Интерфейс rs-232

Предыстория

RS232 — стандарт асинхронного интерфейса (последовательный порт), являлся в свое время наиболее популярным интерфейсом для цифровых устройств различного назначения. В первых компьютерах его физическое присутствие было обязательным. Даже в настоящее время операционная система Windows способна эмулировать некоторое количество виртуальных COM, не имея их физических реализаций. Некоторые наверное помнят компьютерные мыши, принтеры, сканеры и другие периферийные устройства, подключаемые к компьютеру посредством этого порта.

Сейчас ситуация изменилась, компьютерная периферия подключается к ПК при помощи более быстрых USB портов. Но в устройствах КИП и А, RS232 по праву занимает главенствующее положение, редко можно увидеть цифровой прибор, настраиваемый компьютером без этого интерфейса. Довольно часто RS232 порт служит переходным звеном к RS485 интерфейсу, подключаемому посредством миниатюрного переходника.

Информация по RS232 передается в дуплексном режиме

• Логический «0» — положительное напряжение от +5 до +15 В
• Логическая «1» — отрицательное напряжение от -5 до -15 В

В силу конструктивных особенностей, длина линии связи небольшая, обычно не более 10 метров.

Первоначально разъем RS232 интерфейса проектировался как 25-и контактный. В этом DB25 разъеме предусматривался и вторичный RS232 последовательный канал. Но на практике, реализовался только один канал. Компьютеры, в которых были представлены оба канала были очень редки, например Sun SparcStation 10/20 и Dec Alpha Multia. Также на некоторых модемах присутствовал вторичный канал, он сигнализировал статус модема, в то время когда первичный был занят передачей данных. В наше время, более прижилась 9-и контактная DB9 версия RS232.

Токовая петля

Историческая справка

До начала 1960-х в телепринтерах для связи на большие расстояния применялась токовая петля 60мА. В 1962 была представлена модель 33 телетайпа с 20мА токовой петлей. После этого этот интерфейс стал широко использоваться. На протяжении 60-х, 70-х и 80-х интерфейс 20мА токовая петля применялся во многом оборудовании. Этот интерфейс стал популярным из-за его низкой цены при использовании на больших расстояниях, а также высокой помехоустойчивостью передачи данных.

Описание

В интерфейсе токовая петля электрическим сигналом является ток, а не напряжение. Токовая петля может работать в дуплексном, полудуплексном режиме, а также в активном или пассивном режиме.

Этот стандарт позволяет передавать данны на расстояния до 600 м со скоростью до 19.2 кБод.

Основные особенности

• большая дальность чем у RS-232
• помехоустойчивость передачи данных
• расстояния до 600 м
• скорость передачи до 19.2 кБод

Полнодуплексная схема

Одновременная двунаправленная передача данных возможна по этой схеме. Для этого режима необходимы два генератора тока 20мА. Например, карта IBM адаптера последовательного интерфейса имеет в своем составе только один генератор тока. В этом случае для создания полного соединения второе устройство должно иметь генератор тока для создания второй токовой петли.

Полнодуплексная схема 20 mA

Симплексная схема 20 мА

Основными элементами 20 мА токовой петли являются источник тока, токовый ключ и токовый детектор. Передатчик — это токовый ключ, а приемник — детектор тока. Схема, содержащая источник тока называется активной стороной, другие элементы интерфейса — пассивной. В симплексной схеме передатчики и приемники располагаются последовательно в одной токовой петле. При работе одного передатчика оба приемника принимают данные.

Симплексная схема 20 mA (возможна только поочередная передача данных)

Сранение уровней сигналов RS-232 и 20мА токовой петли

На рис ниже представлены уровни сигналов интерфейса RS-232 и их соответствие с интерфейсом токовой петли 20 мА. Для токовой петли наличие тока соответствует пассивному состоянию (отсутствие передачи данных).

Сравнение уровней RS-232 и 20мА токовой петли

Схема преобразователя аналоговой токовой петли 4- 20 мА

Эта схема упоминается здесь потому, что иногда ее путают с 20мА токовой петлей. Назначение данной схемы — передача сигнала от удаленного аналогового датчика через токовой сигнал. Для передачи сигнала требуется только два провода и источник питания датчика. Для питания датчика используется источник напряжения 24В. Удаленный датчик изменяет ток в петле в соответствии с измеренным параметром. На последовательном резисторе RL этот ток преобразуется в напряжение, которое далее может быть обработано.

Схема преобразователя аналоговой токовой петли 4 — 20 мА

HART 4 — 20 мАтоковая петля

Это другой пример комбинирования аналоговой и цифровой токовой петли схемы 4 — 20 мА. Для этой токовой петли применяется коммуникационный протокол HART. HART протокол используется для интеллектуальных удаленных преобразователей, совместимых с аналоговой токовой петлей 4-20 мА, а также имеющих цифровой обмен по тем же проводам. Это осуществляется за счет применения двухтонального частотного сигнала (FSK) сигнала с уровнями 4-20 мА.

Схема аналоговой токовой петли 4 к 20 мА с цифровой передачей данных по HART протоколу

на микросхеме FT8U232BM

Основа данной схемы является микросхема FT8U232BM — производителя FIDI Ltd . Устройство построенное по данной схеме поддерживает все сигнальные уровни (DCD, RX, TX, DTR, GND, DSR, RTS, CTS, RI) согласно распиновки COM порта.

Рабочее напряжение: 3,3…5,5 В, интерфейс: TX RX VCC GND…

Для согласования TTL уровней RS232 интерфейса с уровнями микросхемы FT8U232BM используются две микросхемы 74НС00. Микросхема памяти 93С46 предназначена для хранения персонального номера (PID), код изготовителя (VID), а так же заводской номер устройства. Данную микросхему можно и не устанавливать. В этом случае к компьютеру возможно будет подключить всего лишь 1 создающее виртуальный COM-порт устройство. Микросхему памяти AT93С46 возможно заменить на AT93C66, AT93C56. Прошивается 93С46 непосредственно на плате при помощи фирменной утилиты производителя FTDI.

Сборка и настройка переходника

В монтаже ничего сложного нет. Сначала необходимо взять или сделать самому плату. После этого просверливаем четыре отверстия. Далее нам нужно припаять все детали, расположение которых будет соответствовать схеме. На этом сборка закончилась.

Чтобы плата не окислялась, ее необходимо задуть полиуретановым лаком. Если такого нет в наличии, можно использовать любой другой быстросохнущий автомобильный лак.

Пришло время переходить к настройке. Подключаем нашу плату к компьютеру. Если все правильно собрано, он определит устройство, на которое нужно установить драйверы.

Устанавливаем на компьютер драйверы Prolific для такого порта. Перейдя в «Диспетчер задач», можно увидеть, что он определился и теперь вполне работоспособен.

Как подключить принтер через lpt1 порт

Для подключения делаем следующее:

1. Вставляем кабель в lpt-разъем.
2. Теперь необходимо настройка. Вызываем системное меню. Для этого нажимается кнопка «Пуск».
3. Выбираем раздел «Принтеры и факсы».
4. У нас высветит окно со списком подключенных устройств. Нам нужно найти значок принтера, который используется.
5. Нажимаем на этот значок правой кнопкой мыши.
6. Выбираем пункт «Свойства».
7. Открываем вкладку «Порты».
8. Определяем порт, который используется.

Если устанавливается новое оборудование, делаем следующее:

1. Открываем «Пуск».
2. Выбираем «Панель управления».
3. Открываем ссылку «Принтеры и прочие устройства».
4. Разворачиваем «Принтеры и факсы».
5. Указываем «Установка принтера». Эта команда находится на окне, которое открылось с левой стороны.
6. Пропускаем первое окно мастера.
7. Нажимая «Далее».
8. Применяем флажок рядом с надписью «Локальный». Это появляется на втором окне мастера.
9. Теперь необходимо подождать, пока принтер определится автоматически.
10. Если мастер не обнаружил подключенное оборудование, нажимаем далее и выбираем функцию «LPT1»:(Рекомендуемый порт).
11. Теперь необходимо подтвердить сохранения изменений. Для этого нажимаем кнопку «Далее». Выполняем все последующие рекомендации мастера.

Все перечисленные выше шаги можно сделать такие при установке драйвера для устройства. В комплекте идет диск с приложением, которое настраивает автоматически через мастер установки. В таком случае использовать «Панель управления» нет необходимости, все будет сделано автоматически. Но эту функцию поддерживают только современные устройства.

Оборудование работает через два кабеля. Один из них позволяет передавать устройству питание, необходимее для работы. Другой же передает информацию с компьютера (что именно нужно распечатать). Именно для последнего случая и нужен lpt-разъем, к нему подключается соответствующий кабель.

Порядок обмена данными по RS-485

Несколько устройств подключаются между собой с помощью цепочки кабелей. Для обмена информации необходим специальный протокол. Чаще всего используется Modbas.

Как откалибровать батарею ноутбука – лучшие программы и стандартные средства системы

Например, есть несколько устройств, которые собирают информацию. Раз в месяц они должны передать все данные в центральный компьютер. Для этого главное устройство оформляет запрос. Каждый терминал имеет свой порядковый номер. Эти цифры будут идти первыми в запросе. Если команда не совпадает с номером терминала, то он будет его игнорировать.

Следующие цифры в запросе отвечают за действие, которое должно произвести устройство. Например, передача информации. Таким образом, команда дойдет до нужного терминала и будет выполнена нужная операция.

В некоторых случаях запрос не доходит до устройства. Происходит сбой на линии или помехи. Для исключения помех используется контрольная сумма. Это некий набор цифр, который присутствует в запросе. Также, он есть и на самом оборудовании. Таким образом можно проверить, достигла ли команда конечной цели.

Аппаратура [ править | править код ]

Разъём имеет контакты:

DTR (Data Terminal Ready — готовность к приёму данных) — выход на компьютере, вход на модеме. Означает готовность компьютера к работе с модемом. Сброс этой линии вызывает почти полную перезагрузку модема в первоначальное состояние, в том числе бросание трубки (некоторые управляющие регистры выживают после такого сброса). В UNIX это происходит в случае, если все приложения закрыли файлы на драйвере последовательного порта. Мышь использует этот провод для получения питания.

DSR (Data Set Ready — готовность к передаче данных) — вход на компьютере, выход на модеме. Означает готовность модема. Если эта линия находится в нуле — то в ряде ОС становится невозможно открыть порт как файл.

RxD (Receive Data — приём данных) — вход на компьютере, выход на модеме. Поток данных, входящий в компьютер.

TxD (Transmit Data — передача данных) — выход на компьютере, вход на модеме. Поток данных, исходящих из компьютера.

CTS (Clear to Send — готовность передачи) — вход на компьютере, выход на модеме. Компьютер обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в модеме.

RTS (Request to Send — запрос на передачу) — выход на компьютере, вход на модеме. Модем обязан приостановить передачу данных, пока этот провод не будет выставлен в единицу. Используется в аппаратном протоколе управления потоком для предотвращения переполнения в оборудовании и драйвере.

DCD (Carrier Detect — наличие несущей) — вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после установления соединения с модемом с той стороны, сбрасывается в ноль при разрыве связи. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

RI (Ring Indicator — сигнал вызова) — вход на компьютере, выход на модеме. Взводится модемом в единицу после обнаружения вызывного сигнала телефонного звонка. Аппаратура компьютера может издавать прерывание при наступлении такого события.

SG (Signal Ground — сигнальная земля) — общий сигнальный провод порта, не является общей землёй, как правило, изолирован от корпуса ЭВМ или модема.

В нуль-модемном кабеле используются две перекрещенные пары: TXD/RXD и RTS/CTS.

Исходно в IBM PC и IBM PC/XT аппаратура порта была построена на микросхеме UART 8250 фирмы National Semiconductor, затем микросхема была заменена на 16450, программно совместимой с предыдущими, но позволявшей использовать скорости вплоть до 115200 бит в секунду, затем появилась микросхема 16550, содержавшая двунаправленный FIFO буфер данных для снижения нагрузки на контроллер прерываний. В настоящее время включена в SuperIO микросхему на материнской плате вместе с рядом иных устройств.

Кабельные соединения между последовательными портами

Кабель от одного последовательного порта всегда соединяется с другим последовательным портом.
Внешний модем или другое устройство, которое подсоединяется к последовательному порту имеет встроенный в него последовательный порт. Для модемов кабель имеет прямую разводку: контакт 2 идет к контакту 2, и т.д. Модем называется DCE устройством (Data Communications Equipment — оборудование передачи данных), а компьютер называется DTE устройством (Data Terminal Equipment — оборудование отображения данных). Для соединения устройств типа DTE-в-DCE необходимо использовать прямой кабель. Для соединения DTE-в-DTE необходимо использовать нуль-модемный кабель (иначе называемый перевернутый кабель). Существует несколько способов разводки таких кабелей (смотрите примеры в разеделе «Кабели последовательного интерфейса «)

Работа по последовательному интерфейсу имеет свои преимущества. Одна из причин это то, что все сигналы однонаправленные. Если контакт 2 отправляет данные (и не позволяет принимать другие сигналы) то очевидно, что нельзя подсоединить к контакту 2 контакт того же типа. Если вы все же сделаете это, то вы не смоежет не отсылать, ни принимать сигналы по этой линии. Есть два разных способа соединения устройств. Один из них подразумевает соединение двух устройств разного типа, когда контакт №2 одного отсылает данные на контакт №2 второго (который принимает этот сигнал).
Это путь, когда вы соединяете компьютер (DTE) и модем (DCE).
Также существует второй путь в котором устройства могут быть одного типа: соедините контакт отправки данных №2 с контактом №3, принимающим данные устройства того же типа. Это путь, когда можно соединять два компьютера (DTE-в-DTE). Тип кабеля, использумый в этом случае называется null-modem cable (нуль-модемный кабель) поскольку он соединяет два компьютера без использования модемов. Нуль-модемный также иногда называют перевернутым кабелем, т.к. провода между контактами 2 иd 3 идут наоборот. Пример выше приведен для контактов 25-ти контактного разъема, но также соответственно можно использовать и 9-ти контактный разъем.

Слоты расширения материнской платы

(не совсем про
кабели, но пригодится)

8ми битный слот

16ти битный слот

Порт и память

То есть, программа прочитает данное из памяти в процессор, что-то с ним сделает, может быть получит из этой информации какие-то новые данные, которые запишет в другое место. Или само данное просто перепишет на другое место. Во всяком случае в памяти информация, которая однажды была записана может быть либо прочитана, либо стёрта. Ячейка получается как сундучок, стоящий у стенки. А вся память состоит из ячейки каждая ячейка имеет свой адрес. Точно как сундучки, стоящие в ряд у стенки в подвале скупого рыцаря.

Ну и порт можно себе представить тоже как ячейку. Только такая ячейка сзади имеет окошко, ведущее куда-то за стенку. Можно записать в неё информацию, а информация возьмёт, и улетит в окошко, хотя какое-то время будет находиться в ячейке так же, как и в обычной ячейке оперативной памяти.

Или наоборот, в ячейку-порт информация может «прилететь» из окошка. Процессор это увидит и прочтёт эту новую появившуюся информацию. И пустит её в дело — перепишет куда-то, пересчитает вместе с какими-то другими данными. Даже может записать её в другую ячейку. Или в другую ячейку-порт, тогда эта поступившая по первому порту информация может «улететь» в окошко второго порта, — ну это уж как распорядится процессор. Вернее, программа, которая в этот момент процессором командует и данные, записанные в памяти и приходящие из портов, обрабатывает.

Просто и красиво. Эти порты так и назвали сразу — порты ввода-вывода. Через одни из них данные отправляются куда-то, через другие — откуда-то принимаются.

Ну а дальше начинается движение по кругу. Вот есть одно устройство, и есть другое. И вот есть цепочка символов, каждый из которых состоит из отдельных двоичных битов, и эту цепочку нужно передать. Как передавать? Можно по линии из 8 проводочков сразу передавать по целому символу — один проводок = один бит, потом код другого, потом третьего, и так, пока не передашь всю цепочку.

А можно было разворачивать каждый бит не в пространстве (по проводочкам), а во времени: сначала передать один бит символа, потом второй и так восемь раз. Ясно, что во втором случае нужны какие-то дополнительные средства, чтобы символы так разворачивать во времени.

Мастерам на все руки будет интересна статья об особенностях работы и схеме включения МС34063.

Последовательный интерфейс RS-232 — обзор стандарта

Это широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально он создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных сферах.

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.

Порядок обмена по интерфейсу RS-232C:

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются:

• возможность передачи на значительно большие расстояния;
• гораздо более простой соединительный кабель.

Смотрите схему

Назначение сигналов следующее:

1. FG — защитное заземление (экран).
2. TxD — данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).
3. RxD — данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).
4. RTS — сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.
5. CTS — сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника.
6. DSR — готовность данных. Используется для задания режима модема.
7. SG — сигнальное заземление, нулевой провод.
8. DCD — обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала).
9. DTR — готовность выходных данных.
10. RI — индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.

двухпроводной линии

Формат передаваемых данных показан на рисунке ниже. Собственно, данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени

Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение — не более 10 %). Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с

низкий уровень

Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи, но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.

Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам:

• COM1 (адреса 3F8h…3FFh, прерывание IRQ4);
• COM2 (адреса 2F8h…2FFh, прерывание IRQ3);
• COM3 (адреса 3F8h…3EFh, прерывание IRQ10);
• COM4 (адреса 2E8h…2EFh, прерывание IRQ11).

Заключение

Если вам необходимо подключить устарелое оборудование, которое требует наличие COM-порта, можно сделать самостоятельно переходник. Это довольно просто. Если вы не хотите этим заниматься, можете приобрести USB-COM-переходник. Его цена составляет около 1000 рублей. Помните, что вам все равно придется устанавливать драйверы и проверять работоспособность этого оборудования. На Windows 7 USB-COM-переходник довольно просто установить, так как на эту операционную систему в Интернете можно найти все драйверы.

Правильная распиновка СOM-порта RS232

Распиновка COM порта
— RS232 интерфейс был сконструирован более пятидесяти лет тому назад. А после этого был стандартизирован. В различных периодах усовершенствования технических возможностей компьютеров успешно применялся для подключения к телефонной линии с помощью модема. На данный момент такой интерфейс считается как уже вчерашний день. В основном его невостребованность заключается слишком низким быстродействием. Так как там задействованы линейные сигналы в однофазной форме. То-есть не дифференциальные.

Что касается самой контактной колодки интерфейса RS-232 и ее кабельной составляющей, то они собраны на 9-пиновом разъеме D-Sub. Штыревые контакты размещенные в двухрядном варианте, для обеспечения точности подсоединения вилки к разъему, форма колодки имеет несимметричную конструкцию. Все контактные штырьки обозначены номерами, подробнее как делается распиновка COM порта
обозначено в приведенной ниже таблице.

Таблица

Множество устройств во время своей работы задействует не все контакты, а только необходимую им часть, поэтому исходя из этого обусловливается реальная распиновка COM-порта. Необходимая информация об это имеется прилагаемой документации к соответствующему оборудованию.

Соединительный кабель

Если нет необходимости задействования все контактной группы, то в таком случае можно использовать обычную витую пару. При этом ее отдельные провода припаиваются к вилке и контактам в колодке разъема. Ввиду ограниченного пространства в самой колодке, в местах пайки провода желательно помещать в кембрик.

Наибольшее расстояние связи относительно стандарта должна быть более 15 метров. Если требуется ее увеличение, тогда для этого нужно использовать экранированный провод.

COM порт — лекция

RS-232 — популярный протокол, применяемый для связи компьютеров с модемами и другими периферийными устройствами. Это интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 20 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.