбить на четыре основные группы:
• линии данных;
• линии управления;
• линии синхронизации;
• линии “земли”.

*** Разработка программ на заказ (Windows+CE+Mobile+Phone,Linux), Embarcadero Rad Studio, Visual Studio, Eclipse! Курсовые, дипломы и т.д. (email — Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , ICQ 2437255) ***

<На главную> <Продолжение>

Закрепленные

Понравившиеся

Интерфейс последовательной связи RS-232 — RS232 — Интерфейсы — Каталог статей

Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

2.3. Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

Интерфейсы RS-485 и RS-422 описаны в стандартах ANSI EIA/TIA^*-485-А и EIA/TIA-422. Интерфейс RS-485 является наиболее распространенным в промышленной автоматизации. Его используют промышленные сети Modbus, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus и множество нестандартных сетей. Связано это с тем, что по всем основным показателям данный интерфейс является наилучшим из всех возможных при современном уровне развития технологии. Основными его достоинствами являются:

• двусторонний обмен данными всего по одной витой паре проводов;
• работа с несколькими трансиверами, подключенными к одной и той же линии, т. е. возможность организации сети;
• большая длина линии связи;
• достаточно высокая скорость передачи.

2.3.1. Принципы построения

Дифференциальная передача сигнала

В основе построения интерфейса RS-485 лежит дифференциальный способ передачи сигнала, когда напряжение, соответствующее уровню логической единицы или нуля, отсчитывается не от «земли», а измеряется как разность потенциалов между двумя передающими линиями: Data+ и Data- (рис. 2.1). При этом напряжение каждой линии относительно «земли» может быть произвольным, но не должно выходить за диапазон -7…+12 В [RS — TIA].

Приемники сигнала являются дифференциальными, т.е. воспринимают только разность между напряжениями на линии Data+ и Data-. При разности напряжений более 200 мВ, до +12 В считается, что на линии установлено значение логической единицы, при напряжении менее -200 мВ, до -7 В — логического нуля. Дифференциальное напряжение на выходе передатчика в соответствии со стандартом должно быть не менее 1,5 В, поэтому при пороге срабатывания приемника 200 мВ помеха (в том числе падение напряжения на омическом сопротивлении линии) может иметь размах 1,3 В над уровнем 200 мВ. Такой большой запас необходим для работы на длинных линиях с большим омическим сопротивлением. Фактически, именно этот запас по напряжению и определяет максимальную длину линии связи (1200 м) при низких скоростях передачи (менее 100 кбит/с).

Благодаря симметрии линий относительно «земли» в них наводятся помехи, близкие по форме и величине. В приемнике с дифференциальным входом сигнал выделяется путем вычитания напряжений на линиях, поэтому после вычитания напряжение помехи оказывается равным нулю. В реальных условиях, когда существует небольшая асимметрия линий и нагрузок, помеха подавляется не полностью, но ослабляется существенно.

Для минимизации чувствительности линии передачи к электромагнитной наводке используется витая пара проводов. Токи, наводимые в соседних витках вследствие явления электромагнитной индукции, по «правилу буравчика» оказываются направленными навстречу друг-другу и взаимно компенсируются. Степень компенсации определяется качеством изготовления кабеля и количеством витков на единицу длины.

«Третье» состояние выходов

Второй особенностью передатчика D (D — «Driver») интерфейса RS-485 является возможность перевода выходных каскадов в «третье» (высокоомное) состояние сигналом  (Driver Enable) (рис. 2.1). Для этого запираются оба транзистора выходного каскада передатчика. Наличие третьего состояния позволяет осуществить полудуплексный обмен между любыми двумя устройствами, подключенными к линии,  всего по двум проводам. Если на рис. 2.1 передачу выполняет устройство , а прием — устройство , то выходы передатчиков  и  переводятся в высокоомное состояние, т. е. фактически к линии оказываются подключены только приемники, при этом выходное сопротивление передатчиков  и   не шунтирует линию.

Перевод передатчика интерфейса в третье состояние осуществляется обычно сигналом RTS (Request To Send) СОМ-порта.

Четырехпроводной интерфейс

Интерфейс RS-485 имеет две версии: двухпроводную и четырехпроводную. Двухпроводная используется для полудуплексной передачи (рис. 2.1), когда информация может передаваться в обоих направлениях, но в разное время. Для полнодуплексной (дуплексной) передачи используют четыре линии связи: по двум информация передается в одном направлении, по двум другим — в обратном (рис. 2.2).

Недостатком четырехпроводной (рис. 2.2) схемы является необходимость жесткого указания ведущего и ведомых устройств на стадии проектирования системы, в то время как в двухпроводной схеме любое устройство может быть как в роли ведущего, так и ведомого. Достоинством четырехпроводной схемы является возможность одновременной передачи и приема данных, что бывает необходимо при реализации некоторых сложных протоколов обмена.

Режим приема эха

Если приемник передающего узла включен во время передачи, то передающий узел принимает свои же сигналы. Этот режим называется «приемом эха» и обычно устанавливается микропереключателем на плате интерфейса. Прием эха иногда используется в сложных протоколах передачи, но чаще этот режим выключен.

Заземление, гальваническая изоляция и защита от молнии

Если порты RS-485, подключенные к линии передачи, расположены на большом расстоянии один от другого, то потенциалы их «земель» могут сильно различаться. В этом случае для исключения пробоя выходных каскадов микросхем трансиверов (приемопередатчиков) интерфейса следует использовать гальваническую изоляцию между портом RS-485 и землей. При небольшой разности потенциалов «земли» для выравнивания потенциалов, в принципе, можно использовать проводник, однако такой способ на практике не применяется, поскольку практически все коммерческие интерфейсы RS-485 имеют гальваническую изоляцию (см. например, преобразователь NL-232C или повторитель интерфейсов NL-485C фирмы RealLab!).

Защита интерфейса от молнии выполняется с помощью газоразрядных и полупроводниковых устройств защиты, см. раздел «Защита от помех».

2.3.2. Стандартные параметры

В последнее время появилось много микросхем трансиверов интерфейса RS-485, которые имеют более широкие возможности, чем установленные стандартом. Однако для обеспечения совместимости устройств между собой необходимо знать параметры, описанные в стандарте (см. табл. 2.2).

2.3.3. Согласование линии с передатчиком и приемником

Если время распространения электромагнитного поля через кабель становится сравнимо с характерными временами передаваемых сигналов, то кабель нужно рассматривать как длинную линию с распределенными параметрами [Попов]. Время распространения электромагнитного поля в нем составляет 60…75% от скорости света в вакууме и зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости диэлектрика кабеля, сопротивления проводника и его конструктивных особенностей. При скорости света в вакууме 300000 км/с для кабеля длиной 1000 м можно получить скорость распространения электромагнитной волны в кабеле 200…225 км/с и время распространения 5,6 мкс.

Электромагнитная волна, достигая конца кабеля, отражается от него и возвращается к источнику сигнала, отражается от источника и опять проходит к концу кабеля. Вследствие потерь на нагрев проводника и диэлектрика амплитуда волны в конце кабеля всегда меньше, чем в начале. Для типовых кабелей можно считать, что только первые 3 цикла прохождения волны существенно влияют на форму передаваемого сигнала [RS]. Это дает общую длительность паразитных колебаний на фронтах передаваемых импульсов, связанных с отражениями,  около 33,6 мкс при длине кабеля 1 км. Поскольку в приемном узле универсальный трансивер (UART Universal Asynchronous Receive Transmit) определяет логическое состояние линии в центре импульса, то минимальная длительность импульса, который еще можно распознать с помощью UART, составляет 33,6 х 2 = 67,2 мкс. Поскольку при NRZ кодировании (см. раздел «CAN») минимальная длительность импульса позволяет закодировать 1 бит информации, то получим максимальную скорость передачи информации, которую еще можно принять несмотря на наличие отражений, равную 1/67,2 мкс = 14,9 кбит/с. Учитывая, что реально условия передачи всегда хуже расчетных, стандартную скорость передачи 9600 бит/с приближенно можно считать границей, на которой еще можно передать сигнал на расстояние 1000 м несмотря на наличие отражений от концов линии.

Рассмотренная ситуация ухудшается c ростом рассогласования между частотой синхронизации передатчика и приемника, вследствие которой момент считывания сигнала оказывается смещенным относительно центра импульса. Следует также учитывать, что на практике не все устройства с интерфейсом RS-485 используют стандартный UART, считывающий значение логического состояний посредине импульса.

При большей скорости передачи, например, 115200 бит/с, ширина передаваемых импульсов составляет 4,3 мкс, и их невозможно отличить от импульсов, вызванных отражениями от концов линии. Используя вышеприведенные рассуждения, можно получить, что при скорости передачи 115200 бит/с максимальная длина кабеля, при которой еще можно не учитывать отражения от концов линии, составляет 60 м.

Для устранения отражений линия должна быть нагружена на сопротивление, равное волновому сопротивлению кабеля

где  — погонные сопротивление, индуктивность, проводимость и емкость кабеля,  — комплексная круговая частота. Как следует из этой формулы, в кабеле без потерь волновое сопротивление не зависит от частоты, при этом прямоугольный импульс распространяется по линии без искажений. В линии с потерями фронт импульса «расплывается» по мере увеличения расстояния импульса от начала кабеля.

Отношение амплитуды напряжения отраженного синусоидального сигнала (отраженной волны) от конца линии к амплитуде сигнала, пришедшего к концу линии (падающей волны) называется коэффициентом отражения по напряжению [Бессонов], который зависит от степени согласованности волновых сопротивлений линии и нагрузки:

где  — сопротивлению согласующего резистора на конце или в начале линии (кабеля). Случай  соответствует идеальному согласованию линии, при котором отражения отсутствуют ().

Для согласования линии используют терминальные (концевые) резисторы (рис. 2.3). Величину резистора выбирают в зависимости от волнового сопротивления используемого кабеля. Для систем промышленной автоматики используются кабели с волновым сопротивлением от 100 до 150 Ом, однако кабели, спроектированные специально для интерфейса RS-485, имеют волновое сопротивление 120 Ом. На такое же сопротивление обычно рассчитаны микросхемы трансиверов интерфейса RS-485. Поэтому сопротивление терминального резистора выбирается равным 120 Ом, мощность — 0,25 Вт.

Резисторы ставят на двух противоположных концах кабеля. Распространенной ошибкой является установка резистора на входе каждого приемника, подключенного к линии, или на конце каждого отвода от линии, что перегружает стандартный передатчик. Дело в том, что два терминальных резистора в сумме дают 60 Ом и потребляют ток 25 мА при напряжении на выходе передатчика 1,5 В; кроме этого,  32 приемника со стандартным входным током 1 мА потребляют от линии 32 мА, при этом общее потребление тока от передатчика составляет 57 мА. Обычно это значение близко к максимально допустимому току нагрузки стандартного передатчика RS-485. Поэтому нагрузка передатчика дополнительными резисторами может привести к его отключению средствами встроенной автоматической защиты от перегрузки.

Второй причиной, которая запрещает использование резистора в любом месте, кроме концов линии, является отражение сигнала от места расположения резистора.

При расчете сопротивления согласующего резистора нужно учитывать общее сопротивление всех нагрузок на конце линии. Например, если к концу линии подключен шкаф комплектной автоматики, в котором расположены 30 модулей с портом RS-485, каждый из которых имеет входное сопротивление 12 кОм, то общее сопротивление всех модулей будет равно 12 кОм/30 = 400 Ом. Поэтому для получения сопротивления нагрузки линии 120 Ом сопротивление терминального резистора должно быть равно 171 Ом.

Отметим недостаток применения согласующих резисторов. При длине кабеля 1 км его омическое сопротивление (для типового стандартного кабеля) составит 97 Ом. При наличии согласующего резистора 120 Ом образуется резистивный делитель, который примерно в 2 раза ослабляет сигнал, и ухудшает отношение сигнал/шум на входе приемника. Поэтому при низких скоростях передачи (менее 9600 бит/с) и большом уровне помех терминальный резистор не улучшает, а ухудшает надежность передачи.

В промышленных преобразователях интерфейса RS-232 в RS-485 согласующие  резисторы обычно уже установлены внутри изделия и могут отключаться микропереключателем (джампером). Поэтому перед применением таких устройств необходимо проверить, в какой позиции находится переключатель.

2.3.4. Топология сети на основе интерфейса RS-485

Топология сетей на основе интерфейса RS-485 определяется необходимостью устранения отражений в линии передачи. Поскольку отражения происходят от любой неоднородности, в том числе ответвлений от линии, то единственно правильной топологией сети будет такая, которая выглядит как единая линия без отводов, к которой не более чем в 32 точках подключены  устройства с интерфейсом RS-485 (рис. 2.4, a). Любые варианты, в которых линия имеет длинные отводы или соединение нескольких кабелей в одной точке ( рис. 2.4, б), приводят к отражениям и снижению качества передачи.

Однако сказанное справедливо только для высоких скоростей передачи (более 9600 бит/с), когда эффекты отражения влияют на достоверность передачи. Для низких скоростей длина отвода  (рис. 2.3) может быть произвольной.

Если существует необходимость разветвления линии, то это можно сделать с помощью повторителей интерфейса (рис. 2.5) или концентратора (хаба), см. раздел «Концентраторы (хабы)». Повторители позволяют разделить линию на сегменты, в каждом из которых выполняются условия согласования с помощью двух терминальных резисторов и не возникают эффекты, связанные с отражениями от концов линии, а длина отвода  от линии до повторителя всегда может быть сделана достаточно малой (рис. 2.5).

2.3.5. Устранение состояния неопределенности линии

Когда передатчики всех устройств, подключенных к лини, находятся в третьем (высокоомном) состоянии, логическое состояние линии и входов всех приемников не определено. Чтобы устранить эту неопределенность, неинвертирующий вход приемника соединяют через резистор с шиной питания, а инвертирующий — с шиной «земли». Величины резисторов выбирают такими, чтобы напряжение между входами стало больше порога срабатывания приемника (+200 мВ).

Поскольку эти резисторы оказываются подключенными параллельно линии передачи, то для обеспечения согласования линии с интерфейсом необходимо, чтобы эквивалентное сопротивление на входе линии было равно 120 Ом.

Например, если резисторы, используемые для устранения неопределенности состояния линии, имеют сопротивление 450 Ом каждое, то резистор для согласования линии должен иметь номинал 130 Ом, тогда эквивалентное сопротивление цепи будет равно 114120 Ом. Для того, чтобы найти дифференциальное напряжение линии в третьем состоянии всех передатчиков (см. рис. 2.6), нужно учесть, что к противоположному концу линии в стандартной конфигурации подключен еще один резистор сопротивлением 120 Ом и до 32 приемников с входным дифференциальным сопротивлением 12 кОм. Тогда при напряжении питания   (рис. 2.6) дифференциальное напряжение линии будет равно +272 мВ, что удовлетворяет требованию стандарта.

2.3.6. Сквозные токи

В сети на основе интерфейса RS-485 может быть ситуация, когда включены два передатчика одновременно. Если при этом один из них находится в состоянии логической единицы, а второй — в состоянии логического нуля, то от источника питания на землю течет «сквозной» ток большой величины, ограниченный только низким сопротивлением двух открытых транзисторных ключей. Этот ток может вывести из строя транзисторы выходного каскада передатчика или вызвать срабатывание их схемы защиты.

Такая ситуация возможна не только при грубых ошибках в программном обеспечении, но и в случае, если неправильно установлена задержка между моментом выключения одного передатчика и включением другого. Ведомое устройство не должно передавать данные до тех пор, пока передающее не закончит передачу. Повторители интерфейса должны определять начало и конец передачи данных и в соответствии ними переводить передатчик в активное или третье состояние.

2.3.7. Выбор кабеля

В зависимости от скорости передачи и необходимой длины кабеля можно использовать либо специально спроектированный для интерфейса RS-485 кабель, либо практически любую пару проводов. Кабель, спроектированный специально для интерфейса RS-485, является витой парой с волновым сопротивлением 120 Ом.

Для хорошего подавления излучаемых и принимаемых помех важно большое количество витков на единицу длины кабеля, а также идентичность параметров всех проводов.

При использовании неизолированных трансиверов интерфейса кроме сигнальных проводов в кабеле необходимо предусмотреть еще одну витую пару для соединения цепей заземления соединяемых интерфейсов. При наличии гальванической изоляции интерфейсов этого делать не нужно.

Кабели могут быть экранированными или нет. Без эксперимента очень трудно решить, нужен ли экран. Однако, учитывая, что стоимость экранированного кабеля не намного выше, лучше всегда использовать кабель с экраном.

При низкой скорости передачи и на постоянном токе большую роль играет падение напряжения на омическом сопротивлении кабеля. Так, стандартный кабель для интерфейса RS-485 сечением 0,35 кв.мм имеет омическое сопротивление 48,5 * 2 = 97 Ом при длине 1 км. При терминальном резисторе 120 Ом кабель будет выполнять роль делителя напряжения с коэффициентом деления 0,55, т. е. напряжение на выходе кабеля будет примерно в 2 раза меньше, чем на его входе. Этим ограничивается допустимая длина кабеля при скорости передачи менее 100 кбит/с.

На более высоких частотах допустимая длина кабеля уменьшается с ростом частоты (рис. 2.7) и ограничивается потерями в кабеле и эффектом дрожания фронта импульсов. Потери складываются из падения напряжения на омическом сопротивлении проводников, которое на высоких частотах возрастает за счет вытеснения тока к поверхности (скин-эффект) и потерь в диэлектрике. К примеру, ослабление сигнала в кабеле Belden 9501PVC составляет 10 дБ (3,2 раза) на частоте 20 МГц и 0,4 дБ (на 4,7%) на частоте 100 кГц [RS] при длине кабеля 100 м.

Параметр дрожания фронта импульсов определяется с помощью «глазковой диаграммы» [Кузнецов, Long]. На вход линии подается псевдослучайная двоичная последовательность импульсов, минимальная ширина которых соответствует заданной скорости передачи, к выходу подключается осциллограф. Если к моменту прихода очередного импульса переходный процесс, вызванный предыдущим импульсом, не успевает установиться, то «хвост» предыдущего импульса складывается с началом очередного, что приводит к сдвигу точки пересечения импульсами нулевого уровня на входе дифференциального приемника. Величина сдвига зависит от ширины импульсов и длительности паузы между ними. Поэтому, когда на вход линии подают псевдослучайную двоичную последовательность импульсов, то на осциллографе, подключенном к выходу линии, описанный сдвиг проявляется как размытость или дрожание фронтов импульсов, наложенных друг на друга. Это дрожание ограничивает возможность распознавания логических уровней и скорость передачи информации. Величина дрожания оценивается в процентах относительно ширины самого короткого импульса (см. рис. 2.8). Чем больше дрожание, тем труднее распознать сигнал и тем ниже достоверность передачи.

На рис. 2.8 показана зависимость допустимой длины кабеля от скорости передачи при скоростях более 100 кбит/с и использовании трансивера DS3695 фирмы National Semiconductor [Ten]. Зависимость построена для трех значений показателей качества передачи сигнала, которые оценивается величиной дрожания фронта импульса. Как видно, допустимая длина может быть увеличена при снижении требований к качеству передачи. Нижняя кривая на рис. 2.8 показана для случая, когда длительность фронта импульса после прохождения сигнала по линии увеличивается до 30% от ширины импульса. Увеличение длительности фронтов на конце линии — вторая причина, по которой длина линии не может быть больше указанной на рис. 2.8.

2.3.8. Расширение предельных возможностей

Стандарт RS-485 допускает подключение не более 32 приемников к одному передатчику. Эта величина ограничивается мощностью выходного каскада передатчика при стандартном входном сопротивлением приемника 12 кОм. Количество нагрузок (приемников) может быть увеличено с помощью более мощных передатчиков, приемников с большим входным сопротивлением и промежуточных ретрансляторов сигнала (повторителей интерфейса). Все эти методы используются на практике, когда это необходимо, хотя они выходят за рамки требований стандарта.

В некоторых случаях требуется соединить устройства на расстоянии более 1200 м или подключить к одной сети более 32 устройств. Это можно сделать с помощью повторителей (репитеров, ретрансляторов) интерфейса. Повторитель устанавливается между двумя сегментами линии передачи, принимает сигнал одного сегмента, восстанавливает фронты импульсов и передает его с помощью стандартного передатчика во второй сегмент (рис. 2.5). Такие повторители обычно являются двунаправленными и имеют гальваническую изоляцию. Примером может служить повторитель NL-485C фирмы RealLab!. Каждый повторитель позволяет добавить к линии 31 стандартное устройство и увеличить длину линии на 1200 м.

Распространенным методом увеличения числа нагрузок линии является использование приемников с более высокоомным входом, чем предусмотрено стандартом EIA/TIA-485 (12 кОм). Например, при входном сопротивлении приемника 24 кОм к стандартному передатчику можно подключить 64 приемника. Уже выпускаются микросхемы трансиверов для интерфейса RS-485 с возможностью подключения 64, 128 и 256 приемников в одном сегменте сети (www.analog.com/RS485). Отметим, что увеличение количества нагрузок путем увеличения входного сопротивления приемников приводит к уменьшению мощности передаваемого по линии сигнала, и, как следствие, к снижению помехоустойчивости.

2.3.9. Интерфейсы RS-232 и RS-422

Интерфейс RS-422 используется гораздо реже, чем RS-485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии (до 1200 м), поскольку интерфейс RS-232 работоспособен только на расстоянии до 15 м. Каждый передатчик RS-422 может быть нагружен на 10 приемников. Интерфейс работоспособен при напряжении общего вида до ±7 В.

На рис. 2.9 показан пример соединения двух интерфейсов RS-422 преобразователей типа NL-232C фирмы RealLab! с целью увеличения дальности связи двух устройств.

В табл. 2.3 приведено сравнение основных характеристик трех наиболее популярных интерфейсов, используемых в промышленной автоматизации.

232 — это… Что такое RS-232?

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — используемый в телекоммуникациях стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE).

Описание

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями напряжения. Логическому «0» соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической «1» отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Асинхронная передача данных осуществляется с фиксированной скоростью при самосинхронизации фронтом стартового бита.

Назначение

Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно определяемого по его названию: «Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду».

Чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. Присутствует на несколько устаревших стационарных персональных компьютерах, в современных чаще всего доступен через дополнительный контроллер/преобразователь (как правило, RS-232 не ставят на портативных компьютерах — на ноутбуках, нетбуках, КПК и т. п.).

Принцип работы

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает.

Данные передаются пакетами по одному байту (обычно 8 бит).

Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой (idle) линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8 бит.

Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит (состояние незанятой линии), говорящий о том, что передача завершена. Возможно 1, 1,5 или 2 стоповых бита.

В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит чётности (parity bit) для контроля качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна ошибка в 1 бит).

Соединители

Основная статья: Сигналы последовательных портов

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9 или 25 контактными разъёмами типа D-sub. Обычно они обозначаются DE-9 (или некорректно: DB-9), DB-25, CANNON 9, CANNON 25.

Первоначально в RS-232 использовались DB-25, но, поскольку многие приложения использовали лишь часть предусмотренных стандартом контактов, стало возможно применять для этих целей 9-штырьковые разъёмы DE-9 (D-subminiature), которые рекомендованы стандартом RS-574.

Номера основного передающего и принимающего данные контакта для разъемов DE-9 и DB-25 разные! Для DE-9 контакт 2 — вход приемника, контакт 3 — выход передатчика. Для DB-25 наоборот, контакт 2 — выход передатчика, контакт 3 — вход приемника.

Стандарт

Ассоциация электронной промышленности (EIA) развивает стандарты по передаче данных. Стандарты EIA имеют префикс «RS». «RS» означает рекомендуемый стандарт, но сейчас стандарты просто обозначаются как «EIA» стандарты. RS-232 был введён в 1962 году. Стандарт развивался, и в 1969 г.. представлена третья редакция (RS-232C). Четвёртая редакция была в 1987 (RS-232D, известная также под EIA-232D). RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110. Самой последней модификацией является модификация «Е», принятая в июле 1991 г. как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.

Ограничения

На практике, в зависимости от качества применяемого кабеля, требуемое расстояние передачи данных в 15 метров может не достигаться, составляя, к примеру, порядка 1,5 м на скорости 115200 бод для неэкранированного плоского или круглого кабеля. Для преодоления этого ограничения, а также возможного получения гальванической развязки между узлами, можно применить преобразователи RS-232—RS-422 (с сохранением полной программной совместимости) или RS-232—RS-485 (с определёнными программными ограничениями). При этом расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 9600 бод и использовании кабеля типа «витая пара» категории 3.

См. также

Примечания

Ссылки

Протокол передачи данных UART — MBS Electronics

Универсальный асинхронный приёмопередатчик

Предисловие

Современная цифровая электроника — это всегда соединения между цепями (процессорами, контроллерами и т.д.) для создания симбиотической системы. Для того, чтобы отдельные микросхемы могли бы «понимать» друг друга, они должны разделять некий общий протокол связи. За годы существования цифровой техники было разработано множество протоколов. В целом, их все можно разделить на две большие группы — параллельные и последовательные.

Параллельный или последовательный?

Параллельные интерфейсы передают одновременно (параллельно) несколько бит информации (отсюда, собственно и их название). Для передачи данных такие интерфейсы требуют наличия шин, состоящих из 8, 16 или более проводников.

Схема параллельного 8-разрядного интерфейса. Передача данных управляется тактирующим сигналом CLK. Байт данных передается по каждому импульсу CLK . Используется 10 проводов.

В противоположность параллельным, последовательные интерфейсы передают по одному биту за раз. Теоретически такой интерфейс может работать на одном единственном проводе. На практике используется до четырех.

Пример последовательного интерфейса, передающего один бит в течение каждого тактового импульса CLK. Требуется всего 2 провода.

Эти два интерфейса можно сравнить с потоком автомобилей. Параллельный интерфейс — это широкое шоссе с количеством полос движения более восьми, а последовательный интерфейс больше поход на двухполосную сельскую дорогу. Мега — Шоссе, потенциально, имеет бОльшую пропускную способность, но очень дорого с точки зрения строительства. Сельская дорога просто выполняет свою функцию и стоит во много раз дешевле многополосного мега-шоссе.

Вне всякого сомнения, параллельные интерфейсы имеют свои преимущества. Это прямота, быстрота, и легкость реализации. Но мы получаем это за счет большого количества проводов (линий) передачи данных. Если вам когда либо приходилось разрабатывать программы для микроконтроллеров (например в среде Arduino), вы наверняка знаете, насколько драгоценными могут быть линии ввода/вывода. Поэтому мы часто останавливаем свой выбор именно на последовательной связи, жертвуя скоростью, но экономя драгоценные порты микроконтроллера.

Асинхронный последовательный интерфейс

За время существования цифровой техники были созданы десятки последовательных протоколов. USB (универсальная Последовательная Шина) и Ethernet — это пример двух наиболее популярных сейчас последовательных протоколов. Другие очень популярные последовательные интерфейсы — это SPI, I2C и последовательный интерфейс, о котором пойдет речь в этой статье. Каждый их этих интерфейсов можно отнести к одной из двух подгрупп — Асинхронные и Синхронные.

Синхронный протокол всегда включает линию тактового сигнала. Это обеспечивает более простую (и зачастую более быструю) передачу данных, но требует как минимум один дополнительный провод. Пример синхронных интерфейсов — это SPI и I2C.

Асинхронный интерфейс подразумевает , что данные передаются без поддержки внешнего тактового сигнала.Этот метод передачи идеально подходит для минимизации количества проводов, но это означает, но для надежной передачи и приема данных рнужно приложить дополнительные усилия. Последовательный интерфейс, который мы обсудим в этой статье, является наиболее распространенным и старым асинхронным и протоколом. Часто бывает так, что, когда человек говорит «последовательный», он имеет в виду именно этот протокол.

Асинхронный последовательный интерфейс, о котором здесь идет речь, широко используется во встраиваемых системах. Если вы хотите добавить в свой проект модуль GPS, Bluetooth, XBee, последовательные ЖК-дисплеи или многие другие внешние устройства, вам, вероятно, придется столкнуться с одним из последовательных интерфейсов.

качественный USB -> UART адаптер дешево

Правила последовательного интерфейса.
Асинхронный последовательный протокол имеет ряд встроенных правил — механизмов, которые помогают обеспечить надежную и безошибочную передачу данных. Это те механизмы, которые позволяют передавать данные без использования внешнего тактового сигнала:

• Биты данных
• Биты синхронизации
• Биты проверки четности
• Скорость передачи

Благодаря сочетанию этих правил — параметров, протокол очень гибкий. Для успешной связи нужно убедиться, что оба устройства на шине настроены на использование одинаковых правил.

Скорость передачи

Данный параметр определяет скорость передачи данных по последовательной линии. Обычно это выражается в единицах бит в секунду (бит / с или БОД). Если вы инвертируете этот параметр, выраженный в бодах, то получите время, которое требуется для передачи одного бита. Это значение определяет, как долго передатчик держит последовательную линию в высоком / низком состоянии или в какой период принимающее устройство производит выборку своей линии.

Скорость передачи может быть практически любой в пределах разумного. Единственное требование заключается в том, что оба устройства работали с одинаковой скоростью. Одна из наиболее распространенных скоростей передачи, особенно для простых применений, где скорость не критична, составляет 9600 бит / с. Другие «стандартные» скорости — 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 и 115200.

Чем выше скорость передачи в бодах, тем быстрее осуществляется передача и прием данных. Но для максимальной скорости существуют физические ограничения . Обычно на практике вы не увидите скоростей, превышающих 115200. Для большинства микроконтроллеров это максимальная скорость. Если выбрать слишком высокую скорость, то неизбежно появятся ошибки на
принимающей стороне.

Кадры данных

Каждый блок данных (обычно это байт) фактически отправляется в пакете или кадре битов. Кадры создаются путем добавления бит синхронизации и бит четности к битам данным.

Один кадр (Frame) последовательных данны. (Size = размер)

Давайте рассмотрим каждую часть кадра более подробно

Блок Данных ( Data chunk )

Самая важная часть каждого пакета — это блок данных, так как именно этот блок несет полезную информацию. Мы намеренно называем этот блок «куском» данных (chunk), поскольку его размер конкретно не указан. Количество данных в каждом пакете может быть установлено любым — от 5 до 9 бит. Разумеется, стандартный размер данных — это наш с вами основной 8-разрядный байт, но другие его размеры также в ходу. 7-битный блок данных может быть более эффективным, чем 8-битный, особенно если вы просто переносите 7-битные символы ASCII (текст).

После согласования длины символа оба устройства на последовательной шине также должны согласовать достоверность своих данных. Являются ли данные наиболее старшим битом (msb) наименьшим, или наоборот? Если не указано иное, обычно мы предполагаем, что сначала передается младший бит (lsb)

Биты синхронизации

Биты синхронизации представляют собой два или три специальных бита, передаваемых с каждым фрагментом данных. Это стартовый и стоповый биты. Эти биты отмечают начало и конец пакета. Всегда есть только один стартовый бит, но количество стоповых бит настраивается отдельно. Может быть один или два стоп-бита (чаще всего используется один).

Старт-бит всегда определяется линией данных по его спаду (переходу от 1 в 0), в то время как стоп биты определяются линией по фронту, то есть по переходу из 0 в 1.

Биты четности

Четность — это форма очень простой, низкоуровневой проверки ошибок. Может быть два варианта такой проверки: нечетный или четный. Чтобы создать бит четности, все 5-9 бит блока данных складываются, а четность суммы определяет, установлен бит четности или нет. Например, представим себе что у нас проверка установлена в режим четности. Байт данных в двоичном представлении равен 01011101. Видим, что в байте нечетное количество единиц (пять единиц). В этом случае бит проверки четности будет установлен в 1. Если мы настроим режим проверки на на нечетность, то соответственно, бит проверки будет установлен в 0.

Пример настройки протокола: 9600 8N1

9600 8N1 — 9600 бод, 8 бит данных, без контроля четности и 1 стоповый бит — это одна из наиболее часто используемых настроек последовательного протокола. Итак, как выглядит пакет или два из 9600 8N1 данных? Приведем пример:

Фактически для каждого байта передаваемых данных отправляются 10 бит: начальный бит, 8 бит данных и стоповый бит. Таким образом, при 9600 бит / с мы фактически отправляем 9600 бит в секунду или 960 (9600/10) байтов в секунду.

Теперь, когда вы знаете, как создавать последовательные пакеты, мы можем перейти к разделу аппаратного обеспечения.
Мы увидим, как всё это будет реализовано на уровне сигнала.

Последовательная шина состоит всего из двух проводов: один для отправки данных и другой — для приема. Таким образом, последовательные устройства должны иметь два последовательных контакта: приемник, ( RX ) и передатчик ( TX ).

Важно понимать, что обозначения RX и TX относятся к самому устройству. Поэтому RX одного устройства должен соединяться с TX другого, и наоборот. Это может показаться странным, если вы привыкли подключать сигналы VCC к VCC, GND к GND, MOSI в MOSI и т.д. Но все-таки это имеет смысл, поскольку передатчик (TX ) должен разговаривать с приемником (RX) , а не с другим передатчиком.

Последовательный интерфейс, в котором оба устройства могут отправлять и принимать данные, называется дуплексным или полудуплексным. Дуплексный означает, что оба устройства могут отправлять и принимать одновременно. Полудуплексная связь означает, что последовательные устройства должны по очереди отправлять и принимать данные.

Реализация в железе

Итак, мы с вами рассмотрели асинхронный последовательный протокол с концептуальной стороны. Мы знаем, какие провода нам нужны. Но как осуществляется последовательная связь на уровне сигнала? На самом деле, по-разному. Существуют всевозможные стандарты. Давайте рассмотрим пару наиболее популярных аппаратных реализаций последовательного интерфейса: логического уровня (TTL) и RS-232.

Когда микроконтроллеры и другие низкоуровневые ИС взаимодействуют между собой по последовательному протоколу, они обычно делают это на уровне TTL (транзисторно- транзисторная логика). Последовательные сигналы TTL живут между диапазоном напряжения питания микроконтроллера — обычно от 0 до 3,3 В или 5 В. Сигнал на уровне VCC (3,3 В, 5 В и т. д.) указывает либо о простое, либо это — бит 1 данных, либо стоп-бит. Сигнал 0 В (GND) представляет собой либо стартовый бит, либо бит данных значения 0.

Интерфейс RS-232, который можно найти на некоторых более старых компьютерах и периферийных устройствах, похож на обычный последовательный TTL. У них просто разные уровни напряжения. Обычно сигналы RS-232 варьируются от -13 В до +13В, хотя спецификация позволяет все что угодно в диапазоне от +/- 3 В до +/- 25 В. Низкое напряжение (-5 В, -13 В и т. д.) указывает либо холостой ход, либо стоп-бит, либо бит данных значения 1. Высокий сигнал RS-232 означает либо стартовый бит, либо 0-бит данных. В полярности сигналов как раз кроется противоположность последовательному TTL.

Во встроенных схемах (внутри одного устройства) намного проще использовать последовательные сигналы формата TTL. Но в случае с длинными линиями передачи данных низкие уровни TTL намного более восприимчивы к потерям и помехам. RS-232 или более сложные стандарты, такие как RS-485, лучше подходят для последовательных передач на большие расстояния.

Когда вы соединяете два последовательных устройства вместе, важно убедиться, что их сигнальные напряжения совпадают. Вы не можете напрямую соединять последовательное устройство TTL с шиной RS-232. Вам придется конвертировать их уровни для взаимной совместимости.

UART

Универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) представляет собой блок схем, ответственный за реализацию последовательной связи. По сути, UART выступает в качестве посредника между параллельными и последовательными интерфейсами. На одном конце UART есть шина из восьми (или около того) линий данных (плюс некоторые управляющие контакты), с другой — два последовательных провода — RX и TX.

Упрощенная схема интерфейса UART

Интерфейсы UART существуют в виде отдельных микросхем, но чаще всего они встроены в микроконтроллеры. Чтобы узнать, есть ли у вашего МК протокол UART, вам придется почитать даташит на этот контроллер. У некоторых нет ни одного, у некоторых есть, у некоторых их несколько. Например, Arduino Uno, основанный на старом добром ATmega328, имеет только один UART, в то время как Arduino Mega — построенный на ATmega2560 — имеет целых четыре UART.

R и T в терминологии UART несут ответственность за отправку и получение последовательных данных. На стороне передачи UART должен создать пакет данных — добавление битов синхронизации и четности — и отправить этот пакет по линии TX в соответствии с установленной скоростью передачи. На стороне приема UART должен проверять линию RX со скоростью, соответствующей ожидаемой скорости передачи в бодах, выбирать биты синхронизации и выделять данные.

Внутренняя блок-схема UART (любезно предоставлена Exar ST16C550)

Более продвинутые UART могут передавать полученные данные в буфер, где они будут оставаться до тех пор, пока микроконтроллер не сможет их получить и обработать. Обычно UART выдают буферизованные данные по принципу «первым вошел — первым вышел» (FIFO). Буферы могут быть как маленькими, так и большими, более тысячи байтов.

Программный UART

Если микроконтроллер не имеет встроенного аппаратного UART (или их количество недостаточно для приложения), последовательный интерфейс может быть реализован программно. Это тот подход, который используется в библиотеках Arduino, таких, как SoftwareSerial.Точность работы программно реализуемого UART меньше чем аппаратного, но в крайнем случае можно использовать и такой вариант.

Общие вопросы

Это все, что связано с последовательной связью. Я хотел бы обратить ваше внимание на распространенные ошибки, которые допускают инженеры любого уровня опыта. Это досадные ошибки вроде RX-to-TX, TX-to-RX. Удивительно, но это ошибка, которую я допускал несколько раз.

Несоответствие скорости передачи

Скорость передачи данных — это вроде языка в последовательной связи. Если два устройства не «говорят» с одинаковой скоростью, данные могут быть либо неверно истолкованы, либо полностью пропущены. Если все принимающее устройство «видит» на своей линии приема гору мусора, проверьте соответствие скоростей передачи и приема.

Данные передавались со скоростью 9600 бит/с, но получены со скоростью 19200 бит/с. В итоге — гора мусора.

Объединение шин

Последовательная связь предназначена для того, чтобы два устройства могли обмениваться данными по одной последовательной шине. Если несколько устройств пытаются передать на одной и той же последовательной линии, вы можете столкнуться с конкуренцией на шинах.

Например, если вы подключаете GPS-модуль своего Arduino, вы можете просто подключить TX-линию этого модуля к линии RX Arduino. Но этот вывод Arduino RX уже подключен к контакту TX преобразователя USB-to-serial, который используется всякий раз, когда вы программируете Arduino или используете Serial Monitor. Это порождает возможность возникновения ситуации, когда и модуль GPS, и чип FTDI попытаются передать данные на одной и той же шине одновременно.

Два передатчика пытаются отправить данные в одну и ту же шину. Ситуация конкуренции на шине

В общем, нужно придерживаться правила — одна последовательная шина, два последовательных устройства!

Статься переведена с английского. Источник https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-communication

Описание протокол обмена CAS-M для работы с весами Mercury с RS-232 и USB-COM интерфейсом.

     Протокол обмена применим для весов 326 AFU с RS-232 и USB-COM интерфейсом.

     Формат передачи данных: 9600, 8, 1, no

     Описание протокола
    I. Протокол передачи по стабилизации веса.

1.  Передача данных после включения весов.
   После включения весов и прохождения начального теста весы посылают в порт 2 байта, шестнадцатиричные значения которых : 18 0 D.
2.  Передача данных после стабилизации веса.
   После обнулений показаний веса (обязательно), установить груз на платформу. После стабилизации веса в порт уходит 48 байт, если производилось первое измерение (после включения или после обнуления отчетов) или 24 байта (начиная со второго измерения). В случае 48-ми байтной посылки первые 24 байта – «Count Weight/kg» в кодах ASCII. Следующие 24 байта – как во всех следующих посылках, где первые 6 байт — номер измерения, с 7 по 23 байт – вес, 24 байт – 0D (hex). Номер измерения и вес передаются в кодах ASCII.

     Пример….
     После стабилизации веса весы передают в порт следующие данные (в шестнадцатиричном виде):
     20 20 20 20 30 32 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 31 32 2E 35 0D
     В кодах ASCII это «02 12.5». Измерение №02, вес – 12,5 кг.

     II. Протокол передачи по внешнему запросу PC.

1. Компьютер посылает байт ENQ (05 hex)
2. Весы отвечают байтом ACK. (06 hex).
   Если в течение 3 сек от компьютера не проходит ответ, запрос аннулируется
3. Компьютер посылает запрос DC1 (11 hex) или DC2 (12 hex)
4. Весы передают блок данных

     Состав данных при запросе DC1
     SOH STX – команды
     STA SIGN W5 W4 W3 W2 W1 W0 UN1 UN0 – блок данных
     BCC ETX EOT – команды
     STA – признак стабильности веса. Если вес стабилен – значение «S», если нестабилен – «U».
     SIGN – знак веса: отрицательный вес: «–», нулевой или положительный вес: « », перегрузка: «F»
     от WS до W0 – значение веса, при перегрузке – значение «F»
     UN1 и UN0 – единица измерения kg или lb
     BCC – контрольный байт

     Состав данных при запросе DC2
     SOH STX P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1 P0 BCC ETX
     STX STA SIGN W5 W4 W3 W2 W1 W0 UN1 UN0 BCC ETX

     STX P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1 P0 BCC ETX EOT
     STA – признак стабильности веса. Если вес стабилен – значение «S», если нестабилен – «U».
     SIGN – знак веса: отрицательный вес: «–», нулевой или положительный вес: « », перегрузка: «F»
     от WS до W0 – значение веса, при перегрузке – значение «F»
     от P7 до P0 – в верхней таблице – цена, в нижней – стоимость, при переполнении – «F»
     UN1 и UN0 – единица измерения kg или lb
     BCC – контрольный байт

     Протокол CAS-M совместим со всеми популярными программами, такими как:

• FRONTOL (АТОЛ),
• MICROINVEST,
• R-KEEPER,
• 1С через драйвер торгового оборудования,
• IIKO и другими.

Что такое протокол последовательной связи RS232? Основы RS232, работа и технические характеристики

Один из старейших, но популярных протоколов связи, который используется в промышленности и коммерческих продуктах, — это RS232 Communication Protoco l. Термин RS232 означает «Рекомендуемый стандарт 232» и представляет собой тип последовательной связи, обычно используемый для передачи данных на средние расстояния. Он был представлен еще в 1960-х годах и нашел свое применение во многих приложениях, таких как компьютерные принтеры, устройства автоматизации производства и т. Д.Сегодня существует множество современных протоколов связи, таких как RS485, SPI, I2C, CAN и т. Д. Вы можете проверить их, если хотите. В этой статье мы разберемся с основами протокола RS232 и его работой.

В телекоммуникациях процесс последовательной передачи данных по компьютерной шине называется последовательной связью , что означает, что данные будут передаваться бит за битом.При параллельной связи данные передаются байтом (8 бит) или символом по нескольким линиям или шинам данных одновременно. Последовательная связь медленнее, чем параллельная, но используется для длительной передачи данных из-за более низкой стоимости и по практическим причинам.

Пример для понимания:

Последовательная связь — вы стреляете в цель из пулеметов, при этом пули одна за другой достигают цели.

Параллельная связь — вы стреляете в цель из дробовика, куда одновременно попадает много пуль.

Режимы передачи данных при последовательной связи :

• Асинхронная передача данных — Режим, в котором биты данных не синхронизируются с помощью тактового импульса. Тактовый импульс — это сигнал, используемый для синхронизации работы в электронной системе.
• Синхронная передача данных — Режим, в котором биты данных синхронизируются с помощью тактового импульса.

Характеристики последовательной связи :

• Скорость передачи используется для измерения скорости передачи. Он описывается как бит, проходящих за одну секунду. Например, если скорость передачи данных 200, то прошло 200 бит в секунду. В телефонных линиях скорость передачи будет 14400, 28800 и 33600 .
• Стоповые биты используются для одиночного пакета, чтобы остановить передачу, которая обозначается как «T».Некоторые типичные значения: 1, 1,5 и 2 бита .
• Бит четности — это простейшая форма проверки ошибок. Есть четыре вида: четные, нечетные, маркированные и разнесенные. Например, , если 011 — это число, бит четности = 0, то есть четность и четность = 1, то есть нечетная четность.

RS232C «Рекомендуемый стандарт 232C» — последняя версия 25-контактного стандарта, тогда как RS232D имеет 22 контакта.В новом компьютере D-тип «папа» с 9 контактами.

RS232 — это стандартный протокол, используемый для последовательной связи, он используется для соединения компьютера и его периферийных устройств, чтобы обеспечить последовательный обмен данными между ними. Поскольку он получает напряжение для пути, используемого для обмена данными между устройствами. Он используется для последовательной связи на расстоянии до 50 футов со скоростью 1,492 кбит / с. Как определяет EIA, RS232 используется для подключения оборудования передачи данных (DTE) и оборудования передачи данных (DCE) .

Универсальный асинхронный приемник и передатчик данных (UART) , используемый вместе с RS232 для передачи данных между принтером и компьютером. Микроконтроллеры не справляются с такими уровнями напряжения, разъемы подключены между сигналами RS232. Эти разъемы известны как DB-9 Connector как последовательный порт, и они бывают двух типов: папа (DTE) и розетка (DCE).

Давайте обсудим электрические характеристики RS232, приведенные ниже:

• Уровни напряжения: RS232 также используется в качестве заземления и уровня 5 В.Двоичный 0 работает с напряжениями от + 5В до + 15В постоянного тока. Это называется «ВКЛ» или интервал (высокий уровень напряжения), тогда как двоичный 1 работает с напряжениями от -5 В до -15 В постоянного тока. Это называется «ВЫКЛ» или маркировка (низкий уровень напряжения).
• Уровень напряжения принимаемого сигнала: Двоичный 0 работает с напряжениями принимаемого сигнала от + 3 В до +13 В постоянного тока, а двоичный 1 работает с напряжениями от -3 В до -13 В постоянного тока.
• Полное сопротивление линий: Сопротивление проводов составляет от 3 Ом до 7 Ом, а максимальная длина кабеля составляет 15 метров, но новая максимальная длина с точки зрения емкости на единицу длины.
• Рабочее напряжение: Рабочее напряжение будет макс. 250 В переменного тока.
• Текущий рейтинг: Текущий рейтинг будет не более 3 Ампер.
• Выдерживаемое напряжение диэлектрика: 1000 В перем. Тока мин.
• Скорость нарастания: Скорость изменения уровней сигнала называется скоростью нарастания. При его скорости нарастания до 30 В / микросекунда, а максимальный битрейт составит 20 кбит / с.

Характеристики и спецификации меняются с изменением модели оборудования.

Как работает RS232?

RS232 работает по двусторонней связи, которая обменивается данными друг с другом. Есть два устройства, подключенных друг к другу: (DTE) Data Transmission Equipment и (DCE) Data Communication Equipment , которые имеют такие контакты, как TXD, RXD и RTS & CTS . Теперь из источника DTE RTS генерирует запрос для отправки данных. Затем с другой стороны DCE , CTS, очищает путь для приема данных.После очистки пути он подаст сигнал на RTS источника DTE для отправки сигнала. Затем биты передаются из DTE в DCE . Теперь снова из источника DCE , запрос может быть сгенерирован RTS и CTS из источников DTE очищает путь для приема данных и дает сигнал для отправки данных. Это весь процесс передачи данных.

Например: Сигналы установлены на логическую 1, т.е.е., -12В. Передача данных начинается со следующего бита, и, чтобы сообщить об этом, DTE отправляет стартовый бит в DCE. Стартовый бит всегда равен «0», т. Е. +12 В и следующие 5–9 символов — это биты данных. Если мы используем бит четности, то можно передавать 8-битные данные, тогда как если четность не используется, то передаются 9 бит. Стоп-биты отправляются передатчиком, значения которых составляют 1, 1,5 или 2 бита после передачи данных.

Для механических характеристик мы должны изучить два типа разъемов: DB-25 и DB-9 .В DB-25 доступно 25 контактов, которые используются для многих приложений, но некоторые приложения не использовали все 25 контактов. Итак, 9-контактный разъем сделан для удобства работы устройств и оборудования.

Теперь мы обсудим -контактный разъем DB-9 , который используется для соединения между микроконтроллерами и разъемом. Они бывают двух типов: штекерный разъем (DTE) и разъем-розетка (DCE) . В верхнем ряду 5 контактов, а в нижнем — 4 контакта.Его часто называют DE-9 или разъем D-типа.

Структура контактов разъема DB-9:

Описание контактов Разъем DB-9:

Как может передатчик, передает и получатель успешно принимает данные.Итак, рукопожатие определяет по этой причине.

Подтверждение связи — это процесс, который используется для передачи сигнала от DTE к DCE для установления соединения перед фактической передачей данных. Обмен сообщениями между передатчиком и приемником может осуществляться с помощью рукопожатия.

Существует 3 типа процессов установления связи с именами: —

Нет подтверждения :

Если квитирование отсутствует, DCE считывает уже полученные данные, в то время как DTE передает следующие данные.Все полученные данные хранятся в ячейке памяти, известной как буфер приемника. Этот буфер может хранить только один бит, поэтому получатель должен прочитать буфер памяти до того, как поступит следующий бит. Если получатель не может прочитать сохраненный бит в буфере и приходит следующий бит, то сохраненный бит будет потерян.

Как показано на диаграмме ниже, приемник не смог прочитать 4 ^-го -го бита до прихода 5-го ^-го -битного, и этот результат заменяет 4 ^-го -го бит на 5 ^-й бит и 4 ^-й бит. потерянный.

Аппаратное подтверждение связи :

• Он использует определенные последовательные порты, то есть RTS и CTS для управления потоком данных.
• В этом процессе передатчик спрашивает приемник, что он готов к приему данных, затем приемник проверяет буфер, что он пуст, если он пуст, он подает сигнал передатчику, что я готов принять данные.
• Приемник дает сигнал передатчику не отправлять какие-либо данные, пока уже полученные данные не могут быть прочитаны.
• Его рабочий процесс такой же, как описано выше для квитирования.

Программное подтверждение установления связи :

• В этом процессе есть две формы, то есть X-ON и X-OFF. Здесь «X» — передатчик.
• X-ON — это часть, в которой он возобновляет передачу данных.
• X-OFF — это часть, в которой он приостанавливает передачу данных.
• Он используется для управления потоком данных и предотвращения потерь при передаче.

• Последовательная связь RS232 используется в ПК старого поколения для подключения периферийных устройств, таких как мышь, принтеры, модем и т. Д.
• В настоящее время RS232 заменен усовершенствованным USB.
• Он также используется в станках с ПЛК, станках с ЧПУ и сервоконтроллерах, потому что он намного дешевле.
• Он до сих пор используется некоторыми платами микроконтроллеров, чековыми принтерами, системами точек продаж (PoS) и т. Д.

Протокол RS232 — основы

RS232 — один из наиболее широко используемых методов для взаимодействия внешнего оборудования с компьютерами. RS232 — это стандарт последовательной связи, разработанный Ассоциацией электронной промышленности (EIA) и Ассоциацией индустрии телекоммуникаций (TIA).

RS232 определяет сигналы, соединяющие DTE и DCE. Здесь DTE означает оконечное оборудование данных, а примером DTE является компьютер. DCE означает «Оборудование для передачи данных» или «Оконечное оборудование для цепей данных», а примером DCE является модем.

RS232 был представлен в 1960-х годах и первоначально был известен как рекомендуемый EIA стандарт 232. RS232 — один из старейших стандартов последовательной связи, обеспечивающий простоту подключения и совместимость между различными производителями.Первоначально DTE в RS32 были электромеханическими пишущими машинками, а DCE — модемами.

RS232 использует последовательную связь, при которой один бит данных отправляется за раз по одной линии данных. Это контрастирует с параллельной связью, когда несколько битов данных отправляются одновременно с использованием нескольких линий данных.

Преимущество использования последовательной связи по сравнению с параллельной связью состоит в том, что количество проводов, необходимых для полнодуплексной передачи данных, будет очень маленьким (двух проводов достаточно, не считая электрических линий).

RS232 стал де-факто стандартом для компьютеров и контрольно-измерительных приборов, так как в 1962 году он был стандартизирован EIA и в результате стал наиболее широко используемым стандартом связи.

Но главный недостаток стандарта RS232 — это скорость передачи данных и длина кабеля. RS232 поддерживает максимальную скорость передачи 19200 бит / с, а максимальная длина кабеля составляет 20 метров.

Что такое RS232?

Официально стандарт RS232 называется EIA / TIA-232 и определяется как интерфейс между DTE и устройствами DCE, использующими последовательный обмен двоичными данными.RS232 считается подходящим стандартом. Это связано с тем, что RS232 гарантирует отсутствие конфликта между устройствами DTE и DCE, указывая:

• Электрические характеристики
• Механические характеристики
• Функциональные спецификации и
• Процедурные спецификации

Все эти спецификации предоставляют нам различные параметры, такие как общее напряжение уровни, уровни сигналов, характеристики разводки контактов, данные управления между хост-устройством и его периферией и т. д.Давайте подробно рассмотрим различные характеристики.

Электрические характеристики

Электрические характеристики RS232 определяют спецификации, связанные с уровнями напряжения, полным сопротивлением линии и скоростью изменения уровней сигнала.

Уровни напряжения

RS232 был определен задолго до логики TTL, и поэтому неудивительно, что RS232 не использует специфичные для TTL логические уровни 5V и GND.

Логическая «1» в RS232 описывается как находящаяся в диапазоне напряжений от -15 В до -3 В, а логический «0» описывается как диапазон напряжений от + 3 В до + 15 В i.е. Напряжение низкого уровня — это логическая «1», а напряжение высокого уровня — это логический «0».

Обычно логическая «1» в RS232 будет -12В, а логическая «0» будет +12В. Все вышеупомянутые напряжения относятся к общему выводу «GND». Любое напряжение между -3 В и + 3 В считается неопределенным логическим состоянием.

Исторически логическая «1» (от -15 В до -3 В) называется маркировкой, а логический «0» (от + 3 В до + 15 В) называется интервалом.

Другой важной электрической характеристикой является скорость изменения уровней сигнала i.е. скорость нарастания. Максимальная скорость нарастания в RS232 ограничена 30 В / мкс. Также определена максимальная скорость передачи данных 20 Кбит / с.

Эти ограничения стандарта помогают уменьшить перекрестные помехи со смежными сигналами.

Полное сопротивление линии

Полное сопротивление линии, то есть полное сопротивление провода между устройствами DTE и DCE, должно составлять от 3 до 7 Ом.

Кроме того, исходный стандарт RS232 определяет максимальную длину кабеля как 15 метров, но пересмотренные стандарты определяют максимальную длину в терминах емкости на единицу длины.

Механические характеристики

Механические характеристики RS232 охватывают механический интерфейс стандарта. Стандарт RS232 определяет 25-контактный разъем D-типа для поддержки всех функций RS232.

На следующем изображении показан разъем DB25. В устройстве DTE используется охватывающий внешний кожух с охватывающими контактами, а в устройстве DCE — охватываемый внешний кожух с охватывающими выводами.

В RS232 есть три типа сигналов. Это данные, контроль и земля.В следующей таблице показан список контактов, их направление связи и тип сигнала.

По мере того, как электронное оборудование и устройства становятся все меньше, у нас нет места для более крупного разъема, такого как DB25, и для большинства распространенных приложений не требуются все 25 контактов разъема. Следовательно, обычно используется 9-контактный разъем с ограниченными функциями.

9-контактный разъем называется DE-9 (часто ошибочно называют DB-9), и это субминиатюрный разъем типа D (D-Sub).На следующем изображении показаны вилка и розетка DE-9.

Контакты разъема DE-9, их названия и описание приведены в следующей таблице.

Функциональные характеристики

Поскольку RS232 считается полным стандартом, он определяет не только электрические и механические характеристики. Стандарт RS232 также определяет функции различных сигналов, используемых в интерфейсе.

Сигналы подразделяются на: общие, данные, синхронизирующие и управляющие сигналы.

Процедурные спецификации

Процедурные спецификации RS232 определяют последовательность операций, которые должны выполняться при подключении DTE и DCE.

Предположим, что компьютер (DTE) подключен к модему (DCE) через интерфейс RS232. Чтобы отправить данные с компьютера на модем, необходимо выполнить следующую процедуру.

• Когда модем (DCE) готов к приему, он отправит сигнал готовности DCE.
• Когда компьютер (DTE) готов к отправке данных, он отправляет сигнал готовности к отправке (RTS).
• Модем (DCE) затем отправляет сигнал готовности к отправке (CTS), чтобы указать, что данные могут быть отправлены компьютером (DTE).
• Наконец, компьютер (DTE) отправляет данные по линии передачи данных (TD) модему (DCE).

ПРИМЕЧАНИЕ: Это не точная процедура, но похожая на реальную.

Практическая реализация RS232

Уровни напряжения RS232 сильно отличаются от большинства систем, разработанных сегодня. Следовательно, для реализации интерфейса RS232 нам нужен преобразователь уровня какого-либо типа.Эту работу выполняют специализированные ИС преобразователя уровня, например MAX232 от Maxim Integrated.

Эти ИС принимают сигналы RS232 и генерируют напряжения уровня TTL. Эти ИС также инвертируют сигналы, поскольку низкие уровни напряжения в RS232 равны логической «1», а высокие уровни напряжения в RS232 равны логическому «0». На следующем рисунке показана реализация драйвера RS232 в приложении реального времени.

Здесь UART (универсальный асинхронный приемный передатчик) генерирует и принимает необходимые сигналы для последовательной связи, а драйвер RS232 отвечает за преобразование сигналов между интерфейсом TTL и RS232.

Система связи, упомянутая в этом примере, относится к асинхронному типу и требует битов синхронизации, то есть запуска и остановки, и бит проверки ошибок, то есть четности. UART в приведенном выше примере отвечает за генерацию битов Start, Stop и Parity при передаче данных, а также за обнаружение ошибок при получении данных.

На следующем изображении показано типичное приложение RS232 между компьютером и модемом. Здесь ПК или компьютер — это DTE, а модем — это DCE.

Компьютер и модем обмениваются данными друг с другом через интерфейс RS232, а связь между модемами устанавливается с использованием телекоммуникационных каналов.

Как работает RS232?

В RS232 данные передаются последовательно в одном направлении по одной линии данных. Чтобы установить двустороннюю связь, нам нужно как минимум три провода (RX, TX и GND) помимо управляющих сигналов. Байт данных может быть передан в любое время при условии, что предыдущий байт уже был передан.

RS232 следует асинхронному протоколу связи, т. Е. Отсутствует тактовый сигнал для синхронизации передатчика и приемника. Следовательно, он использует стартовые и стоповые биты, чтобы сообщить получателю, когда следует проверять данные.

Между передачами каждого бита есть задержка в определенное время. Эта задержка представляет собой не что иное, как неактивное состояние, т.е. сигнал установлен на логическую «1», то есть -12 В (если вы помните, логическая «1» в RS232 равна -12 В, а логический «0» — + 12 В).

Во-первых, передатчик i.е. DTE отправляет стартовый бит приемнику, то есть DCE, чтобы сообщить ему, что передача данных начинается со следующего бита. Стартовый бит всегда равен «0», т. Е. + 12В. Следующие 5–9 символов — это биты данных.

Если используется бит четности, можно передать максимум 8 бит. Если четность не используется, можно передать 9 бит данных. После передачи данных передатчик отправляет стоповые биты. Это может быть 1 бит, 1,5 или 2 бита. На следующем изображении показан формат кадра протокола RS232.

Хотя RS232 считается полным стандартом, многие производители могут не соблюдать эти стандарты. Некоторые производители могут реализовывать полные спецификации, а некоторые — только частичные.

Причина такого изменения в реализации стандарта RS232 заключается в том, что не для всех устройств и приложений требуются полные спецификации и функциональные возможности протокола RS232. Например, для последовательного модема, использующего RS232, может потребоваться больше линий управления, чем для последовательной мыши, использующей последовательный порт.

Тогда как передатчик и приемник, которые могут использовать разные наборы спецификаций, успешно передавать или получать данные? Для этой цели используется процесс, называемый подтверждением связи.

Подтверждение связи

Установление связи — это процесс динамической установки параметров связи между передатчиком и приемником до начала связи.

Необходимость подтверждения связи продиктована скоростью, с которой передатчик (DTE) передает данные, скоростью, с которой приемник (DCE) принимает данные, и скоростью, с которой данные передаются.

В системе с асинхронной передачей данных не может быть квитирования установления связи, аппаратного квитирования и программного квитирования.

Нет квитирования

Если квитирование не используется, то приемник (DCE) должен прочитать данные, которые он уже получил, прежде чем передатчик (DTE) отправит следующие данные. Для этого получатель использует специальную ячейку памяти, называемую буфером, и, поскольку она используется на стороне получателя, она называется буфером получателя.

Полученные данные сохраняются в буфере перед чтением приемником.Буфер приемника обычно может хранить один бит данных, и эти данные должны быть очищены (прочитаны) до поступления следующих данных, и если он не очищен, существующие данные будут перезаписаны новыми данными.

На следующем изображении показана типичная передача и прием данных с использованием буферов передатчика и приемника. В этой настройке приемник успешно прочитал первые три бита данных, но не прочитал четвертый бит. Следовательно, следующий бит, то есть пятый бит, перезапишет четвертый бит, а четвертый бит будет потерян.

Чтобы избежать подобных ситуаций, нам нужен какой-то механизм установления связи (программный или аппаратный).

Аппаратное квитирование

При аппаратном квитировании передатчик сначала спрашивает приемник, готов ли он принять данные. Затем приемник проверяет свой буфер и, если буфер пуст, он сообщает передатчику, что он готов к приему.

Передатчик передает данные, и они загружаются в буфер приемника.В течение этого времени приемник сообщает передатчику не отправлять дальнейшие данные до тех пор, пока данные в буфере не будут прочитаны приемником.

Протокол RS232 определяет четыре сигнала для установления связи:

• Готовность к отправке (RTS)
• Готовность к отправке (CTS)
• Готовность терминала данных (DTR) и
• Готовность набора данных (DSR)

На следующем рисунке показано соединение между 9-контактным передатчиком (DTE) и 25-контактным приемником (DCE), а также 9-контактным передатчиком и 9-контактным приемником в режиме аппаратного подтверждения связи.

С помощью аппаратного квитирования данные от передатчика никогда не теряются и не перезаписываются в буфере приемника. Когда передатчик (DTE) хочет отправить данные, он переводит линию RTS (готовность к отправке) на высокий уровень.

Затем передатчик ожидает, пока CTS (Clear to Send) перейдет в высокий уровень, и, следовательно, продолжает его контролировать. Если в линии CTS низкий уровень, это означает, что приемник (DCE) занят и еще не готов к приему данных.

Когда приемник готов, он переводит линию CTS на высокий уровень.Затем передатчик передает данные. Этот метод также называется подтверждением связи RTS / CTS.

Кроме того, для установления связи используются еще два провода. Это DTR (готовность терминала данных) и DSR (готовность набора данных). Эти два сигнала используются DTE и DCE для индикации их индивидуального статуса. Часто эти два сигнала используются при модемной связи.

Новые стандарты RS232 определяют 8-сигнальное аппаратное подтверждение связи.

Программное подтверждение установления связи в RS232 включает два специальных символа для запуска и остановки связи.Это символы X-ON и X-OFF (передатчик включен и передатчик выключен).

Когда приемник отправляет сигнал X-OFF, передатчик прекращает отправку данных. Передатчик начинает отправку данных только после получения сигнала X-ON.

Ограничения RS232

• Протокол RS232 требует наличия общего заземления между передатчиком (DTE) и приемником (DCE). Следовательно, причина более коротких кабелей между DTE и DCE в протоколе RS232.
• Сигнал в линии очень чувствителен к шумам.Шум может быть как внутренним, так и внешним.
• Если увеличивается скорость передачи и длина кабеля, есть вероятность перекрестных помех, вызванных емкостью между кабелями.
• Уровни напряжения в RS232 несовместимы с современной логикой TTL или CMOS. Нам нужен внешний преобразователь уровня.

Приложения

• Хотя RS232 является очень известным протоколом последовательной связи, теперь он заменен расширенными протоколами, такими как USB.
• Раньше они использовались для последовательных терминалов, таких как мышь, модем и т. Д.
• Но RS232 все еще используется в некоторых сервоконтроллерах, станках с ЧПУ, машинах ПЛК и некоторых платах микроконтроллеров, использующих протокол RS232.

Что такое протокол RS232 и как он работает?

Исторически сложилось так, что Протокол связи RS232 — это старый протокол последовательной связи, разработанный EIA (Electronics Industry Alliance) / TIA (Telecommunications Industry Association) -232 в 1962 году.В современных конструкциях оборудования используются инновационные протоколы последовательной связи, такие как USB, Ethernet и Wi-Fi. Но все же RS232 оказался выдающимся. Причина в том, что сигналы RS232 распространяются на большие расстояния по сравнению с сигналами I2C и последовательными сигналами TTL. К тому же у него лучшая помехозащищенность. Доказано, что он совместим с различными производителями для взаимодействия компьютера и модемов.

Что такое протокол RS232?

В RS232 «RS» означает рекомендуемый стандарт. Он определяет последовательную связь с использованием сигналов DTE и DCE.Здесь DTE относится к оконечному оборудованию данных, а DCE — к оборудованию передачи данных. Пример устройства DTE — компьютер, а DCE — модем. Формально он определяется как интерфейс между оборудованием DTE и оборудованием DCE с использованием последовательного обмена двоичными данными.

Обмен данными между DTE и DCE

DTE (компьютер) последовательно передает информацию другому оконечному оборудованию DCE (модему). В этом случае DTE отправляет двоичные данные «11011101» в DCE, а DCE отправляет двоичные данные «11010101» на устройство DTE.

RS232 описывает общие уровни напряжения, электрические стандарты, режим работы и количество бит, передаваемых от DTE к DCE. Этот стандарт используется для передачи обмена информацией по телефонным линиям.

Электрические стандарты

Электрические характеристики RS232 обновлены в 1969 году. В них указаны электрические напряжения, скорость нарастания, полное сопротивление линии, режим работы и скорость передачи.

Уровни напряжения

Линейные напряжения RS232 находятся в диапазоне от -25 В до + 25 В.Они подразделяются на напряжение сигнала и напряжение управления.

Уровни напряжения RS232

Напряжение сигнала от + 3 В до + 25 В представляет собой логическую «1», а напряжения сигнала от -3 В до -25 В представляют собой логический «0». В то время как сигналы управляющего напряжения используют отрицательную логику, то есть логическая «1» указывает от -3 до -25 В, а логическая «0» указывает от + 3 В до + 25 В. Напряжение от -3В до + 3В считается неопределенным состоянием.

Скорость нарастания

Изменение входного напряжения определяет скорость, с которой отвечает драйвер RS232 .Это часто называют скоростью нарастания. Стандарт RS232 поддерживает минимальную скорость нарастания с медленным нарастанием и спадом, чтобы уменьшить перекрестные помехи между соседними сигналами. Обычно максимально допустимая скорость нарастания составляет 30 В / мкс.

Полное сопротивление линии

Импедансное соединение между драйвером RS232 и приемником определено так, чтобы максимизировать передачу напряжения между передатчиком и приемником. Он находится в диапазоне от 3 кОм до 7 кОм.

Режим работы

Устройства RS232 работают по несимметричной сигнализации (двухпроводной).Это означает, что один провод передает изменяющееся напряжение, а другой провод заземлен. На несимметричные сигналы влияет шум, вызванный разницей в напряжениях заземления цепей драйвера и приемника. Преимущество несимметричного метода состоит в том, что для передачи информации требуется меньше проводов.

Скорость передачи

Это количество двоичных битов, передаваемых в секунду. RS232 поддерживает скорости передачи от 110 до 230400 бод. Обычно используются скорости передачи с 1200, 4800, 9600, 115200 бод.Он определяет скорость, с которой данные должны быть отправлены от передатчика к приемнику.

Примечание: Скорость передачи должна быть одинаковой как на стороне передатчика, так и на стороне приемника.

Интерфейс связи

RS232 определяет связь между DTE и DCE с помощью разъемов DB9 и DB25. Разъемы D-sub (DB9, DB25) поставляются с кабелем «папа» и «мама». Разъем DB9 имеет 9 контактов, а разъем DB25 — 25 контактов, каждый из которых выполняет свою функцию.

Распиновка DB9 Male и Female

Распиновка DB25

Функциональное описание

Помимо электрических характеристик, RS232 определяет функции сигналов, которые используются в последовательном интерфейсе. Некоторые из них — это общая земля, данные, управляющие и временные сигналы. Вот список сигналов, используемых в распиновке RS232.

Помимо вышеуказанных сигналов, (первичные сигналы) RS232 обеспечивает вторичные сигналы, такие как вторичный DTE, вторичный RTS, вторичный DCD, вторичный TxD и вторичный RxD для дополнительного подключения DTE и DCE.

Типы последовательных кабелей

Чтобы сделать возможной последовательную связь между DTE и DCE, существует два типа кабелей RS232. Это нуль-модем и прямой кабель. В нуль-модемном кабеле контакт TX (передатчика) вилочного разъема соединен с контактом RX (приемника) разъема «мама», а контакт RX разъема «папа» соединен с контактом TX разъема «мама».

Нулевой модем или перекрестный кабель

Следующим идет прямой кабель . Как следует из названия, это коннектор типа «один к одному», то есть вывод передачи одного устройства соединен с выводом передачи другого устройства, а вывод приемника одного устройства соединен с выводом приемника другого устройства. Помимо соединений, длина кабеля зависит от емкости проводки. Согласно спецификации длина кабеля составляет около 80 футов.

Прямое кабельное соединение

Как работает связь RS232?

Работу RS-232 можно понять по формату протокола.Поскольку RS-232 является протоколом асинхронной связи точка-точка, он отправляет данные в одном направлении. Здесь не требуются часы для синхронизации передатчика и приемника. Формат данных инициируется стартовым битом, за которым следуют 7-битные двоичные данные, бит четности и стоповый бит, которые отправляются один за другим.

Формат протокола

RS232 Обрамление

Передача начинается с отправки Стартового бита «0». За этим следуют 7 бит данных ASCII. Бит четности добавляется к этим данным для проверки приемника.Данные, отправленные от передатчика, должны совпадать на приемнике. Наконец, передача останавливается с использованием стопового бита , который представлен двоичной «1». Обычно можно отправить 1 или 2 стоповых бита.

На приведенной выше диаграмме символ ASCII «A» передается с использованием последовательного двоичного потока «1» и «0». При отправке данных между каждым битом должна быть определенная задержка. Эта задержка считается временем бездействия, и линия RS232 находится в состоянии отрицательной логики (-12 В).

Что такое рукопожатие?

Подтверждение связи — это процесс обмена информационными сигналами между отправителем (передатчиком) и получателем.Эти сигналы создают канал связи между передатчиком и приемником. В RS232 есть два типа подтверждения связи. Это аппаратное и программное подтверждение.

Подтверждение связи

Разъемы DB9 и Db25 используются для установления связи. Когда квитирование не выполняется, перекрестно связаны только TxD (передатчик) и RxD. Другие контакты, RTS, CTS, DSR и DTR подключаются по шлейфу.

Для использования метода квитирования RTS и CTS перекрестно связаны.Также DTR и DSR также подключаются в кросс-режиме.

Зачем использовать рукопожатие?

Чтобы отправлять и получать информацию без потери данных, необходимо поддерживать надежную связь между передатчиком и приемником. Для этого используется буфер. Буфер — это временное хранилище, которое позволяет передатчику и приемнику хранить данные до тех пор, пока информация не будет обрабатываться друг другом с разной скоростью.

Поток данных

На приведенной выше диаграмме передатчик и приемник имеют собственный буфер.Буфер передачи содержит символы, которые нужно отправить получателю. Пока буфер приема хранит символы, полученные от передатчика. Если передатчик отправляет данные с более высокой скоростью, приемник может не получить. В этом случае получатель пропускает символ «C». Чтобы этого избежать, используется рукопожатие. Подтверждение связи позволяет передатчику и приемнику договориться до начала связи.

Аппаратное подтверждение связи

Управление потоком передачи и приема данных осуществляется с помощью аппаратного квитирования .В нем используются сигналы управления DTR, DSR, RTS и CTS. Обычно при установлении связи между компьютером и модемом используются сигналы RTS и CTS.

Останавливает замену данных в буфере приемника. Сигналы сохраняются в высоком состоянии (логическая «1»), чтобы активировать квитирование.

Программное подтверждение установления связи

В этом типе подтверждения связи используются два символа ASCII для связи старт-стоп. Следовательно, это называется программным управлением потоком данных. Программное квитирование использует символ XON / XOFF для управления последовательной связью.«XON» представляет Ctrl + S или символ ASCII 11, тогда как «XOFF» представляет Ctrl + Q или ASCII 13. Для этого квитирования требуется 3 провода. Это TXD, RXD и сигнал GND.

Когда включен символ «XOFF», связь закрывается до тех пор, пока передатчик не получит символ «XON». В некоторых случаях буфер приемника может быть перегружен, из-за чего приемник автоматически отправляет «XOFF» передатчику.

Как работает рукопожатие?

В исходном состоянии линия RTS подтягивается DTE к высокому уровню, чтобы активировать DCE.В этом состоянии данные не передаются. После этого DCE переводит строку CTS в ВЫСОКИЙ уровень для приема данных. Это заставляет DTE ответить и установить DTR в состояние HIGH. Теперь происходит передача данных. После завершения передачи данных и RTS, и DTR переводятся DTE в НИЗКИЙ уровень. Затем DCE переводит линию CTS в НИЗКОЕ состояние. Это останавливает DTE для передачи данных.

Сигналы установления связи RS232

Таким образом, подтверждение связи происходит по запросу DTE, беря на себя управление каналом связи и позволяя DCE передавать данные.

Разница между RS232 и UART

Основное различие между протоколами RS232 и UART — это уровни напряжения. Помимо этого, они оба поддерживают полудуплексную и полнодуплексную связь.

не переносят напряжения RS232 и могут быть повреждены. Чтобы этого избежать, используется UART (универсальный приемник асинхронного передатчика). Он отправляет и получает данные в последовательной форме. Для преобразования уровней напряжений между UART и последовательным портом используется ИС драйвера RS232, такая как MAX232.

RS232 — UART

Преимущества

Преимущества RS232 делают его стандартным последовательным интерфейсом для связи системы с системой, а также имеют следующие преимущества.

• Простая конструкция протокола.
• Аппаратные издержки меньше, чем при параллельной связи.
• Рекомендуемый стандарт для приложений на короткие расстояния.
• Совместимость с DTE и DCE.
• Низкозатратный протокол для разработки.

Недостатки

Ограничения протокола RS232 заключаются в том, что он не поддерживает полнодуплексную связь и является несимметричным протоколом, который смещает потенциал земли. Более того, большая длина кабеля вызывает перекрестные помехи во время последовательной связи. Следовательно, этот протокол ограничен для связи на большие расстояния.

Приложения

Связь RS232 используется в различных приложениях. Некоторые из них:

• Телетайпы.
• Демодуляторные приложения.
• Интерфейс COM-порта ПК.
• Во встроенных системах для отладки.
• Модемы и принтеры.
• Портативное оборудование.
• контроллеры ЧПУ, программные отладчики и т. Д.
• Сканеры штрих-кода и POS-терминалы.

Введение в стандарт и интерфейс.

Информация, передаваемая между оборудованием обработки данных и периферийными устройствами, находится в форме цифровых данных, которые передаются либо в последовательном, либо в параллельном режиме.Параллельная связь используется в основном для соединений между тестовыми приборами или компьютерами и принтерами, в то время как последовательная связь часто используется между компьютерами и другими периферийными устройствами.

Передача по протоколу RS232 включает в себя посылку данных по одному биту за раз по одной линии связи. Напротив, для параллельной связи требуется, по крайней мере, столько строк, сколько битов в передаваемом слове (для 8-битного слова необходимо минимум 8 строк). RS232 Последовательная передача полезна для связи на большие расстояния, тогда как параллельная предназначена для коротких расстояний или когда требуется очень высокая скорость передачи.

Одним из преимуществ протокола RS232 является то, что он подходит для передачи по телефонным линиям. Последовательные цифровые данные могут быть преобразованы модемом, помещены в стандартную телефонную линию голосового уровня и преобразованы обратно в последовательные цифровые данные на приемном конце линии с помощью другого модема.

Официально RS-232 определяется как «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и оборудованием передачи данных с использованием последовательного обмена двоичными данными.«Это определение определяет оконечное оборудование данных (DTE) как компьютер, а оборудование передачи данных (DCE) — это модем. Кабель модема имеет штыревые соединения и предназначен для подключения устройства DTE к устройству DCE.

RS-232 широко используется для соединения между устройствами сбора данных и компьютерными системами. Устройства RS-232 определяются как DTE (обычно компьютер) или DCE (обычно интерфейсное устройство). При подключении устройства DCE к компьютеру (DTE) требуется прямое соединение.Однако не все интерфейсные устройства или системы сбора данных являются DCE, поэтому требуется нуль-модемный кабель, который «пересекает» необходимые сигнальные провода.

Помимо связи между компьютерным оборудованием по телефонным линиям, в настоящее время широко используется протокол RS-232 для соединений между устройствами сбора данных и компьютерными системами. Как и в определении RS232, компьютер — это оборудование передачи данных (DTE). Однако многие интерфейсные продукты не являются оборудованием для передачи данных (DCE).Нуль-модемные кабели предназначены для этой ситуации; Вместо штыревых соединений модемных кабелей, нуль-модемные кабели имеют другую внутреннюю проводку, позволяющую устройствам DTE взаимодействовать друг с другом.

Кабели RS-232 обычно доступны с 4-, 9- или 25-контактной разводкой. 25-контактный кабель RS232 соединяет каждый контакт; 9-контактные кабели Rs232 не включают многие из редко используемых соединений; 4-контактные кабели Rs232 обеспечивают минимум соединений и имеют перемычки, обеспечивающие «квитирование» для тех устройств, которым это необходимо.Эти перемычки соединяют контакты 4, 5 и 8, а также контакты 6 и 20.

Появление IBM PC AT создало новую морщину в коммуникациях RS-232. Вместо стандартного 25-контактного разъема этот компьютер и многие новые платы расширения для ПК оснащены 9-контактным последовательным портом. Для подключения этого порта к стандартному 25-контактному порту можно использовать переходной кабель с 9 на 25 контактов, или пользователь может создать свой собственный кабель специально для этой цели.

Основные соображения при выборе кабеля RS-232 зависят от подключаемых устройств.Во-первых, подключаете ли вы два устройства DTE (нуль-модемный кабель) или устройство DTE к устройству DCE (модемный кабель)? Во-вторых, какие разъемы требуются на каждом конце, вилка или розетка, а также 25 или 9-контактные (тип AT)? Обычно рекомендуется, чтобы пользователь получил два подключаемых устройства, а затем определил, какой кабель требуется.

Большинство устройств RS-232 будут работать только с 3 сигнальными проводами: передача (TX), прием (RX) и земля (GND).Чтобы два устройства RS-232 могли обмениваться данными, необходимо подключить TX одного инструмента к RX второго инструмента и наоборот.

Контакты заземления должны быть соединены вместе. Имейте в виду, что 25-контактный порт RS-232 на ПК передает сигнал на контакт 2 и принимает на контакт 3, а Земля — ​​на контакт 7. 9-контактный порт RS-232 на ПК передает сигнал на контакт 3, принимает на контакт 2. и заземление — контакт 5.

Невозможно просто соединить два устройства последовательным кабелем просто потому, что разъемы подходят.Вы должны проверить функции каждого контакта на каждом устройстве, а также проверить, является ли кабель прямым или нуль-модемным.

1. ПЕРЕДАВАЕМЫЙ СИГНАЛ
2. УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЯ:
3. Двоичный 0: от +5 до +15 В постоянного тока (так называемый «пробел» или «вкл»)
4. Двоичный 1: от -5 до -15 В постоянного тока (так называемая «отметка» или «выкл.»)
5. ПРИЕМНЫЙ СИГНАЛ
6. УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЯ:
7. Двоичный 0: от +3 до +13 В постоянного тока
8. Двоичный 1: от -3 до -13 В постоянного тока
9. ФОРМАТ ДАННЫХ
10. Стартовый бит: двоичный 0
11. Данные: 5, 6, 7 или 8 бит
12. Четность: нечетная, четная, метка или пробел (не используется с 8-битными данными)
13. Стоп-бит: двоичная 1, один или два бита

RS232 Учебное пособие по интерфейсу передачи данных и кабелям

RS-232 прост, универсален, понятен и поддерживается, но у него есть серьезные недостатки как интерфейс передачи данных.Стандарты до 256 кбит / с или меньше и длина линии 15 м (50 футов) или меньше, но сегодня мы видим высокоскоростные порты на нашем домашнем ПК, работающие на очень высоких скоростях и с высококачественным кабелем максимальное расстояние значительно увеличилось. Эмпирическое правило длины кабеля для передачи данных зависит от скорости передачи данных и качества кабеля.

a Учебное пособие

Электронная передача данных между элементами обычно делятся на две большие категории: несимметричные и дифференциальные.RS232 (несимметричный) был представлен в 1962 году, и, несмотря на слухи о его раннем demise, по-прежнему широко используется в отрасли.

Установлены независимые каналы для двусторонней связи. (полнодуплексная) связь. Сигналы RS232 представлены напряжением уровней относительно общей системы (питание / логическая земля). В состояние «холостого» (МАРКА) имеет отрицательный уровень сигнала по отношению к общий, а в «активном» состоянии (ПРОБЕЛ) уровень сигнала положительный. по отношению к общему.RS232 имеет множество линий подтверждения связи (в основном используются с модемами), а также определяет протокол связи.

Интерфейс RS-232 предполагает наличие общая земля между DTE и DCE. Это разумное предположение, когда короткий кабель подключает DTE к DCE, но с более длинными линиями и соединениями между устройствами, которые могут быть на разных электрических автобусах с разным заземлением, это может быть неправдой.

Данные RS232 биполярны…. +3 ДО +12 Вольт указывает «состояние ВКЛ или 0 (ПРОБЕЛ)», в то время как от -3 до -12 вольт указывает состояние «ВЫКЛ» 1 (MARK) …. Современное компьютерное оборудование игнорирует отрицательный уровень и принимает нулевой уровень напряжения как состояние «ВЫКЛ.». Фактически Состояние «ВКЛ» может быть достигнуто с меньшим положительным потенциалом. Это означает схемы с питанием от 5 В постоянного тока могут напрямую управлять цепями RS232, однако в целом диапазон, в котором может быть передан / принят сигнал RS232, может быть значительно сокращен.

Уровень выходного сигнала обычно колеблется от +12 В до -12 В. В «мертвых зона «между + 3В и -3В предназначена для поглощения линии шум. В различных определениях типа RS-232 эта мертвая зона может отличаться. Например, определение для V.10 имеет мертвую зону от + 0,3В до -0,3В. Многие приемники предназначены для RS-232 чувствителен к перепадам напряжения 1 В или меньше.

Это может вызвать проблемы, когда с помощью виджетов с питанием от выводов — линейных драйверов, преобразователей, модемов и т. д.Эти типы агрегатов нуждаются в достаточно напряжения и тока, чтобы запитать их. Типичный URART (микросхема ввода / вывода RS-232) допускает до 50 мА на выходной контакт — поэтому, если устройству требуется 70 мА для работы, нам нужно будет использовать минимум 2 контакта для питания. Некоторые устройства очень эффективны и требуют только один контакт (некоторые умножить на вывод Transmit или DTR) в высокий уровень — в состоянии «SPACE» во время простоя.

RS-232 порт может подавать только ограниченное питание на другое устройство.Количество выходных линии, тип ИС драйвера интерфейса и состояние выходных линий важные соображения.

Виды ИС драйверов, используемые в последовательных портах, можно разделить на три основные категории:

• Драйверы, требующие источники питания с плюсовым (+) и минусовым (-) напряжением, такие как серия 1488 интерфейсные интегральные схемы. (Большинство настольных ПК и ПК в корпусе Tower используют этот тип Водитель.)
• Драйверы малой мощности которые требуют одного источника питания +5 В. Этот тип драйвера имеет внутренний зарядный насос для преобразования напряжения. (Многие промышленные микропроцессорные устройства управления используйте этот тип драйвера.)
• Низкое напряжение (3,3 В) и маломощные драйверы, соответствующие стандарту EIA-562. (Используется на ноутбуках и ноутбуки.)

Данные передаются и принимаются на контактах 2 и 3 соответственно.Набор данных Готовность (DSR) — это индикация набора данных (т. Е. Модема или DSU / CSU), что он включен. Точно так же DTR указывает набору данных, что DTE включено. Обнаружение носителя данных (DCD) указывает, что от удаленного модема получен хороший носитель.

Контакты 4 RTS (Запрос на отправку — от передающего компьютера) и 5 ​​CTS (Очистить To Send — из набора данных) используются для управления. В большинстве асинхронных ситуаций RTS и CTS постоянно работают на протяжении всего сеанса связи.Однако где DTE находится подключенный к многоточечной линии, RTS используется для включения и выключения несущей на модеме. На многоточечной линии, обязательно, чтобы одновременно передавала только одна станция (потому что они разделяют обратную телефонную пару). Когда станция хочет передать, она повышает RTS. В модем включает несущую, обычно ждет несколько миллисекунд, пока несущая стабилизировать, и затем повышает CTS. DTE передает, когда видит CTS. Когда станция закончила свою при передаче он отбрасывает RTS, а модем одновременно отбрасывает CTS и несущую.

Тактовые сигналы (контакты 15, 17 и 24) используются только для синхронные коммуникации. Модем или DSU извлекает часы из данных поток и обеспечивает устойчивый тактовый сигнал для DTE. Обратите внимание, что передача и прием тактовые сигналы не обязательно должны быть одинаковыми или даже с одинаковой скоростью передачи.

Примечание: передающие и принимающие провода (2 или 3) могут быть меняются местами в зависимости от использования оборудования — Оборудование передачи данных DCE или оконечное оборудование данных DTE.

Глоссарий сокращений пр.

Ваш интерфейс — это DTE или DCE?

Одна из самых липких областей путаницы в системе передачи данных связана с термином «передача». и «получать», поскольку они относятся к DTE (оконечное оборудование данных) и DCE (данные коммуникационное оборудование).В синхронном общении эта путаница особенно остро, потому что задействовано больше сигналов. Так почему ты иногда отправляете данные по TD, а иногда вы отправляете данные по RD? Это просто жестокая форма душевной пытки? Не совсем. Секрет заключается в правильном выборе перспектива. В data-com правильная перспектива всегда с точки зрения вид DTE. Когда вы сидите за ПК, терминалом или рабочей станцией (DTE) и передавать данные куда-то далеко, вы, естественно, делаете это на TD (передаете линия передачи данных.Когда ваш модем или CSU / DSU (DCE) получает эти входящие данные, он также получает данные по линии TD. Почему? Потому что единственная перспектива, которая подсчетов в data-com — это перспектива DTE. Неважно, что DCE думает, что получает данные; линия по-прежнему называется «TD». И наоборот, когда модем или CSU / DSU получает данные из внешнего мира и отправляет их DTE, он отправляет его по линии RD. Почему? Поскольку с точки зрения DTE, данные поступают! Итак, когда вы задаетесь вопросом: «Это линия TD или RD? Это TC или RC? »Спросите себя:« Что скажет DTE? »

Узнайте, выполнив следующие действия: Точка справочной информацией для всех сигналов является терминал (или ПК).

1) Измерьте напряжение постоянного тока между контактами 2 и 7 (DB25) и между контактами 3. & 7. Убедитесь, что черный провод подключен к контакту 7 (сигнальная земля), а красный провод — к какой бы штырь вы ни измеряли.

3) Если напряжение на контакте 3 больше отрицательного, чем -3 В, то это DCE.

5) Как правило, DTE обеспечивает напряжение на TD, RTS и DTR, тогда как DCE обеспечивает напряжение на RD, CTS, DSR и CD.

Интерфейс X.21 на DB 15 разъем

также см. X.21 напишите
также смотрите конец страницы для получения дополнительной информации

Общие

Интерфейс X.21 был рекомендован CCITT в 1976 году. Он определяется как цифровой сигнальный интерфейс между оборудованием заказчика (DTE) и оператором связи оборудование (DCE).И поэтому в основном используется для телекоммуникационного оборудования.

Все сигналы симметричны. Это означает, что всегда есть пара (+/-) для каждого сигнал, аналогичный используемому в RS422. Сигналы X.21 такие же, как RS422, поэтому, пожалуйста, обратитесь к RS422 для получения более подробной информации.

Штифты согласно ISO 4903

Функциональное описание
Как видно из спецификаций закрепления, синхронизация элемента сигнала (часы) предоставляются DCE.Это означает, что ваш провайдер (местная телефонная компания office) отвечает за правильную синхронизацию и за то, что X.21 является синхронным интерфейс. Аппаратное квитирование осуществляется линиями управления и индикации. В Управление используется DTE, а индикация — DCE.

Соединение кросс-кабеля

RS232D использует разъемы типа RJ45
(аналогичный к телефонным разъемам)

Это стандартная разводка кабеля от 9 до 25 контактов для асинхронные данные на ПК AT последовательный кабель

  Это порт DTE, как на задней панели Com-порта ПК -
EIA-574 RS-232 / V.24 вывода на вывод DB-9
используется для асинхронных данных  

 Для некоторых приложений требуется больше контактов
             чем простой async.конфигурации. 

 Контакты, используемые для синхронных данных 

Один байт асинхронных данных

Рекомендации по прокладке кабелей — вам следует использовать кабели, предназначенные для передачи данных RS-232, но у меня видно, что данные на низкой скорости превышают 250 футов по 2-парному телефонному кабелю. Также можно использовать кабель уровня 5, но для оптимального расстояния используйте кабель с низкой емкостью для передачи данных.

Стандартная максимальная длина составляет 50 футов, но если данные являются асинхронными, вы можете увеличить ее. расстояние до 500 футов с кабелем хорошего качества.

Сигнал RS-232 по одному кабелю невозможно эффективно экранировать для шум. Экранируя весь кабель, мы можем уменьшить влияние внешнего шума, но внутренний шум остается проблемой. По мере увеличения скорости передачи и длины строки эффект емкости между разными линиями приводит к серьезным перекрестным помехам (это особенно актуально для синхронных данных — из-за часов строк) до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой сами данные станут нечитаемыми.Сигнал Перекрестные помехи можно уменьшить, используя кабель с низкой емкостью и экранируя каждую пару

Используя высококачественный кабель (индивидуально экранируйте пары с низкой емкостью), расстояние может быть увеличено до 4000 футов

На более высоких частотах выявляется новая проблема. Высокая частота компонент сигнала данных теряется по мере удлинения кабеля, что приводит к округлый, а не прямоугольный сигнал.

Максимальное расстояние зависит от скорости и уровня шума вокруг кабеля. бегать.

При более длительных пробегах необходим линейный драйвер. Это простой модем, используемый для увеличения максимальное расстояние, на котором вы можете передавать данные RS-232.

Разбираемся в спецификациях

Выбрать кабель для передачи данных несложно, но он часто теряется при решении более крупных системных проблем. Следует соблюдать осторожность. однако из-за того, что периодически возникающие проблемы, вызванные маргинальным кабелем, может быть очень трудно устранить.

Помимо очевидных характеристик, таких как количество проводников и калибр проводов, спецификации кабелей включают несколько менее интуитивно понятных терминов.

Характеристический импеданс (Ом): значение, основанное на собственной проводимости, сопротивлении, емкости и индуктивности кабеля, которое представляет полное сопротивление бесконечно длинного кабеля. Когда кабель выходит на любую длину и заканчивается с этим характеристическим импедансом, измерения кабеля будут идентичны значениям, полученным для кабеля бесконечной длины. Другими словами, оконечность кабеля с таким импедансом придает кабелю вид бесконечной длины, не допускающей отражений передаваемого сигнала.Если в системе требуется оконечная нагрузка, значение оконечного сопротивления должно соответствовать характеристическому импедансу кабеля.

Шунтирующая емкость (пФ / фут): величина эквивалентной емкостной нагрузки кабеля, обычно указывается в расчете на фут. Одним из факторов, ограничивающих общую длину кабеля, является емкостная нагрузка. Системы большой длины преимущества использования кабеля с малой емкостью.

Скорость распространения (% от c): скорость, с которой электрический сигнал распространяется по кабелю.Приведенное значение обычно необходимо умножить на скорость света (c), чтобы получить единицы измерения в метрах в секунду. Например, кабель со скоростью распространения 78% дает скорость 0,78 X 300 X 106 — 234 X 106 метров в секунду.

Кабель для статического давления

Кабель для статического давления является огнестойким и менее токсичным при горении, чем кабель, рассчитанный на непроницаемый воздуховод. Ознакомьтесь с требованиями строительных норм и правил пожарной безопасности. Нагнетательный кабель обычно дороже из-за используемого материала оболочки.

Спецификация рекомендует кабель витой пары 24AWG с шунтирующей емкостью 16 пФ на фут и характеристическим сопротивлением 100 Ом.

Может быть трудно определить, требуется ли экранирование в конкретной системе или нет, пока не возникнут проблемы. Мы рекомендуем делать ошибки из соображений безопасности и использовать экранированный кабель. Экранированный кабель лишь немного дороже неэкранированного.

Доступно множество кабелей, отвечающих рекомендациям RS-422 и RS-485, разработанных специально для этого приложения.Другой вариант — тот же кабель, который обычно используется в Кабель Ethernet на основе витой пары. Этот кабель, обычно называемый кабелем категории 5, определяется спецификацией ElA / TIA / ANSI 568. Чрезвычайно большой объем используемого кабеля категории 5 делает его широко доступным и очень недорогим, часто менее чем вдвое дешевле специального RS422 / 485. прокладка кабеля. Кабель имеет максимальную емкость 17 пФ / фут (типичное значение 14,5 пФ) и характеристическое сопротивление 100 Ом.

Кабель категории 5 выпускается как экранированная витая пара (STP), так и неэкранированная. витая пара (UTP) и в целом превышает рекомендации что делает его отличным выбором для систем RS232.

Общие

В этом документе термин RS232 будет использоваться в отношении этого серийного номера. интерфейс. Описание RS232 является нормой EIA / TIA и идентично CCITT. V.24 / V.28, X.20bis / X.21bis и ISO IS2110. Единственная разница в том, что CCITT имеет разделить интерфейс на электрическое описание (V.28) и механическую часть (V.24) или асинхронный (X.20 bis) и синхронный (X.21 bis), где EIA / TIA описывает все по RS232.

Как было сказано ранее, RS232 — это последовательный интерфейс. Его можно найти во многих разных приложения, наиболее распространенными из которых являются модемы и персональные компьютеры. Все Спецификации закрепления написаны для стороны DTE.

Все кабели DTE-DCE прямые, что означает, что контакты подключены друг к другу. один. Кабели DTE-DTE и DCE-DCE — это перекрестные кабели. Чтобы сделать судьбу между Для всех типов кабелей мы должны использовать соглашение об именах.
DTE — DCE: Прямой кабель
DTE — DTE: нуль-модемный кабель
DCE — DCE: Кабель задней цепи

Интерфейс Механический

RS232 можно найти на разных разъемах.Есть особые характеристики за это. CCITT определяет только 25-контактную версию Sub-D, в которой EIA / TIA имеет две версии RS232C и RS232D, которые соотв. на Sub-D25 и RJ45. Следующий за эта IBM добавила версию Sub-D 9, которая встречается почти во всех Personal Компьютеры и описан в TIA 457.

Пиннинги

Интерфейс, электрические

Все сигналы измеряются относительно общей земли, которая называется сигнальная земля (AB).Положительное напряжение от 3 до 15 В постоянного тока представляет собой логическое 0 и отрицательное напряжение между 3 и 15 В постоянного тока представляют собой логическую 1.
Это переключение между положительным и отрицательным называется биполярным. Нулевое состояние не определен в RS232 и считается состоянием неисправности (это происходит, когда устройство выключено).
В соответствии с вышеизложенным максимальное расстояние 50 футов или 15 м. можно добраться по максимальная скорость 20к бит / с. Это согласно официальным спецификациям, расстояние может быть превышено с помощью линейных драйверов.

Функциональное описание

Вторичные сигналы используются в некоторых DCE. Эти единицы имеют возможность передачи и / или приема по вторичному каналу. Эти вторичные каналы в основном имеют более низкую скорость, чем обычные, и в основном используются для административных функций.

Крепление кабеля
Вот несколько вариантов крепления кабеля, которые могут быть полезны. Не все приложения покрыта, это просто помощь:

Этот кабель следует использовать для подключения DTE к DCE (например, от компьютера к модему) соединения с аппаратным квитированием.

(К компьютеру).
(Кому Модем).

9-контактный разъем D-SUB FEMALE к компьютеру
25 ПИН D-SUB MALE к модему

Используйте этот кабель между двумя устройствами DTE (например, двумя компьютерами).

(к компьютеру 1).
(К компьютеру 2).

25-контактный разъем D-SUB с внутренней резьбой к компьютеру 1.
25-контактный разъем D-SUB FEMALE к компьютеру 2.

  Кабель RS232 (25 контактов)  

  Схема кабелей нуль-модема  

  Кабели с перекрестными выводами для асинхронных данных.