Как сделать последовательный интерфейс

Обновлено: 07.07.2024

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.

EIA RS-232-C, CCITT V.24

115 Кбит/с (максимум)

несимметричный по напряжению

полный дуплекс, от точки к точке

Порядок обмена по интерфейсу RS-232C

Контакт
(25-контактный разъем)

Контакт
(9-контактный разъем)

Carrier Detect (Определение несущей )

Receive Data (Принимаемые данные)

Transmit Data (Передаваемые данные)

Data Terminal Ready (Готовность терминала)

System Ground (Корпус системы)

Data Set Ready (Готовность данных)

Request to Send (Запрос на отправку)

Clear to Send (Готовность приема)

Ring Indicator (Индикатор)

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.

Рис.1.3 Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи.

none Опубликована: 2005 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Наряду с параллельным портом COM-порт, или последовательный порт является одним из традиционных портов ввода-вывода компьютера, использовавшимся еще в первых ПК. Хотя в современных компьютерах COM-порт имеет ограниченное применение, тем не менее, информация о нем, возможно, будет полезной многим пользователям.

Назначение последовательного порта – история и современное использование

Последовательный порт, как и параллельный, появился задолго до появления персональных компьютеров архитектуры IBM PC. В первых персоналках COM-порт использовался для подсоединения периферийных устройств. Однако сфера его применения несколько отличалась от сферы применения параллельного порта. Если параллельный порт использовался в основном для подключения принтеров, то COM-порт (кстати, приставка COM – это всего лишь сокращение от слова communication) обычно применялся для работы с телекоммуникационными устройствами, такими, как модемы. Тем не менее, к порту можно подключить, например, мышь, а также другие периферийные устройства.

COM-порт, основные сферы применения:

Подключение терминалов
~ внешних модемов
~ принтеров и плоттеров
~ мыши
Прямое соединение двух компьютеров

Тем не менее, в ряде специализированных устройств последовательный порт до сих используется. Можно найти его и на многих материнских платах. Дело в том, что по сравнению с USB COM-порт имеет одно важное преимущество – согласно стандарту последовательной передачи данных RS-232, он может работать с устройствами на расстоянии в несколько десятков метров, в то время как радиус действия кабеля USB, как правило, ограничен 5 метрами.

Принцип работы последовательного порта и его отличие от параллельного

В отличие от параллельного (LPT) порта, последовательный порт передает данные побитно по одной-единственной линии, а не по нескольким одновременно. Последовательности битов группируются в серии данных, начинающиеся стартовым битом и кончающиеся стоповым битом, а также битами контроля четности, использующимися для контроля ошибок. Отсюда происходит и еще одно английское название, которое имеет последовательный порт – Serial Port.

Последовательный порт имеет две линии, по которым передаются собственно данные – это линии для передачи данных от терминала (ПК) к коммуникационному устройству и обратно. Кроме того, существует еще несколько управляющих линий. Обслуживает Serial port специальная микросхема UART, которая способна поддерживать относительно высокую скорость передачи данных, достигающую 115 000 бод (байт/с). Правда, стоит отметить, что реальная скорость обмена информацией зависит от обоих коммуникационных устройств. Кроме того, в функции контроллера UART входит преобразование параллельного кода в последовательный и обратно.

Порт использует электрические сигналы сравнительного высокого напряжения – до +15 B и -15 В. Уровень логического нуля последовательного порта составляет +12 В, а логической единицы – -12 В. Такой большой перепад напряжений позволяет гарантировать высокую степень помехоустойчивости передаваемых данных. С другой стороны, используемые в Serial port высокие напряжения требуют сложных схемотехнических решений. Это обстоятельство также поспособствовало снижению популярности порта.

Последовательный интерфейс RS-232

Работа Serial port на ПК базируется на стандарте передачи данных для последовательных устройств RS-232. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например, модемом и компьютерным терминалом. Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, длительность, а также размеры коннекторов и схему выводов для них. При этом RS-232 описывает лишь физический уровень процесса передачи данных и не касается используемых при этом транспортных протоколов, которые могут меняться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Стандарт RS-232 был создан в 1969 г, а его последняя версия, TIA 232, вышла в 1997 г. В настоящее время RS-232 считается устаревшим, однако большинство операционных систем до сих пор его поддерживает.

9- штырьковое гнездо DB-9 на материнской плате

Разъем DB-9 на кабеле подключаемого к порту устройства

В отличие от параллельного порта, разъемы с обеих сторон двустороннего последовательного кабеля идентичны. Помимо линий для передачи самих данных, порт содержит несколько служебных линий, по которым между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом) может передаваться управляющая информация. Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно лишь трех каналов – прием данных, передача данных и земля, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и, как следствие, более быстрой.

Назначение линий разъема Serial port DB-9 согласно RS-232 и их соответствие контактам разъема DB-25:

Контакт DB-9	Английское название	Русское название	Контакт DB-25
1	Data Carrier Detect	Несущая обнаружена	8
2	Transmit Data	Передаваемые данные	2
3	Receive Data	Принимаемые данные	3
4	Data Terminal Ready	Готовность терминала	20
5	Ground	Земля	7
6	Data Set Ready	Готовность передающего устройства	6
7	Request To Send	Запрос на отправку данных	4
8	Clear To Send	Передача данных разрешена	5
9	Ring Indicator	Индикатор звонка	22

Конфигурирование и прерывания

Поскольку в компьютере может быть несколько последовательных портов (до 4), то в системе для них выделяется два аппаратных прерывания — IRQ 3 (COM 2 и 4) и IRQ 4 (COM 1 и 3) и несколько прерываний BIOS. Многие коммуникационные программы, а также встроенные модемы используют для своей работы прерывания и адресное пространство портов COM. При этом обычно применяются не реальные порты, а так называемые виртуальные порты, которые эмулируются самой операционной системой.

Как и в случае многих других компонентов материнской платы, параметры работы портов COM, в частности, значения прерываний BIOS, соответствующих аппаратным прерываниям, можно настроить через интерфейс BIOS Setup. Для этого используются такие опции BIOS, как COM Port, Serial Port, Onboard Serial Port, Serial Port Address, и т.п.

Заключение

Последовательный порт ПК в настоящее время не является широко используемым средством для ввода-вывода информации. Тем не менее, поскольку существует большое количество оборудования, прежде всего, телекоммуникационного назначения, созданного для работы с последовательным портом, а также благодаря некоторым достоинствам протокола последовательной передачи данных RS-232, последовательный интерфейс пока еще не следует списывать со счетов, как абсолютно устаревший рудимент архитектуры персонального компьютера.

В статье представлен обзор стандарта RS-232 — особенности и назначение интерфейса, схемы преобразователей в TTL, RS-422, RS-485, как получить 5В от порта RS-232.

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.

Стандарт	EIA RS-232-C, CCITT V.24
Скорость передачи	115 Кбит/с (максимум)
Расстояние передачи	15 м (максимум)
Характер сигнала	несимметричный по напряжению
Количество драйверов	1
Количество приемников	1
Схема соединения	полный дуплекс, от точки к точке

Порядок обмена по интерфейсу RS-232C:

Наименование	Направление	Описание	Контакт (25-контактный разъем)	Контакт (9-контактный разъем)
DCD	IN	Carrier Detect (Определение несущей)	8	1
RXD	IN	Receive Data (Принимаемые данные)	3	2
TXD	OUT	Transmit Data (Передаваемые данные)	2	3
DTR	OUT	Data Terminal Ready (Готовность терминала)	20	4
GND	—	System Ground (Корпус системы)	7	5
DSR	IN	Data Set Ready (Готовность данных)	6	6
RTS	OUT	Request to Send (Запрос на отправку)	4	7
CTS	IN	Clear to Send (Готовность приема)	5	8
RI	IN	Ring Indicator (Индикатор)	22	9

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

Назначение сигналов следующее:

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).

Распиновки кабелей RS-232

Рассмотрим стандартные и не очень распиновки кабелей.

Условные обозначения:

Применяется для соединения таких устройств как компьютер и модем.

Соединение прямое:

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

Применяется для соединения таких устройств как компьютер и компьютер.

DTE 25 F DCE 9 M

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

DTE 9 F DCE 25 M

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

DTE 25 F DCE 25 M

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

Соединение прямое:

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).

Заглушка на COM-порт 9 pin F

Применяется для тестирования коммуникационных приложений.

Заглушка на COM-порт 25 pin F

Применяется для тестирования коммуникационных приложений.

Как получить 5 вольт от порта RS-232?

Список необходимых деталей:

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

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 ) и +3..+15В (логический ).

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.

Необходимые детали:

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

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

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.

Интерфейсы Ethernet маршрутизатора используются в качестве шлюзов для конечных устройств в сетях LAN, непосредственно соединенных с маршрутизатором.

У каждого интерфейса Ethernet должны быть IP-адрес и маска подсети, чтобы направлять пакеты IP.

Чтобы сконфигурировать интерфейс Ethernet, выполните следующие шаги:

1. Войдите в глобальный режим конфигурации.

2. Войдите в режим конфигурации интерфейса.

3. Определите адрес интерфейса и маску подсети.

4. Включите интерфейс.

Как показано на рисунке, сконфигурируйте IP-адрес Ethernet, используя следующие команды:

Включение Интерфейса

По умолчанию интерфейсы отключены. Чтобы включить интерфейс, введите команду no shutdown из режима конфигурации интерфейса. Если интерфейс должен быть отключен для обслуживания или поиска и устранения неисправностей, используйте команду shutdown .

Конфигурирование Последовательных интерфейсов Маршрутизатора

Последовательные интерфейсы используются, чтобы соединять WAN с маршрутизаторами в удаленном расположении или ISP.

Чтобы сконфигурировать последовательный интерфейс, выполните следующее:

1. Войдите в глобальный режим конфигурации.

2. Войдите в интерфейсный режим.

3. Определите адрес интерфейса и маску подсети.

4. Установите тактовую частоту, если соединяется кабель DCE. Пропустите этот шаг, если соединяется кабель DTE.

5. Включите интерфейс.

У каждого подключенного последовательного интерфейса должны быть IP-адрес и маска подсети, чтобы направлять пакеты IP.

Сконфигурируйте IP-адрес следующими командами:

Последовательные интерфейсы требуют сигнала синхронизации, чтобы управлять синхронизацией коммуникаций. В большинстве сред устройство DCE, такое как CSU/DSU, обеспечивает часы. По умолчанию маршрутизаторы Cisco являются устройствами DTE, но они могут быть сконфигурированы как устройства DCE.

На последовательных каналах, которые соединяются непосредственно, --> одна сторона должна работать как DCE, чтобы обеспечивать сигнал синхронизации. Включение часов и скорость определяются командой clock rate . Некоторые скорости передачи не могут быть доступны на определенных последовательных интерфейсах. Это зависит от емкости каждого интерфейса.

Как показано на рисунке, команды, которые используются, чтобы установить тактовую частоту и включить последовательный интерфейс, следующие:

Как только изменения конфигурации были произведены на маршрутизаторе, не забудьте использовать команды show, чтобы проверить корректность изменений, а затем сохраните измененную конфигурацию в конфигурацию запуска.

Читайте также: