Про RS-232 (распайка кабелей, разъемов, краткое описание)

Контакты RS-232C

Распайка "модемного" кабеля интерфейса RS-232C

Обмен данными и интерфейс RS-232

Устранение неполадок при связи через RS-232

Контакты RS-232C

Контакты разъема DB-9 интерфейса RS-232C

Распайка "модемного" кабеля интерфейса RS-232C

Распайка "нуль-модемного" кабеля интерфейса RS-232C

Распайка кабеля RS-232C для коммутаторов Kramer

Обмен данными и интерфейс RS-232

При работе в потенциально зашумлённых условиях нам нужны надёжные средства для передачи данных. Самым распространённым стандартом всё ещё остаётся архаичный RS-232C (Recommended Standard 232 Version С), принятый ассоциацией электронной промышленности EIA (Electronic Industries Association) в августе 1969 г.
Достоинства RS-232:
Популярность - все компьютеры РС (но не Mac) оборудованы по крайней мере одним портом RS-232
Лёгкость приобретения готовых кабелей
Возможность применения аппаратного управления процессом передачи (зачастую не используется!)
Недостатки RS-232:
Связь типа «точка-точка» (DTE? DCE)
Низкая, по современным меркам, скорость (обычно 9600 бод [бит в секунду])
Работает только на небольших расстояниях (до 10 м)
Состав линий связи между устройствами DTE и DCE точно не определён. Стандарт описывает функции до 25 соединительных линий, но не указывает, должна или не должна использоваться та или иная линия. Лучше (технологически) обстоят дела в стандарте RS-422. По этому стандарту связь осуществляется по двум парам проводов, а передаваемый сигнал может приниматься более чем одним устройством. Согласно стандарту RS-485 (улучшенный RS-422) используется одна пара проводов, которая используется для передачи или приёма многими устройствами.
Характеристики и преимущества RS-422 / RS-485:
Может использоваться для многоточечных соединений
Является стандартном де-факто для значительной части вещательной видео индустрии!
Может использоваться на расстояниях до 1,2 км
Высокая помехоустойчивость за счёт использования дифференциальных (балансных) линий связи
Удлинитель линии связи KRAMER VP-43 Range Extender:
Предназначен для преодоления ограничений по расстоянию для наших продуктов, имеющих управление через RS-232.
Осуществляет преобразование в интерфейс RS-422, а затем назад, в RS-232, что позволяет использовать в качестве физического носителя две пары проводов.
Может быть использован для увеличения расстояния связи для любого нуль-модемного соединения RS-232.
Также может быть использован для управления нашими изделиями через RS-422, либо к качестве преобразователя общего назначения из RS-232 в RS-422 и обратно.
Расширитель портов KRAMER VP-14 Port Extender:
Предназначен для преодоления ограничения интерфейса RS-232, который может осуществлять только соединения типа «точка-точка». Позволяет осуществлять связь между несколькими устройствами с интерфейсами RS-232.
Данные, которые поступают на любой из портов устройства, пересылаются на остальные 3 порта.
Может быть использован для управления коммутатором от 3 устройств DTE (например, компьютеров).
Работает во всех режимах связи (число битов, скорость, чётность и т. д.) и не требует настройки этих параметров.

Устранение неполадок при связи через RS-232

Ниже приведены меры, которые могут помочь разрешить проблемы, возникающие при связи с устройствами Kramer через интерфейс RS-232.
1. Убедитесь, что между устройством (коммутатором, маршрутизатором) и управляющим компьютером (РС) установлено нуль-модемное соединение.
Проще всего (при использовании 25-контактного порта на РС) использовать нуль-модемный адаптер, прилагаемый к устройству. Подключите такой переходник 25-контактным разъёмом к последовательному порту РС, после чего прямым кабелем - т. е. с распайкой один к одному - соедините 9-контактный разъём адаптера с последовательным портом на устройстве. (Если адаптер используется с неполным кабелем, то необходимо, как минимум, соединить на 9-контактных разъёмах с обоих концов: контакт 2 с контактом 2, 3 - с 3 и 5 - с 5.)
При непосредственном подключении 25-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве (т. е. без нуль-модемного адаптера) соедините следующее:
Контакт 2 на 25-контактном разъёме - с контактом 2 на 9-контактном
Контакт 3 на 25-контактном разъёме - с контактом 3 на 9-контактном
Контакт 7 на 25-контактном разъёме - с контактом 5 на 9-контактном
Закоротите вместе контакты 6 и 20 на 25-контактном разъёме
Закоротите вместе контакты 4, 5 и 8 на 25-контактном разъёме
При непосредственном подключении 9-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве соедините следующее:
Контакт 2 на разъёме РС - с контактом 3 на разъёме устройства
Контакт 3 на разъёме РС - с контактом 2 на разъёме устройства
Контакт 5 на разъёме РС - с контактом 5 на разъёме устройства
Закоротите вместе контакты 4 и 6 на разъёме РС
Закоротите вместе контакты 1, 7 и 8 на разъёме РС
2. Убедитесь, что на устройстве правильно выставлены все DIP-переключатели.
3. Убедитесь, что установки для скорости передачи данных на РС и на устройстве совпадают, а на РС выбран правильный com-порт.
4. Если несколько устройств используются одновременно, убедитесь, что все они включены. Если в системе, работающей по схеме «ведущий/ведомый» (master/slave), какое-либо из устройств выключено, обмен в такой системе не будет надёжным.
5. Если в устройстве имеется функция «DISABLE TXD» (Отключить TXD), убедитесь, что эта функция выключена; аналогично, если для «отключения ответа» используется DIP-переключатель, убедитесь, что ответ разрешён.
6. Контакт 3 на разъёме RS-232 устройства используется для отправки данных в РС (это TXD устройства и RXD на РС). Контакт 2 на разъёме устройства используется для приёма данных от РС (это RXD устройства и TXD на РС). Может оказаться полезным с помощью цифрового запоминающего осциллографа убедиться в том, что устройство передаёт/принимает данные на указанных контактах.
7. В большинстве устройств используется «двунаправленный» протокол обмена. Это значит, что один и тот же код используется как для передачи в устройство команды на выполнение определённого действия, так и в качестве ответа от устройства (в РС) при нажатии кнопки на его передней панели для выполнения аналогичного действия. Например, если пользователь нажал кнопки и скоммутировал вход 4 на выход 5, устройство посылает в компьютер шестнадцатеричный код 7В; в то же время при получении устройством кода 7В оно также отработает подключение входа 4 на выход 5. Для такого протокола может оказаться полезным анализировать коды, посылаемые устройством при нажатии кнопок на его передней панели с тем, чтобы разобраться в протоколе обмена.
8. При устранении неполадок может оказаться полезным применять коммуникационную программу вроде Procomm или Viewcom чтобы вначале проанализировать коды, посылаемые устройством. Затем можно попробовать посылать такие коды назад (см. пункт 7), проверяя, что устройство правильно на них реагирует. Наконец, можно послать код, по которому устройство вернёт своё состояние.
9. Если должна использоваться написанная пользователем программа, по возможности вначале с помощью фирменной программы убедитесь в том, что связь между РС и устройством работает нормально.
10. Для оборудования, в котором управление через RS-232 предусмотрено в качестве опции и вводится установкой дополнительной аппаратной платы, проверьте, что такая плата правильно установлена (как описано в руководстве). В частности, для серии коммутаторов Х02 проверьте прямой кабель, подключаемый к модулю, и убедитесь, что на разъёмах нет замятых контактов.
11. Некоторые устройства могут получать управление от других элементов оборудования и могут настраиваться на работу через RS-232 с таким оборудованием, а не с компьютером. В этом случае необходимо правильно настроить устройство. Например, модели BC-2216 и BC-2616 (матричные коммутаторы звуковых сигналов 16X16) настраиваются на заводе (по умолчанию) на работу с BC-2516 (матричным коммутатором видео 16X16). В этом случае звуковая матрица получает управление от РС через видеоматрицу. Если звуковой матрицей надо управлять независимо, её следует соответственно перенастроить (на работу в режиме устройства, переключающего «только звук»).
12. Если необходимо выслать несколько команд, то перед отправкой дополнительной команды следует убедиться в том, что устройство отработало предыдущую команду. Для этого дождитесь получения ответа на предыдущую команду перед отправкой следующей.
13. Убедитесь в том, что для связи с устройством используется настоящий интерфейс RS-232! Некоторое оборудование (например, стандартный последовательный порт Macintosh), хотя и аналогичен RS-232, использует иные режимы обмена данными.
14. При использовании РС с операционной системой Windows NT4.0 (и ниже) следует принять дополнительные меры. Эта система не имеет функции «plug and play» и поэтому настройка портов компьютера в ней - непростая задача. Обратитесь к документации на Windows NT! Даже если Ваша программа работает на компьютере с иной операционной системой, возможно, что под Windows NT порт не будет правильно инициализироваться.
15. Учтите, что рабочее расстояние для RS-232 (по определению) не превышает 10 метров! Если требуется большая длина связи, следует использовать наш «удлинитель линии связи» VP-43.
16. По определению, интерфейс RS-232 предназначен для осуществления обмена между 2 портами (в нашем случае это РС и коммутатор). Если надо соединить вместе несколько устройств с интерфейсами RS-232, можно использовать VP-14 (например, если коммутатором надо управлять от 2-х компьютеров и контроллера BC-2000).
(ПРИМЕЧАНИЕ: Для некоторых изделий из нашей линейки допускается управление несколькими такими устройствами при их последовательном соединении прямыми кабелями - что кажется неправильным в свете вышесказанного! На самом деле мы настраиваем устройства в режимы «ведущий/ведомый» (master/slave), при этом с компьютером через RS-232 связано только одно, ведущее устройство. При таком включении ведущее устройство передаёт информацию на и от РС к ведомым устройствам, а интерфейсом RS-232 порты оказываются связанными попарно.)

Последовательный интерфейс RS-232 — это промышленный стандарт для последовательной двунаправленной асинхронной передачи данных. Ранее использовался в персональных компьютерах для подключения принтеров, модемов, мыши и пр. В настоящее время активно вытесняется пришедшим ему на смену интерфейсом USB, однако в микроконтроллерных системах — это один из наиболее часто встречающихся интерфейсов.

Спецификации RS-232C не огpаничивают максимальнyю длинy кабеля, но огpаничивают максимальное значение его емкости величиной 2500 пф. Емкость интеpфейсных кабелей pазлична, однако общепpинятой длиной yдовлетвоpяющей данной спецификации считается длина 15 метров (до 20000 бод) Чем выше скоpость пеpедачи, тем больше искажения сигнала, вызванные емкостными хаpактеpистиками кабеля.

Выпyскаются специальные интеpфейсные кабели пpямой связи RS-232C низкой емкости, котоpые yдовлетвоpительно pаботают со скоpостью 9600 бод на pасстоянии до 150 м.

Число подключаемых пpиемников и пеpедатчиков подключаемых к одной линии — 1/1, (в отличие от стандаpтов RS-422 1 передатчик/ 10 пpиемников или RS-485 32/32).

В отличие от параллельного порта, состоящего из восьми информационных линий и за один так передающего байт, порт RS-232 требует наличия только одной такой линии, по которой последовательно передается бит за битом. Это позволяет сократить количество информационных линий для передачи данных между устройствами, но уменьшает скорость.

Последовательная передача данных

Последовательный поток данных состоит из битов синхронизации и собственно битов данных. Формат последовательных данных содержит четыре части: стартовый бит, биты данных (5-8 бит), проверочный и стоповый биты; вся эта конструкция иногда называется символом . На рисунке изображен типичный формат последовательных данных.

Формат последовательных данных, формируемых UART

Когда данные не передаются, на линии устанавливается уровень логической единицы. Это называется режимом ожидания . Начало режима передачи данных характеризуется передачей уровня логического нуля длительностью в одну элементарную посылку. Такой бит называется стартовым . Биты данных посылаются последовательно, причем младший бит — первым; всего их может быть от пяти до восьми. За битами данных следует проверочный бит, предназначенный для обнаружения ошибок, которые возникают во время обмена данными. Последней передается стоповая посылка, информирующая об окончании символа. Стоповый бит передается уровнем логической единицы. Длительность стоповой посылки — 1, 1.5 или 2 тактовых интервала. Электронное устройство, которое генерирует и принимает последовательные данные, называется универсальным асинхронным приемопередатчиком (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, или UART).

Обмен информацией с помощью UART происходит следующим образом:

• приемник обнаруживает первый фронт стартового бита и выжидает один или полтора тактовых интервала, поскольку считывание должно начаться точно в середине первой посылки;
• через один тактовый интервал считывается второй бит данных, причем это происходит точно в середине второй посылки;
• после окончания информационного обмена приемник считывает проверочный бит для обнаружения ошибок и стоповый бит;
• приемник переходит в режим ожидания следующей порции данных.

Скорость передачи информации в последовательном интерфейсе измеряется в бодах (бод — количество передаваемых битов за 1 секунду). Стандартные скорости равны 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бод и т.д. Зная скорость в бодах, можно вычислить число передаваемых символов в секунду. Например, если имеется восемь бит данных без проверки на четность и один стоповый бит, то общая длина последовательности, включая стартовый бит, равна 10. Скорость передачи символов соответствует скорости в бодах, деленной на 10. Таким образом, при скорости 9600 бод (см.рисунок выше) будет передаваться 960 символов в секунду.

Проверочный бит предназначен для обнаружения ошибок в передаваемых битах данных. Когда он присутствует, осуществляется проверка на четность или нечетность. Если интерфейс настроен на проверку по четности, такой бит будет выставляться в единицу при нечетном количестве единиц в битах данных, и наоборот. Это простейший пособ проверки на наличие одиночных ошибок в передаваемом блоке данных. Однако, если во время передачи искажению подверглись несколько битов, подобная ошибка не обнаруживается. Проверочный бит генерируется передающим UART таким образом, чтобы общее количество удиниц было нечетным или четным числом в зависимости от настройки интерфейса; приемное устройство должно иметь такую же настройку. Приемный UART считает количество единиц в принятых данных. Если данные не проходят проверку, генерируется сигнал ошибки.

В UART применяются уровни напряжения ТТЛ. Для передачи данных по каналу связи напряжение с помощью специализированных преобразователей конвертируется с инверсией: логическому нулю соответствует диапазон напряжений от +3 до +12В, логической единице — от -3 до -12В.

Разъемы RS-232 и соединение устройств

Основными разъемами, применяемыми с портом RS-232 являются DB-9S и DB-25S. На рисунке показана распиновка разъема DB-9.

Номера пинов 9-контактного разъема

а в таблице показано соответсвие сигналов контактам RS-232 для 9-ти и 25-ти контактных разъемов и их функции на компьютере

Соединение между компьютером и внешним устройством по протоколу RS-232 производится, как правило, используя, так называемое, нуль-модемное соединение . Возможно также соединение, использующее только три линии: первая для передачи данных, вторая — для приема и третья — в качестве общего проводника. Соединение организуется таким образом, что передаваемые данные от первого устройства поступают на приемную линию второго.

Соединение устройств по протоколу RS-232

В системах с используется второй тип соединения.

Назначение сигналов

Под обозначениями RS-232, RS-422 и RS-485 понимаются интерфейсы для цифровой передачи данных. Стандарт RS-232 более известен как обычный СОМ порт компьютера или последовательный порт (хотя последовательным портом также можно считать Ethernet, FireWire и USB). Интерфейсы RS-422 и RS-485 широко применяются в промышленности для соединения различного оборудования.

В таблице приведены основные отличия интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485.

* Для интерфейса RS-232 не обязательно использовать все линии контактов. Обычно используются линии данных TxD, RxD и провод земли GND, остальные линии необходимы для контроля над потоком передачи данных. Подробнее вы узнаете далее в статье.

Информация, передаваемая по интерфейсам RS-232, RS-422 и RS-485, структурирована в виде какого-либо протокола, например, в промышленности широко распространен протокол Modbus RTU.

Описание интерфейса RS-232

Интерфейс RS-232 (TIA/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.

Скорость работы RS-232 зависит от расстояния между устройствами, обычно на расстоянии 15 метров скорость равна 9600 бит/с. На минимальном расстоянии скорость обычно равна 115.2 кбит/с, но есть оборудование, которое поддерживает скорость до 921.6 кбит/с.

Интерфейс RS-232 работает в дуплексном режиме, что позволяет передавать и принимать информацию одновременно, потому что используются разные линии для приема и передачи. В этом заключается отличие от полудуплексного режима, когда используется одна линия связи для приема и передачи данных, что накладывает ограничение на одновременную работу, поэтому в полудуплексном режиме в один момент времени возможен либо прием, либо передача информации.

Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде логическими 0 и 1.

Логическому «0» (SPACE) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В.

В дополнение к двум линиям приема и передачи, на RS-232 имеются специальные линии для аппаратного управления потоком и других функций.

Для подключения к RS-232 используется специальный разъем D-sub, обычно 9 контактный DB9, реже применяется 25 контактный DB25.

Разъемы DB делятся на Male – «папа» (вилка, pin) и Female – «мама» (гнездо, socket).

Распиновка разъема DB9 для RS-232

Распайка кабеля DB9 для RS-232

Существует три типа подключения устройств в RS-232: терминал-терминал DTE-DTE, терминал- коммуникационное оборудование DTE-DCE, модем-модем DCE-DCE.

Кабель DTE-DCE называется «прямой кабель», потому что контакты соединяются один к одному.

Кабель DCE-DCE называется «нуль-модемный кабель», или по-другому кросс-кабель.

Ниже приведены таблицы распиновок всех перечисленных типов кабеля, и далее отдельно представлена таблица с переводом основных терминов на русский язык.

Распиновка прямого кабеля DB9 для RS-232

Распиновка нуль-модемного кабеля DB9 для RS-232

Таблица с распиновкой разъемов DB9 и DB25.

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

Структура передаваемых данных в RS-232

Одно сообщение, передаваемое по RS-232/422/485, состоит из стартового бита, нескольких бит данных, бита чётности и стопового бита.

Стартовый бит (start bit) - бит обозначающий начало передачи, обычно равен 0.

Данные (data bits) – 5, 6, 7 или 8 бит данных. Первым битом является менее значимый бит.

Бит четности (parity bit) – бит предназначенный для проверки четности. Служит для обнаружения ошибок. Может принимать следующие значения:

• Четность (EVEN), принимает такое значение, чтобы количество единиц в сообщении было четным
• Нечетность (ODD), принимает такое значение, чтобы количество единиц в сообщении было нечетным
• Всегда 1 (MARK), бит четности всегда будет равен 1
• Всегда 0 (SPACE), бит четности всегда будет равен 0
• Не используется (NONE)

Стоповый бит (stop bit) – бит означающий завершение передачи сообщения, может принимать значения 1, 1.5 (Data bit =5), 2.

Например, сокращение 8Е1 обозначает, что передается 8 бит данных, используется бит четности в режиме EVEN и стоп бит занимает один бит.

Управление потоком в RS-232

Для того чтобы не потерять данные существует механизм управления потоком передачи данных, позволяющий прекратить на время передачу данных для предотвращения переполнения буфера обмена.

Есть аппаратный и программный метод управления.

Аппаратный метод использует выводы RTS/CTS. Если передатчик готов послать данные, то он устанавливает сигнал на линии RTS. Если приёмник готов принимать данные, то он устанавливает сигнал на линии CTS. Если один из сигналов не установлен, то передачи данных не произойдет.

Программный метод вместо выводов использует символы Xon и Xoff (в ASCII символ Xon = 17, Xoff = 19) передаваемые по тем же линиям связи TXD/RXD, что и основные данные. При невозможности принимать данные приемник передает символ Xoff. Для возобновления передачи данных посылается символ Xon.

Как проверить работу RS-232?

При использовании 3 контактов достаточно замкнуть RXD и TXD между собой. Тогда все переданные данные будут приняты обратно. Если у вас полный RS-232, тогда вам нужно распаять специальную заглушку. В ней должны быть соединены между собой следующие контакты:

Описание интерфейса RS-422

Интерфейс RS-422 похож на RS-232, т.к. позволяет одновременно отправлять и принимать сообщения по отдельным линиям (полный дуплекс), но использует для этого дифференциальный сигнал, т.е. разницу потенциалов между проводниками А и В.

Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может меняться в пределах от 10 кбит/с (1200 метров) до 10 Мбит/с (10 метров).

В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств.

Линия RS-422 представляет собой 4 провода для приема-передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий провод земли GND.

Скручивание проводов (витая пара) между собой позволяет избавиться от наводок и помех, потому что наводка одинаково действует на оба провода, а информация извлекается из разности потенциалов между проводниками А и В одной линии.

Напряжение на линиях передачи данных может находится в диапазоне от -6 В до +6 В.

Логическому 0 соответствует разница между А и В больше +0,2 В.

Логической 1 соответствует разница между А и В меньше -0,2 В.

Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.

Распиновка RS-422 зависит от производителя устройства и указывается в документации на него.

При подключении устройства RS-422 нужно сделать перекрестие между RX и TX контактами, как показано на рисунке.

Т.к. расстояние между приемником и передатчиком RS-422 может достигать 1200 метров, то для предотвращения отражения сигнала от конца линии ставится специальный 120 Ом согласующий резистор или "терминатор". Этот резистор устанавливается между RX+ и RX- контактами в начале и в конце линии.

Как проверить работу RS-422?

Для проверки устройств с RS-422 лучше воспользоваться конвертером из RS-422 в RS-232 или USB (I-7561U). Тогда вы сможете воспользоваться ПО для работы с СОМ портом.

Описание интерфейса RS-485

В промышленности чаще всего используется интерфейс RS-485 (EIA-485), потому что в RS-485 используется многоточечная топология, что позволяет подключить несколько приемников и передатчиков.

Интерфейс RS-485 похож на RS-422 тем что также использует дифференциальный сигнал для передачи данных.

Существует два типа RS-485:

• RS-485 с 2 контактами, работает в режиме полудуплекс
• RS-485 с 4 контактами, работает в режиме полный дуплекс

В режиме полный дуплекс можно одновременно принимать и передавать данные, а в режиме полудуплекс либо передавать, либо принимать.

В одном сегменте сети RS-485 может быть до 32 устройств, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигналов до 256 устройств. В один момент времени активным может быть только один передатчик.

Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит/с на 10 метрах.

Напряжение на линиях находится в диапазоне от −7 В до +12 В.

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

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 и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C. Назначение контактов разъема приведено в таблице.

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

Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для двунапрвленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии связи показана на рисунке 1.1.

Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

Формат передаваемых данных показан на рисунке 1.2. Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) соопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определннные 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.

Рис.1.1 Схема 4-проводной линии связи для RS-232C

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис.1.3.). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (лоической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).

Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи (см. рис. 1.1), но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.

Рис.1.2 Формат данных RS-232C

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). Форматы обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях микросхем контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), например, i8250, КР580ВВ51.

Существует несколько стандартов RS-232, различающихся буквой в суффиксе: RS-232C. RS-232D. RS-232E и пр. Вдаваться в различия между ними нет никакого смысла- они являются лишь последовательным усовершенствованием и детализацией технических особенностей одного и того же устройства. Все современные порты поддерживают спецификации RS-232D или RS- 232Е. В состав любого порта с интерфейсом RS-232 (в том числе СОМ-порта PC) входит универсальный асинхронный приемопередатчик (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. UART), который потому и носит название "универсального", что одинаков для всех подобных интерфейсов (кроме RS-232, это RS-485 и RS-422 1). Также в RS-232 входит схема преобразования логических уровней UART (это обычные логические уровни 0^5 илн 0+3,3 В) в уровни RS-232, где биты передаются разпополярными уровнями напряжения, притом инвертированными относительно IJART. В UART действует положительная логика, где логическая 1 есть высокий уровень (+3 или +5 В), а у RS-232 наоборот, логическая I есть отрицательный уровень от -3 до -12 В, а логический 0 - положительный уровень от +3 до +12 В.

Сама идея передачи по этому интерфейсу заключается в передачи целого байта по одному проводу в аиде последовательных импульсов, каждый ич которых может быть 0 или 1. Если в определенные моменты времени считывать состояние линии, то можно восстановить то. что было послано. Однако эта простая идея натыкается на определенные трудности. Для приемника и передатчика, связанных между собой тремя проводами ("земля" и два сиг нальных провода "туда" и "обратно"), приходится задавать скорость передачи и приема, которая должна быть одинакова для устройств на обоих концах линии. Эти скорости стандартизированы, и выбираются из ряда 1200, 2400. 4800, 9600. 14 400, 19 200. 28 800, 38 400, 56 000, 57 600, 115 200, 128 000, 256 000 (более медленные скорости я опустил) 2 . Число это обозначает количество передаваемых/принимаемых бит в секунду (бод). Проблема состоит в том, что приемник и передатчик - это физически совершенно разные системы, и скорости эти для них не могут быть строго одинаковыми в принципе (из-за разброса параметров тактовых генераторов), и даже если их каким-то фантастическим образом синхронизировать в начале, то они в любом случае быстро "разъедутся". Поэтому такая передача всегда сопровождается начальным (стартовым) битом, который служит для синхронизации. После нею идут восемь (или девять - если используется проверка на четность) информационных битов, а затем стоповые биты, которых может быт ь один, два и более, но это уже не имеет принципиального значения - почему, мы сейчас увидим.

Общая диаграмма передачи таких последовательностей показана на рис. ГИЛ. Хитрость заключается в том, что состояния линии передачи, называемые стартовый и столовый биты, имеют разные уровни. В данном случае стартовый бит передается положительным уровнем напряжения (логическим нулем), а столовый- отрицательным уровнем (логической единицей) 3 , по-

Обычный формат данных, по которому работает львиная доля всех устройств, обозначается 8nl, что читается так: 8 информационных бит, no parity,

тому фронт стартового бита всегда однозначно распознается. В этот-то момент и происходит синхронизация. Приемник отсчитывает время от фронта стартового бита, равное Ъ А периода заданной частоты обмена (чтобы попасть примерно в середину следующего бита), и затем восемь (или девять, если это задано заранее) раз подряд с заданным периодом регистрирует состояние линии. После этого линия переходит в состояние стопового бита и может в нем пребывать сколь угодно долго, пока не придет следующий стартовый бит. Задание минимального количества стоповых битов, однако, производится тоже- для того чтобы приемник знал, сколько времени минимально ему нужно ожидать следующего стартового бита (как минимум, это может быть, естественно, один период частоты обмена, т. е. один стоповый бит). Если по истечении этого времени стартовый бит не придет, приемник может регистрировать так называемый Timeout, т. е. перерыв, по-русски, и заняться своими делами. Если же линия "зависнет" в состоянии логического 0 (высокого уровня напряжения), то это может восприниматься устройством, как состояние "обрыва" линии- не очень удобный механизм, и в микроконтроллерах он через UART не поддерживается. Это не мешает нам, естественно, для установки или определения такого состояния просто отключать UART и устанавливать состояние логического нуля на выводе TxD (что и есть имитация физического "обрыва"), или определять уровень логического 0 на выводе RxD, но серьезных причин для использования этой возможности, я, честно говоря, не вижу (см. на эту тему также замечание в главе 20).

Рис. П4.1. Диаграмма передачи данных по последовательному интерфейсу RS-232

в формате 8N2

1 столовый бит. "No parity" означает, что проверка на четность не производится. Это самая распространенная схема работы такого порта, причем, т. к. никакими тайм-аугами (Timeout) мы также себе голову заморачивать не будем, то нам в принципе все равно, сколько стоповых битов будет, но во избежание излишних сложностей следует их устанавливать всегда одинаково - у передатчика и у приемника. На диаграмме рис. П4.1 показана передача некоего кода, а также, для наглядности, передача байта, состоящего из всеч единиц и из всех нулей в формате, опять же для наглядности, 8п2.

Из описанного алгоритма работы понятно, что погрешность несовпадения скоростей обмена может быть такой, чтобы фронты не "разъезжались" за время передачи/приема всех десяти-двенадцати битов более, чем на полпериода, т. е. в принципе фактическая разница скоростей может достигать 4-5%, но на практике их стараются все же сделать как можно ближе к стандартным величинам.

Приемник RS-232 часто дополнительно снабжают схемой, которая фиксирует уровень не единожды за период действия бита, а трижды, при этом за окончательный результат принимается уровень двух одинаковых из трех полученных состояний линии, таким образом удается избежать случайных помех. Длина линии связи по стандарту не должна превышать 15 м. но на практике это могут быть много большие величины. Если скорость передачи не выбирать слишком высокой, то такая линия может надежно работать на десятки метров (автору этих строк удавалось без дополнительных ухищрений наладить обмен с компьютером на скорости 4800 по кабелю, правда, довольно толстому, длиной около полукилометра). В табл. П4.1 приведены ориентировочные эмпирические данные по длине неэкранированной линии связи для различных скоростей передвчи.

Таблица П4.1. Длина кабеля RS-232 для разных скоростей передачи данных

Эти данные ни в коем случае не могут считаться официальными - слишком много влияющих факторов (уровень помех, толщина проводов, их взаимное расположение в кабеле, фактические уровни напряжения, выходное/входное сопротивление портов и т. п.). В случае экранированного кабеля 4 эти величины можно увеличить примерно в полтора-два раза. Во всех случаях использования "несанкционированной" длины кабеля связи следует применять меры по дополнительной проверке целостности данных- контроль четности, и/или программные способы (вычисление контрольных сумм и т. п.), описанные в главе 20.

Для работы в обе стороны нужно две линии, которые у каждого приемопередатчика обозначаются RxD (приемная) и TxD (передающая). В каждый момент времени может работать только одна из линий, т. е. приемопередатчик либо передает, либо принимает данные, но не одновременно (так называемый "полудуплексный режим" - это сделано потому, что у UART-микросхем чаще всего один регистр и на прием и на передачу). Кроме линий RxD и TxD, в разъемах RS-232 присутствуют также и другие линии. Полный список всех контактов для обоих стандартных разъемов типа DB (9- и 25-контактного) приведен в табл. П4.2. Нумерация контактов DB-разъема обычно написана прямо на нем, она также есть на рис. 10.8 в главе 10 (на примере гнезда разъема для игрового порта DB-15F).

Таблица П4.2. Контакты для ОВ-разьемов

Таблица П4.2 (окончание)

Для нормальной совместной работы приемника и передатчика выводы RxD н TxD, естественно, нужно соединять накрест - TxD одного устройства с RxD второго и наоборот (то же относится и к RTS-CTS и т. д.). Кабели RS-232, которые устроены именно таким образом, называются еще нуль-модемными (в отличие от простых удлинительных). Их стандартная конфигурация показана на рис. П4.2. В варианте "с" (справа на рисунке) дополнительные выводы соединены именно так, как описано ранее.

Рис. П4.2. Схемы нуль-модемных кабелей RS-232: a.b - различные полные варианты,

с - минимальный вариант

Выходные линии RTS и DTR иногда могут использовать и для "незаконных" целей - питания устройств, подсоединенных к СОМ-порту. Именно так устроены, например, компьютерные мыши, работающие через СОМ. Позже мы покажем пример устройства (преобразователя уровней), которое будет использовать питание от вывода RTS. А как при необходимости можно установить эти линии в нужное состояние?