Распайка и схема подключения COM порта RS232:
Аппаратный контроль | Программный контроль | |
Скорость передачи | Любая скорость | Низкая скорость |
Скорость реакции | Быстрая | Медленная |
Поддержка интерфейса | RS-232/422 | RS-232/422/485 |
Символ начала передачи данных | Любой | Только XON/XOFF |
Потеря данных | Нет | Возможно |
Использование контактов | Полное | Упрощенное |
INTERBUS
INTERBUS представляет собой кольцевую систему. Передающая и принимающая линии объединены в один кабель, из-за этого INTERBUS воспринимается как древовидная структура с линиями, представленными ответвлениями от магистрального кабеля. Эти ответвления соединяются с удаленной шиной через ответвительные клеммные модули шины. Соединения между оконечными устройствами удаленной шины являются активными соединениями точка-точка, физический уровень соответствует стандарту RS-422. При этом полезные данные передаются как дифференциальные сигналы по попарно скрученным сдвоенным проводам (4 провода) в дуплексном режиме. Скорость передачи данных составляет 500 кбит/с или 2 Мбит/с. Возможная общая протяженность линий связи до 12,8 км, при этом система может включать в себя максимум 255 сегментов длиной до 400 м каждый.
Применение повторителей и согласующих резисторов-терминалов на конце линии не требуется, поскольку кольцо автоматически замыкается на последнем устройстве удаленной шины.
TTY
Интерфейс TTY с токовой петлей впервые был применен в телеграфии. В настоящее время его все еще можно встретить в программируемых логических контроллерах (ПЛК) и принтерах. Как для передачи, так и для приема данных необходимо по одной паре линий, при этом линии должны быть попарно скручены. Передача данных осуществляется в дуплексном режиме с программным квитированием. Линии передачи управляющих сигналов не предусмотрены. Значение тока 20 мА в петле соответствует состоянию логическая «I». Если цепь тока разорвана, это воспринимается как состояние логический «0». В каждой петле требуется формирующий ток источник, который может быть подключен либо на передающей, либо на принимающей стороне. Сторона, формирующая ток, считается «активной», «пассивная» же находится всегда напротив активной. Различают три конфигурации интерфейса:
- Полностью активные интерфейсы TTY с источниками тока как ветви передатчика, так и в ветви приемника.
- Пассивные интерфейсы TTY без соответствующих источников стабилизированного тока.
- Полуактивные интерфейсы TTY с источником тока только на стороне передачи (TD).
Приемник (RD) является пассивным. Каждая токовая петля может работать лишь с одним источником тока. Разрешены только комбинации «полностью активный/пассивный» и «полуактивный/полуактивный». Такая передача данных может быть реализована на расстояния до 1000 м. Максимальная скорость передачи составляет 19200 бит/с.
RS-422
Требования интеллектуальных машин к быстрым и высокопроизводительным средствам передачи данных описываются стандартом RS-422. Последовательная передача данных между двумя устройствами осуществляется в дуплексном режиме со скоростью до 10 Мбит/с на расстояния до 1200 м.
Интерфейс реализует как минимум один канал передачи данных (Т) и один канал приема данных (R). Координация приема/передачи осуществляется при этом на основе программного квитирования. В качестве варианта возможна передача с аппаратным квитированием. При этом требуется наличие каналов управления (I) и сигнализации (С). Высокая надежность передачи достигается путем измерения дифференциального напряжения между проводниками соответствующей скрученной пары. Паразитное напряжение, возникающее относительно общего провода, влияния не оказывает.
Электрические уровни в линиях передачи данных определены следующим образом:
- от -0,3 до -6 для логической «1»
- от +0,3 до +6 для логического «0».
Состояние сигнала характеризуется разницей напряжений между точками замера (А) и (В). Если напряжение в точке (А) по сравнению с напряжением в точке (В): — Отрицательно, то линия данных – лог. I, линия управления – лог.0, (UA-UB-0,3 B).
Оконченные сопротивления нагрузки (100…200 Ом) на входах приемника, не только препятствует отражению в линии передачи, но и дополнительно повышают надежность передачи благодаря четко выраженному результирующему току.
Расширитель портов 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. Расширитель портов может быть использован для управления коммутатором от 3 устройств DTE (например, компьютеров).
Прибор поддерживает все режимы связи RS-232 (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.
Распиновка разъема RS232
9-и контактная (DB9) версия RS232
25-и контактная (DB25) версия RS232
На схеме 25-и контактного разъема RS232 черным цветом отмечены выводы, общие для обоих типов разъемов. На рисунке и таблице ниже показана распайка переходника с 25-контактного разъема на 9-и контактный.
Как преодолеть ограничения стандарта RS-232
Наиболее существенными недостатками стандарта RS-232 являются небольшое расстояние, на которое можно передавать сигнал и возможность соединения только двух устройств по типу «точка-точка».
Для их преодоления используют специальные устройства – удлинители линии и расширители портов.
Удлинитель линии связи Range Extender
Предназначен для преодоления ограничений по расстоянию для приборов, 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. Удлинитель линии может быть использован для увеличения расстояния связи для любого нуль-модемного соединения RS-232, для управления оборудованием через интерфейс RS-422, либо в качестве преобразователя общего назначения из RS-232 в RS-422 и обратно.
Работает во всех режимах связи (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.
Заглушка для RS232
Ниже представлена распайка разъемов RS232 для тестирования компьютерного последовательного порта. Линии данных и квитирования соединены. В этом случае, посылаемые данные немедленно возвращаются назад и анализируются стандартным программным обеспечением проверки последовательного порта.
DB9 | DB25 | Назначение |
1 + 4 + 6 | 6 + 8 + 20 | DTR -> CD + DSR |
2 + 3 | 2 + 3 | Tx -> Rx |
7 + 8 | 4 + 5 | RTS -> CTS |
Типы разъемов
Изначально стандарт описывал применение 25-контактного соединителя, типа DB25. DTE-устройство должно оснащаться вилкой (male — «папа»), DCE-устройство — розеткой (female — «мама»). Позднее, с появлением IBM PC, стали использовать усеченный вариант интерфейса и 9-контактные соединители DB9, наиболее распространенные в настоящее время.
RS-485 W2
Этот тип последовательного интерфейса отличается не только высокой производительностью, как и интерфейс RS-422, но также допускает многоточечное подсоединение до 32 оконечных устройств. Электрические уровни и сопоставленные им логические значения идентичны определяемым стандартом RS-422. правда, из-за 2-проводной схемы соединения передача данных может осуществляться только в полудуплексном режиме, это означает, что передача и прием данных производятся попеременно и должны управляться соответствующей программой. Соответствующий программно реализуемый протокол должен в отличие от коммуникации по чистой схеме точка-точка обеспечить возможность обращения к каждому подключенному по многоточечной схеме оконечному устройству по адресу, а также идентификацию этого устройства. В каждый момент времени передавать данные может лишь одно оконечное устройство, все остальные должны в это время находиться в режиме «слушания». Двухпроводной шинный кабель может иметь длину до 1200 м, на его обоих концах должны быть подключены оконечные сопротивления нагрузки (100…200 Ом). Отдельные оконечные устройства могут удаляться от шины с использованием ответвлений на расстояние до 5 м. При применении попарно скрученного и экранированного кабеля максимальная скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с. Стандарт RS-485 определяет всего лишь физические свойства интерфейса. Поэтому совместимость интерфейсов RS-485 между собой не обязательно гарантирована. Такие параметры, как скорость передачи, формат и кодирование данных определяются системными стандартами, например стандартами INTERBUS, PROFIBUS, MODBUS и т.п.
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.
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.
Как это работает
Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) – ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе – DCE (Data Communications Equipment) – ОПД (Оборудование Передачи Данных).
До появления интерфейсов IEEE-1394 и USB‑2 асинхронный последовательный интерфейс был основным устройством, с помощью которого осуществлялось взаимодействие компьютеров. Слово «асинхронный» означает, что при передаче данных специальный синхронизирующий сигнал не используется, и отдельные символы могут передаваться с произвольными временными интервалами.
Каждый символ должен быть «взят в скобки» т.е. ему должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а заканчиваться его передача должна стоповым сигналом. Стартовый сигнал – это нулевой бит (с уровнем логического 0), который называется стартовым битом. Его предназначение – сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь бит представляют из себя байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании его передачи. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а в передаваемой информации примерно 20% оказывается «лишней», предназначенной только для идентификации начала и конца каждого символа.
Термин последовательный означает, что связь осуществляется по одиночному проводу, а биты передаются последовательно, один за другим.
Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) – ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе – DCE (Data Communications Equipment) – ОПД (Оборудование Передачи Данных).
Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.
Переходной кабель с 25 pin RS232 на 9 pin
DB9 | DB25 | Назначение |
1 | 8 | Data carrier detect |
2 | 3 | Receive data |
3 | 2 | Transmit data |
4 | 20 | Data terminal ready |
5 | 7 | Signal ground |
6 | 6 | Data set ready |
7 | 4 | Request to send |
8 | 5 | Clear to send |
9 | 22 | Ring indicator |
CANopen/Device Net
Протокол локальной сети контроллеров (Controller Area Network (CAN)) был первоначально разработан для объединения в сеть автомобильной электроники. Путем расширения протокола были получены системы CANopen и Device Net для промышленных применений полевой шины.
Все оконечные устройства шины соединяют линейно трехжильным кабелем имеющим в начале и в конце согласующие сопротивления.
Оконечные устройства прослушивают обмен данными по шине и, дождавшись паузы, начинают передачу пакетов данных. Часто несколько оконечных устройств идентифицируют шину как свободную и начинают передачу данных одновременно. Поскольку разные пакеты данных при этом могли бы мешать друг другу, предусмотрен побитовый арбитраж, предотвращающий потерю данных. Этот механизм называют Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidment (сокращенно CSMA/CA – множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов).
Оконечные устройства сравнивают уровни сигнала на шине с уровнями передаваемых ими сигналов. Эти уровни могут оказаться либо доминантными (уровень 0) или рецессивными (уровень I). Как только поверх собственной комбинации битов будет записан доминантный уровень, это означает, что другое оконечное устройство перешло в режим передачи. Оказавшийся рецессивным передатчик немедленно останавливает свою передачу и будет пытаться снова передать свой пакет данных уже во время следующей паузы. Сообщения, а тем самым и запросы на доступ к шине можно при раздаче адресов ранжировать по приоритетам в зависимости от количества доминантных бит.
Время распространения сигнала ограничивает максимально достижимую протяженность сети в зависимости от скорости передачи, так как метод CSMA/CA работает только в ограниченном временном окне. Это обязательно необходимо учитывать при проектировании.
Устройства с RS232 в ассортименте АВЕОН:
Конвертеры интерфейсов
Конвертеры Advantech серии ADAM-4500
Преобразователи ICP DAS серий I-7000, tM
ICP DAS серий PPDS, PDS / Программируемые
Преобразователи MOXA серии A52/A53
Конвертеры MOXA серии TCC
Конвертеры Dataforth
Конвертеры RS-232C в RS-485
Удлинители интерфейса Dataforth
Устройства защиты
Серверы последовательных интерфейсов
Ethernet в RS-232, RS-422, RS-485
MOXA серии NPort IA-5000 и 5000AI / Для жестких условий эксплуатации
ICP DAS / Программируемые
MOXA серий MiiNePort, NE-4000 / Бескорпусные
MOXA серии NPort / С беспроводным Ethernet
MOXA серии NPort S8400I / Со встроенным коммутатором
MOXA серии NPort 6000 и CN-2000 / Терминальные с защитой данных
Медиаконвертеры
PCI Express платы RS-232/422/485
PCI / Universal PCI платы RS-232/422/485
ISA платы RS-232/422/485
PC/104 модули
Платы и модули CAN
LAN и USB
FRNET
GPIB, IEEE-488
Шлюзы протоколов
Modbus TPC / Modbus RTU
EtherNet/IP
EtherCAT
CAN
HART
Profinet
Profibus DP
BACnet
Для энергетики
Для Интернета Вещей (IoT)
Беспроводное оборудование
Модемы GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSPA/3G
Сотовые 3G-роутеры
Сотовые шлюзы
Модули удаленного ввода-вывода
RS-485 (DCON, Modbus)
EtherNet
EtherNet IP
EtherCAT
CAN
Profinet
Profibus
Wi-Fi, ZigBee, GPRS, HSDPA
Motionnet
Frnet
Bacnet
USB
Модули Dataforth
Нуль-модемные кабеля для RS232
Простейшим способом соединить между собой два компьютера является использование нуль-модемного кабеля RS232. Для простого решения достаточно трехпроводной схемы RS232, где один провод является сигнальной землей, второй — приемником, третий — передатчиком. Но в зависимости от типа программного обеспечения, может потребоваться какой-то вид квитирования. Ниже представлены наиболее популярные типы нуль-модемных кабелей для RS232.
Простой нуль-модемный кабель без квитирования
Эта простейшая распайка кабеля не позволяет осуществить контроль приема-передачи данных на «железном уровне», но на программном уровне контроль возможен с помощью анализа XOFF и XON символов. Далеко не все программы способны работать с таким кабелем. Это скорее теоретическая концепция. Существуют также конструкции кабелей с симуляцией квитирования на «заглушке» и частичным квитированием без возможности контроль приема-передачи данных на «железном уровне». Ниже представлена распайка кабеля RS232 с полным квитированием, рекомендованная Microsoft.
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:
- 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.
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
Модем
Обычная телефонная сеть позволяет передавать только аналоговые сигналы в диапазоне частот от 300 Гц до 3,4 кГц. Поэтому для передачи через телефонную сеть цифровых сигналов от последовательных интерфейсов необходимо предварительное преобразование. Для этого требуется устройство, преобразующее поток цифровых данных в колебания аналоговых сигналов, а эти колебания затем обратно в поток цифровых данных. Эти процессы называют модуляцией и демодуляцией, а устройство, их выполняющее, соответственно модемом. Процесс образования коммутируемой связи соответствует международным стандартам. При этом несущая частота служит для синхронизации обоих модемов. С помощью общедоступной телефонной сети можно таким образом реализовать канал между устройствами, расположенными в любой точке мира. Но даже при использовании выделенной линии расстояния в 20 км не составляют проблемы.
Хотя требуется только два провода, передача данных чаще всего происходит в дуплексном режиме.
Максимальная производительность аналоговой линии составляет 33,6 кбит/с.
Передач а по стандарту V.90 со скоростью 56 кбит/с возможна только от интернет-сервера к модему. В обратном направлении, т.е. от модема V.90 к модему V.90, скорость передачи составляет максимум 33,6 кбит/с.
PROFIBUS
Шина PROFIBUS определена стандартами МЭК 61158 и МЭК 61784 и технически базируется на 2-проводной системе RS-485 с полудуплексным режимом передачи данных. Система Profibus построена как чисто линейная структура с возможностью подключения до 32 оконечных устройств, максимальная протяженностью сегмента шины составляет 1200 м. чтобы обеспечит помехоустойчивую работы шины, в частности, при высоких значениях скорости передачи данных, следует применять лишь те типы шинных кабелей, которые разработаны специально для шины Profibus. Оконечные устройства системы Profibus соединяются между собой путем прокладки двухжильного шинного кабеля со скрученными жилами. Если в сеть необходимо объединить больше оконечных устройств, то машину или промышленную установку необходимо сегментировать. Отдельные сегменты обмениваются между собой данными через повторители, которые обеспечивают усиление и разделение потенциалов сигналов, несущих полезную информацию. Каждый повторитель расширяет систему на один дополнительный сегмент с 32 оконечными устройствами и полной длиной кабеля, причем максимально можно подключить 127 оконечных устройств. Скорость передачи в системах Profibus может быть настроена в диапазоне от 9,6 кбит/с до 12Мбит/с. Значение скорости влияет на допустимую длину сегментов шины, а также пассивных ответвлений (таблица). Чтобы обеспечить надежную передачу данных, каждый сегмент шины Profibus на медном кабеле должен начинаться и заканчиваться согласующим резистором.
Скорость | Длина сегмента | Допустимая длина ответвления на один сегмент |
9,6 кбит/с | 1200 м | 32х3 м |
19,2 кбит/с | 1200 м | 32х3 м |
45,45 кбит/с | 1200 м | 32х3 м |
93,75 кбит/с | 1200 м | 32х3 м |
187,5 кбит/с | 1200 м | 32х3 м |
500 кбит/с | 400 м | 32х1 м |
1,5 Мбит/с | 200 м | 32х0,3 м |
3,0 Мбит/с | 100 м | Не допускается |
6,0 Мбит/с | 100 м | Не допускается |
12,0 Мбит/с | 100 м | Не допускается |
RS-485 W4
Стандарт RS-485 с 4-проводной схемой позволяет в противовес стандарту RS-485 с 2-проводной схемой осуществлять связь через шину в дуплексном режиме. Примером этого является измерительная шина DIN-Messbus. В отличие от 2-проводной технологии в этом случае ветви передачи приемника отделены друг от друга и поэтому могут работать одновременно. Топологии, основанные на принципе «ведущий/ведомый», применяются предпочтительно в измерительных шинных системах, в которых ведущее устройство ведет передачу данных максимально 32 ведомым, находящимся в режиме «слушания». Ветви передачи ведомых устройств могут находиться в третьем дискретном состоянии (tri-state), в котором поддерживается их высокое полное сопротивление. Только измерительная станция, к которой поступил запрос, активно подключает свой передатчик к шине. Электрические уровни и их логические значения соответствуют, как и во всех других интерфейсах типа RS-485, стандарту RS-422. Максимальная скорость передачи составляет 10 Мбит/с. Кабель шины должен иметь оконечные сопротивления, его жилы должны быть попарно скручены и экранированы.
[spoiler title=»Источники»]
- https://aveon.ru/services/004/
- https://www.expert-automatic.ru/articles/interfaces-fundamentals/
- https://www.avclub.pro/articles/kogda-staroe-ne-khuzhe-novogo-posledovatelnyy-interfeys-rs-232/
- https://www.axwap.com/kipia/items/rs232/rs232.htm
- https://doma35.ru/computers/232-interfeys-kak-podklyuchit-k-kompyuteru/
- https://tehnoobzor.com/schemes/computers/2845-interfeys-rs-232-obzor-shema-preobrazovateley-raspinovka-kabeley.html
[/spoiler]