RS-232 – обзор интерфейса, преобразователи, распиновка

Содержание статьи:

1. Обзор стандарта
2. Распиновки кабелей
3. Как получить 5 вольт от порта RS-232
4. Преобразователи интерфейса
   
   • RS-232 в TTL
   • RS232–RS422
   • RS232–RS485

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.

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.

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. Они могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

• Смотрите схему реобаса для ПК

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

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.

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

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 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.

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

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

Распиновки кабелей RS-232

Рассмотрим стандартные и не очень распиновки кабелей.

Условные обозначения:

• F — «мама»;
• M — «папа»;
• «-» — соединение;
• «х» — нет соединения;
• «+» — линии объединяются.

DTE 9 F <--> DCE 9 M

Применяется для соединения таких устройств как компьютер и модем.

Соединение прямое:

• 1 — 1
• 2 — 2
• 3 — 3
• …
• …
• 9 — 9

DTE 9 F <--> DTE 9 F (Null-modem 9)

Применяется для соединения таких устройств как компьютер и компьютер.

Соединение:

• 1+7- 8
• 2 — 3
• 3 — 2
• 4 — 6
• 5 — 5
• 6 — 4
• 7+1 — 8
• 8 — 1+7

DTE 25 F <--> DCE 9 M

Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и 9-пиновая мышь (или модем).

Соединение:

• 2 — 3
• 3 — 2
• 4 — 7
• 5 — 8
• 6 — 6
• 7 — 5
• 8 — 1
• 20 — 4
• 22 – 9

DTE 9 F <--> DCE 25 M

Применяется для соединения таких устройств как компьютер (9-пиновый разъем) и 25-пиновая мышь (или модем).

Соединение:

• 1 — 8
• 2 — 3
• 3 — 2
• 4 — 20
• 5 — 7
• 6 — 6
• 7 — 4
• 8 — 5
• 9 — 22

DTE 25 F <--> DCE 25 M

Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и 25-пиновая мышь (или модем).

Соединение прямое:

• 1 — 1
• 2 — 2
• 3 — 3
• 4 — 4
• …

< !--dle_li-->

• …
• 24 — 24
• 25 – 25

DTE 25 F <--> DTE 25 F (Null-modem Универсальный 25)

Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и компьютер (25-пиновый разъем).

Соединение:

• 1 — 1
• 2 — 3
• 3 — 2
• 4 — 5
• 5 — 4
• 6+8 — 20
• 7 — 7
• 20 — 6+8

Заглушка на COM-порт 9 pin F

Применяется для тестирования коммуникационных приложений.

Соединение:

• 2+3
• 1+6+4
• 7+8

Заглушка на COM-порт 25 pin F

Применяется для тестирования коммуникационных приложений.

Соединение:

• 2+3
• 4+5
• 6+8+20

Как получить 5 вольт от порта RS-232?

Список необходимых деталей:

1. Линейный регулятор — L78L05.
2. 2 выпрямительных диода (D1, D2) — 1N4004.
3. Электролитический конденсатор (C1) — 22 мкФ.
4. Конденсатор (C2) — 0.001 мкФ.
5. 2 резистора (R1, R2) — 43 Ом.

В схеме используется LM78L05 или советский аналог на 5В. Диоды любые. Напряжение +5В получается из сигналов RTS и DTR в RS-232. Эта схема даже из портативного компьютера может выдавать ток 12 мА. Единственный недостаток — то, что устройство транзисторно-транзисторной логики должно быть изолировано от корпуса компьютера, потому что интерфейс воспринимает корпус RS-232 как положительное напряжение.

Преобразователи интерфейса RS-232

Конвертер RS-232 в TTL

При разработке различного рода электронных устройств с использованием микроконтроллеров очень часто оказывается полезной возможность подключения их к персональному компьютеру через последовательный порт. Однако напрямую это сделать невозможно, поскольку по стандарту RS-232 сигнал передается уровнями -3…-15 В (логическая <1>) и +3..+15В (логический <0>).

Для преобразования уровней RS-232 в стандартные логические уровни TTL обычно используют специальные микросхемы преобразователей. Однако далеко не всегда имеет смысл закладывать преобразователь уровней в схему проектируемого устройства, поскольку часто бывает так, что связь с компьютером нужна только на этапе изготовления и отладки устройства, а для конечного изделия в ней нет никакой необходимости.

• Читайте также о независимом подключении двух винчестеров в компьютере

Логичным выходом в данной ситуации может послужить изготовление отдельного преобразователя уровней RS-232 в TTL. Схема одного из возможных вариантов приведена ниже:

Необходимые детали:

1. ИС RS-232 интерфейса (U1) — MAX232A.
2. Линейный регулятор (U2) — LM78L05A.
3. Диод (D1).
4. Конденсатор (С1-С5) — 5х0.1 мкФ.
5. Электролитический конденсатор (С6) — 4.7 мкФ.
6. Разьем (Cn1) — TTL.
7. Разьем (Cn2) — RS-232.

Основу предлагаемого конвертера составляет широко распространенная микросхема преобразователя уровней MAX232A фирмы Maxim (U1), которая имеет также множество аналогов других производителей (Analog Devices, LG и др.). Данная микросхема рассчитана на напряжение питания 5В и имеет встроенные удвоитель и инвертор напряжения на переключаемых конденсаторах для получения напряжений +10 В, необходимых для работы с сигналами стандарта RS-232. Для работы микросхемы требуется 4 внешних конденсатора (C1, C2, C3, C4) емкостью 0.1 мкФ, которые используются в преобразователе напряжения.

Кроме того, с целью упрощения использования данного преобразователя в нем предусмотрена схема питания прямо от последовательного порта, что избавляет от необходимости использования внешних источников питания.

• Рекомендуем узнать, как выполнить уникальный моддинг системного блока ПК в корпусе из оргстекла

Напряжение питания 5 В создается маломощным линейным стабилизатором напряжения LM78L05 (U2), вход которого подключен к накопительному конденсатору C6. Конденсатор C6 заряжается через диод от сигнала Data Terminal Ready (DTR, четвертый контакт 9-pin разъема RS-232). Диод D1 может быть любого типа (у нас использован диод в корпусе для поверхностного монтажа, выпаянный со сгоревшей материнской платы). Для нормальной работы такого преобразователя питания требуется, чтобы большую часть времени сигнал DTR имел значение логического нуля. Это должно обеспечиваться используемой терминальной программой или программой пользователя.

Использование описанного выше преобразователя RS-232 в TTL оказывается удобным в тех случаях, когда в процессе эксплуатации устройства не требуется наличие возможности связи с компьютером, но она нужна на этапе отладки или изготовления устройства. Типичным примером этого может служить, например, устройство с flash или EEPROM памятью, требующей начальной инициализации. Кроме того, часто бывает очень удобно в процессе разработки выводить в последовательный порт различного рода отладочную информацию, что иногда позволяет обойтись без аппаратных эмуляторов.

Преобразователь интерфейса RS232–RS422

Конвертер собран на SMD элементах и помещается в корпусе разьёма Sub-D9.

Все резисторы — 0.25 Вт, конденсаторы 16В. Корпус COM-порта соединен с -5В. Питание 5В взято с RJ-45.

Печатную плату можно скачать ниже:

Файлы для скачивания: rs232rs422.rar

Схема преобразователя интерфейсов RS232–RS485

Интерфейс RS485 довольно широко распространен в сфере подключения промышленного оборудования. По своему принципу работы он напоминает популярный интерфейс последовательной передачи данных RS232, однако RS485 более надежный и позволяет передавать информацию на куда большие расстояния, чем это может сделать RS232.

К сожалению, персональные компьютеры и большинство микроконтроллеров изначально не поддерживают интерфейс RS485, зато поддерживают RS232. Для того, чтобы соединить эти два мира в одно информационное пространство, следует собрать преобразователь этих интерфейсов. Представленная в данном материале схема позволяет сделать своими руками простой конвертер интерфейсов RS232-RS485, который позволит подключить компьютер или другое устройство к другим устройствам с RS485.

Схема основана на популярных микросхемах MAX232 и MAX485. Разъем DB-9 соединяет плату с последовательным портом с помощью кабеля. Разъемы J1 и J2 предоставляют доступ к линиям ввода/вывода MAX232, а разъем CN1 позволяет получить доступ к линиям ввода/вывода MAX485. С помощью джампера J4 к плате можно подвести внешнее питание до 12 В, которое будет преобразовано стабилизатором в 5 В. Если вы подаете питание через разъем J1, то убедитесь, что J4 разомкнут. Светодиод D2 обеспечивает визуальную индикацию питания платы, а диод D1 защищает от подключения питания не правильной полярности.

Кабель RS485 подключается к разъему CN2 через сопротивления R3, R1 и R4, обеспечивающие необходимый импеданс. Вывод A разъёма CN1 представляет собой вывод контроля приема/передачи. Подтяжка этого вывода к земле позволит RS485 работать в режиме приёма, а подтяжка к напряжению питания Vcc в режиме передачи.

Для подключения MAX232 к MAX485 соедините вывод C разъема J1 с выводом DI разъема CN1 и соедините вывод B разъема J1 с выводом RO разъема CN1.

Ниже представлены схема расположения компонентов на печатной плате и сама печатная плата.

Как мы видим, плата имеет довольно компактные размеры, всего 63.50 мм по длине и 42.55 по ширине. Это дает возможность размещать преобразователь интерфейсов в довольно узких местах оборудования. Расположение компонентов не слишком плотное, но и не слишком разряженное. Все разъемы расположены для подключения кабелей по бокам, что обеспечивает удобство пользования данным конвертером интерфейсов. В целом такая плата довольно легко паяется и монтаж элементов не представляет собой большой сложности.