RS-232 – обзор интерфейса, преобразователи, распиновка

Интерфейс RS232

Предыстория

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

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

Информация по RS232 передается в дуплексном режиме

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

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

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

Распиновка разъема 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.

Переходной кабель с 25 pin RS232 на 9 pin

DB9DB25Назначение
18Data carrier detect
23Receive data
32Transmit data
420Data terminal ready
57Signal ground
66Data set ready
74Request to send
85Clear to send
922Ring indicator

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.

DB9DB25Назначение
1 + 4 + 66 + 8 + 20DTR -> CD + DSR
2 + 32 + 3Tx -> Rx
7 + 84 + 5RTS -> CTS

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.

Нуль-модемный кабель RS232 с полным квитированием

Здесь используются семь жил, и эта распайка RS232 стала по существу стандартной.

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

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

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.
Работает во всех режимах связи (число битов, скорость, чётность и т. д.) и не требует настройки этих параметров.
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.)

Читайте также:  Лучшие моноблоки 2020: ТОП 3, обзор, цены

RS-232 – обзор интерфейса, преобразователи, распиновка

USB – RS-232 преобразователи

Автор: Aheir, DeNew
Опубликовано 01.01.1970

Продолжаем разговор про шину USB и ее применение в радиолюбительской практике.

В прошлый раз (USB 1.1 хаб. Light – версия) мы довольно успешно снабдили ПК десятком дополнительных USB-портов, теперь пришло время начинать использовать все это изобилие.

Естественно, первое, что приходит в голову, применить эти порты для обмена данными с собственными конструкциями на МК. Однако далеко не все МК сейчас имеют периферию для работы непосредственно с USB, а программная реализация этого протокола достаточно сложна и отнимает немало процессорного времени. С другой стороны, подавляющее большинство МК имеет «на борту» модуль универсального асинхронного приемопередатчика, который может работать в режиме, совместимом с протоколом RS-232, т.е. такой микроконтроллер при условии согласования уровней сигналов можно подключать непосредственно к COM-порту компьютера. А при чем здесь USB, спросите вы? Отвечу: производители, как всегда, подсуетились, в результате чего на рынке появилось несколько вариантов преобразователей интерфейсов USB RS-232. Т.е. в нашем распоряжении есть устройство, подключаемое к ПК по USB, а на выходе имеющее сигналы, понятные любому МК с модулем USART (или даже с программно реализованным USART”ом). Здорово? Конечно, здорово, особенно с учетом того, что ОС воспринимает такой переходник просто как еще один (виртуальный) СОМ-порт (VCP: Virtual Com Port) и позволяет работать с ним с помощью обычных терминальных средств.

Вот о микросхемах, позволяющих все это реализовывать, у нас и пойдет сегодня речь…

Пожалуй, наиболее распространенными на сегодняшний день являются преобразователи FT232BM от FTDI Ltd (USB 1.1) (ничего от Maxim не напоминает по названию? 😉 ), TUSB3410 от Texas Instruments (USB 2.0), а так же PL-2303 от Prolific. Что за звери такие? Будем разбираться…

FT232BM выпускается в 32 выводном корпусе LQFP-32 с шагом выводов 0.8мм.

Микросхема имеет интерфейс для подключения внешней EEPROM памяти (выводы 1,2 и 32), в которой могут храниться уникальные идентификационные коды производителя и типа устройства, а также текстовые строки, содержащие информацию о наименовании, производителе устройства и т.п. Микросхема может питаться либо от шины USB, либо от внешнего стабилизированного источника питания с напряжением 5В. В качестве генератора тактовой частоты используется кварц на 6MHz, подключаемый к выводам 27 и 28.

Микросхема имеет встроенный LDO-стабилизатор с выходным напряжением 3.3В, который служит для питания внутренней логики, но может использоваться и для питания каких-либо внешних устройств (вывод 6: 3V3OUT), правда, максимальный ток – всего 5мА. Уровень логической единицы на выходах модуля UART микросхемы (выводы 16-25) задается напряжением на входе VCCIO (вывод 13) и может изменяться в пределах от 3 до 5В (это нужно для обеспечения совместимости с 3-х вольтовой логикой).

Режим питания микросхемы определяется логическим уровнем на входе PWRCTL: лог.0 – питание от шины USB (Bus-Powered), лог.1 – питание от стороннего источника (Self-Powered). Инверсный вход RESET надо через резистор (а можно даже и без него) подтянуть к плюсу питания микросхемы – этого достаточно для нормальной работы. Выход RSROUT может использоваться для сброса внешних устройств в момент сброса FT232. Кроме того, к этому выводу подключается подтягивающий резистор для линии USB Data+. Сами линии Data+ и Data- – это выводы USBDP и USBDM соответственно.

Замечу, что вход TEST должен быть соединен с землей, в противном случае работа микросхемы нестабильна.

Выходы SLEEP и PWREN могут использоваться для управления внешними устройствами, в частности, SLEEP = 0, если микросхема не активна («спит»), а PWREN = 0 после окончания инициализации микросхемы при подключении и = 1, если микросхема не активна.

На выводах 16-25, как уже отмечалось, присутствуют все сигналы, предусмотренные стандартом RS-232. При подключении к ним соответствующих микросхем-преобразователей уровня возможна конвертация исходных данных, поступающих по USB, в поток байт протоколов RS-232, RS-422 или RS-485.

Прием и передача данных по USB могут отображаться светодиодами, подключенными к выходам RXLED и TXLED соответственно.

Схема, которую я обычно использую, приведена на рисунке:

Как видите, навесных элементов очень немного. Для подключения к МК достаточно использовать сигналы RX и TX, в ряде случаев может понадобиться организовать гальваническую развязку этой схемы с остальным устройством. С учетом того, что преобразователь питается от USB, достаточно добавить на RX и TX по оптрону, причем выход TX может напрямую управлять светодиодом одной из оптопар.

В качестве EEPROM можно использовать микросхемы памяти 93С46/56/66, достаточно и самой маленькой по объему:

С железом немножко разобрались, а что касается софта, то здесь тоже ничего сложного нет. С сайта производителя доступны для скачивания две версии драйвера: VCP Driver (только драйвер виртуального СОМ-порта) и D2XX Driver (дает ряд дополнительных возможностей, например, прямой доступ к USB – более интересен для программистов). Если планируется использование микросхемы памяти – надо ставить D2XX, кроме того, понадобится также специальная утилита для прошивки: MProg, также доступная для скачивания с сайта. В остальном – подключаете устройство к ПК, говорите ОС откуда взять драйверы, наблюдаете за установкой. В «Диспетчере устройств» в разделе «USB» должен появиться «USB Serial Converter», а в «Портах» – следующий по номеру «USB Serial Port». Все, можете с ним работать, как с обычным портом.

Я работал с этой микросхемой на скорости порта 115200, хотя драйвер позволяет выставлять максимальную скорость до 921600. В разделе «Port Settings» свойств порта есть кнопка «Advanced». Там в разделе «BM Options» параметр «Latency Timer» стоит поставить поменьше, т.е. 1мс – это увеличит скорость работы.

Если вы всерьез соберетесь использовать эту микросхему, советую ознакомиться с материалами на странице , там действительного много полезного и интересного, а многие моменты объяснены гораздо подробнее, чем в этой статье.

С TUSB3410 все будет несколько сложнее. Дело в том, что эта микросхема по своей сути – микроконтроллер с интегрированным интерфейсным модулем USB. Поэтому, как всякий микроконтроллер, ее придется еще и программировать…

Так получилось, что эта микросхема выпускается в таком же корпусе:

Функциональная оснащенность примерно та же: полный последовательный порт (выводы 13-21, только RX/TX называются SIN/SOUT), интерфейс для EEPROM (здесь это I2C), кварц, питание, Reset и четыре программируемые линии ввода/вывода общего назначения Р3.0 – Р3.4 – вот их-то у FTDI-ки точно не было… Напряжение питания микросхемы – 3.3В, что не очень удобно, поскольку при питании от USB заставляет использовать LDO-стабилизатор. Зато никаких хитрых режимов питания нет.

Ну что, как всегда, кратенько пробежимся по функциональному назначению выводов? Поехали…

С последовательным портом все вроде бы понятно, скажу лишь, что при соответствующей прошивке он может работать не только по протоколу RS-232, но и как IrDA приемопередатчик. Четыре линии ввода/вывода тоже не экзотика, производитель, в частности, предоставляет пример, где они используются для подключения нескольких кнопок, а устройство определяется ОС как HID-совместимое, что позволяет достаточно легко реализовать опрос этих самых кнопок.

DP, DM – линии Data+ и Data- USB, PUR служит для подключения подтягивающего резистора для линии Data+.

На линию VDD18 надо подать напряжение 1.8В от внешнего источника или, что проще, подать лог.0 на вывод VREGEN, включив тем самым внутренний источник на 1.8В, а на VDD18 добавить конденсатор 0.1мкФ на землю…

На RESET – обычную RC-цепочку, более чем достаточно, TEST0 и TEST1 надо подтянуть через 10кОм к питанию, а выход тактовой частоты CLKOUT мы использовать не будем.

Кварц 12МГц на ноги Х1 и Х2, выход индикатора SUSPEND – по вкусу, вход пробуждения WAKEUP можно оставить неподключенным или подтянуть через резистор к плюсу питания.

К линиям последовательного порта этой микросхемы также можно подключать непосредственно МК, опторазвязки или преобразователи уровней.

Вроде как все необходимое для минимальной конфигурации подключили, схема получилось вот такая:

Микросхема EEPROM здесь также не является обязательным элементом и лично я ее так ни разу и не использовал…

Итак, собрали мы эту схему, воткнули в комп, ОС нашла некое устройство и попросила ткнуть ее носом в драйвера для него. Вот тут-то самое интересное и начинается.

Как я уже говорил, TUSB3410 на самом деле микроконтроллер, внутри у него 8052-совместимое ядро. Соответственно, функционал нашего устройства определяется залитой прошивкой. Нам требуется пока что – преобразователь интерфейсов.

В принципе, при условии регистрации и предоставлении информации о вашем проекте производитель предоставляет и исходники, и прошивку для применения микросхемы в качестве преобразователя интерфейсов, но можно пойти и по другому пути. Эта микросхема используется в таком качестве в некоторых интерфейсных шнурках для мобильных телефонов, в GSM-модемах, в некоторых других устройствах. А драйвера для них доступны для свободной закачки. Более того, все эти драйвера содержат необходимую прошивку. Это связано с особенностями работы микросхемы.

Дело в том, что при установке драйвера прошивка для микроконтроллера копируется в /System32/drivers. Далее, при включении устройства TUSB проверяет наличие EEPROM и прошивки в ней. Если все в порядке – грузится с нее, если нет – подгружает прошивку с компа и записывает в EEPROM, если она есть. Или не записывает и просто работает. Если EEPROMа нет, при следующем включении процесс повторяется.

Читайте также:  Лучшие игровые компьютеры MSI весны 2020 – обзор, ТОП-3

В общем, в результате анализа нескольких комплектов драйверов к готовым устройствам методом проб и ошибок, последовательных приближений и высоконаучного тыка был сгенерирован собственный работоспособный комплект. Во всех файлах драйверов и даже внутри прошивок стоят копирайты Texas Instruments, поэтому скажу, что все предпринятые над драйверами действия цели имели исключительно образовательные и некоммерческие, а здесь результат публикуется сугубо для ознакомления.

После подключения к ПК ОС найдет новое устройство «TUSB3410 Device» и потребует установку драйвера, надо указать на файл umpusbXP.inf. В ходе установки в системную директорию будут скопированы файлы umpusbxp.sys и umpf3410.i51 (прошивка). Далее система найдет виртуальный СОМ-порт, для него потребуется драйвер UmpComXP.inf.

В обоих *.inf-файлах помечены строки, изменив которые можно отредактировать названия определяемых системой устройств и установленные по умолчанию VID&PID, передаваемые ОС. Однако, как и в прошлый раз, я бы не стал этого делать без полного понимания того, к чему это может привести.

Для чего TUSB3410 нужна EEPROM я уже упоминал. Добавлю, что лично я с ней не экспериментировал, однако на сайте производителя доступны для скачивания утилита для генерации бинарного файла прошивки EEPROM на основе umpf3410.i51 и конфигурационного файла (содержит серийный номер устройства, VID&PID, строковые данный по аналогии с FT232BM) и утилита для непосредственной прошивки полученного файла в микросхему.

На странице, посвященной этой микросхеме при желании можно найти подробный даташит, ряд аппноутов, документы, описывающие особенности применения, ссылки на исходные коды и утилиты для работы. Настоятельно рекомендую посмотреть.

Результатом всех этих изысканий стало создание двух модулей преобразования протокола USB в RS-232, на FT232BM и TUSB3410 соответственно, которые можно рассмотреть на фотографии:

Монтаж, как видно, поверхностный, все детали на одной стороне, с изнанки – пара перемычек. Модули рассчитаны на вертикальное впаивание в плату, поэтому на них нет разъемов, а установлены PLS штырьки, которые, собственно, в плату и впаиваются. На дальней от нас стороне платы сделаны контактные площадки RX/TX (на модуле FT232BM их загораживает конденсатор), остальные сигналы последовательного интерфейса не выведены за ненадобностью: эти модули используются для сопряжения исключительно с МК.

Немножко возвращаясь к FT232BM. Ниже вы можете увидеть фото (а в конце статьи – скачать варианты разводки плат) для двух конструкций на FT232BM с полным RS-232 портом.
В первой из них

cигналы RS-232 имеют TTL-уровень и выведены на двухрядный разъем BH-10 (по аналогии с материнскими платами), причем коммутацией входа VCCIO (вывод 13) на 5В или сторонний источник 3.3В (в данном случае применен LDO-стабилизатор, но можно, например, и параметрический использовать или регулируемый на LM317) при помощи джампера можно выбирать соответствующий уровень логической “1” на выводах порта RS-232. Эта конструкция разарабатывалась для отладки устройств, имеющих напряжение питания 3.3В

Еще один вариант модуля с полным RS-232 портом содержит в своем составе микросхему MAX213 – преобразователь уровней – и, таким образом, по уровню напряжений обеспечивает совместимость с последовательными портами ПК.
Схема модуля представлена на рисунке:

А готовое устройство выглядит так:

Теперь о PL-2303: микросхема выпускается в 28-выводном SSOP корпусе с шагом выводов 0.65мм:

Микросхема во многом похожа на FT232, но есть и некоторые черты TUSB3410. Для работы требуется кварцевый резонатор на 12 МГц (выводы 27-28), уровень логической единицы последовательного порта определяется напряжением на входе VDD_232 (4), выводы 1-3, 5, 6 и 9-11 – полный последовательный порт. По аналогии с TUSB3410 микросхема имеет пару выводов (13-14) для подключения EEPROM через I2C (память также служит для хранения идентификаторов устройства). Вход 23 определяет режим токовой нагрузки USB-порта (“1” – 500мА, “0” – 100мА), вход TRI-STATE определяет состояние выходов последовательного порта при инициализации микросхемы: “1” – высокий уровень, “0” – высокоимпедансное состояние. Отдельные входы питания для логики (8, 20) и PLL (24) в общем случае могут быть присоединены к шине питания USB, однако желательно в непосредственной близости от них установить керамические конденсаторы на землю. PL-2303 имеет встроенные источник напряжения 3.3В для питания USB-трансивера (вывод 17), который используется также для установки подтягивающего резистора к линии Data+. Как обычно, за более полным, точным и правильным описанием стоит обратиться на сайт производителя. Схема модуля, разработанного на основе этой микросхемы, представлена на рисунке:

Фотографии готового устройства:

Как видно, этот модуль также содержит в своем сотаве микросхему MAX213 (SP213), поэтому обеспечивает поддержку полнофункционального порта RS-232, совместимого по уровням с портами ПК.
Для полноценой работы этого устройства под управлением ОС семейства Windows понадобятся драйверы, доступные для скачивания на сайте производителя. Поскольку на этих чипах делается достаточно много интерфейсных шнурков для подключения мобильных телефонов к ПК, вполне вероятно, что подойдут драйвера и от них.

Распиновка COM порта

Распиновка COM порта RS232


Правильная распиновка СOM-порта RS232

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


Наружный вид девяти-контактного коннектора RS232

В современных устройствах на смену интерфейсу RS-232 пришел новый, отличающейся существенным быстродействием — USB. Тем не менее, и до настоящего времени их можно встретить в действительности огромное количество в различных аппаратах. Последовательный порт, цоколевка которого описана ниже, очень востребован в изделиях предназначенных для промышленных целей, а также для медицинского оборудования.

В бытовых условиях необходимость в применении стыковочных проводов для соединения с COM-портом в большинстве случаев появляется в определенные моменты. Например: когда возникает необходимость работы с периферией ранних лет изготовления, и требующих создать взаимосвязь с персональным компьютером. Помимо этого, его можно часто обнаружить в девайсах для загрузки программы в микроконтроллер.

Характерные особенности порта

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

Таблица

Номер контактаНазначениеОбозначение
1Активная несущаяDCD
2Прием компьютеромRXD
3Передача компьютеромTXD
4Готовность к обмену со стороны приемникаDTR
5ЗемляGND
6Готовность к обмену со стороны источникаDSR
7Запрос на передачуRTS
8Готовность к передачеCTS
9Сигнал вызоваRI

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

Соединительный кабель

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

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

COM порт — лекция

Интерфейс стандарта RS-232

RS-232 (англ. Recommended Standard 232 или другое название EIA232 ) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса UART (UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter – «универсальный асинхронный приемопередатчик»). Широко известен как последовательный порт (англ. serial port, COM-порт, англ. communications port — сленговое название интерфейса стандарта RS-232) персональных компьютеров. В современных компьютерах, практически полностью вытеснен интерфейсом USB. До этого использовался для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, особенно нетребовательного к скорости обмена данными и отклонений условий применения от стандартных.

Интерфейс RS-232 (или 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. Например:

Для электрических кабельных соединений используют разъёмы DB9 (9-ти контактные) или, реже, DB25 (25-ти контактные).

Распайка кабеля RS232 зависит от типа соединения компьютер-модем, модем-модем или компьютер-компьютер. Например, для разъёмов DB9:

Таблица соответствий распиновки разъёмов DB9 и DB25:

RI (ring indicator) – устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.

25-контактный интерфейс RS232, с разъёмами DB25, может отличаться от 9-контактного разъёма DB9 добавкой полноценного второго канала приема-передачи данных, а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере «широкого» разъема, дополнительные сигналы на нём просто не подключены (или не используются).

Для успешного обмена данными ряд переменных параметров протокола должны быть заданы одинаково на стороне приёмника и передатчика :

  • скорость обмена данными в битах в секунду (300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

38400, 57600, или другая, если она поддерживается обеими сторонами) ;

  • количество бит данных от 4 до 8;
  • контроль чётности может быть чётным, нечётным или вообще отсутствовать;
  • длина стоп бита может достигать одну, полторы или две длительности бита данных.

К основным электрическим характеристикам относят :

  • логические уровни передатчика : «0» – от +5 В до +15 В, «1» – от -5 В до -15 В ;
  • логические уровни приёмника : «0» – от +3 В и выше, «1» – от -3 В и ниже ;
  • максимальная нагрузка передатчика : входное сопротивление приёмника не менее 3 кОм.

Довольно часто в специальных приложениях используется пяти- или трёх-проводная связь по интерфейсу RS232. Например, связь частотных преобразователей Simodrive с программатором фирмы Siemens или персональным компьютером (при наличии специального программного обеспечения) для выполнения работ по параметрированию приводной системы и так далее.

Интерфейс RS232 применяют и другие известные производители частотных преобазоватоелей, в т. ч. и всем известная фирма Mitsubishi, что пока ещё не снимает его использование с повестки дня.
Кроме этого, ещё работают на производстве станки с установленными на них ”устаревшими” системами ЧПУ, где загрузка и выгрузка управляющих программ обработки, машинных и технологических параметров осуществляется с применением интерфейса RS232.

В современных технологиях большое значение имеют расстояние и скорость передачи данных, в этом RS232 “немного” проигрывает другим типам интерфейсов. Надёжная передача данных зависит от многих факторов (наличие посторонних электромагнитных помех, схемы прокладки кабеля, материала проводников, надёжности контактных соединений и так далее), но мы акцентируем внимание на длине кабеля. Чем длиннее кабель, тем больше его ёмкость, поэтому для надёжной передачи требуется более низкая скорость. Максимальным расстоянием для RS232 принято считать 15 метров, не ссылаясь на стандарты. Приблизительная зависимость длины кабеля от скорости передачи данных указана в таблице ниже.

Как проверить RS-232, RS-422, RS-485?

UPort – это преобразователь USB в RS-232/422/485 производства MOXA, который добавляет СОМ порты на ПК.

Читайте также:  Лучшие моноблоки Samsung 2020 - обзор, ТОП-4

Оглавление:

Структурная схема подключения UPort 1150 выглядит так:

Для работы с UPort 1150 необходимо установить драйвер ( Driver for UPort 1000 Series ).

После установки драйвера в диспетчере устройств мы увидим новый СОМ порт.

В разделе Многопортовые последовательные адаптеры, мы можем настроить СОМ порт, а именно выбрать номер СОМ порта и тип интерфейса.

Для работы с СОМ портом нужна программа, которая позволит открыть СОМ порт и отправить в него данные. MOXA предлагает воспользоваться бесплатной утилитой PComm Lite .

Как проверить RS-232 интерфейс?

Для проверки RS-232 можно воспользоваться простым способом: достаточно замкнуть контакты RX и TX между собой. Тогда все переданные данные будут приняты обратно.

Если у вас полный RS-232 или нужно использовать аппаратный контроль за передачей данных, тогда вам нужно распаять специальную заглушку. В ней должны быть соединены между собой следующие контакты:

После этого мы можем открыть СОМ порт через программу и отправить туда любые данные. Отправленные данные должны вернуться обратно в этот же порт.

На примере PComm Lite это будет выглядеть так.

Убедитесь, что UPort настроен на RS-232.

Откройте программу PComm Terminal Emulator, во вкладке Port Manager откройте СОМ порт, соответствующий UPort. Скорость и другие параметры можно оставить по умолчанию.

Однако, если вы подключаете внешнее устройство к СОМ порту, эти параметры должны совпадать с параметрами внешнего устройства.

Мы отправили несколько единиц в СОМ порт и получили их обратно, также видим одинаковые значения счетчиков TX и RX, что подтверждает получение всех отправленных данных.

Если вы хотите отображать текст, который печатаете, то вам нужно включить функцию Local echo на вкладке Terminal при открытии порта. Важно: после включения функции Local echo, если вы замкнули TX и RX, то текст в терминале удвоится, потому что будет отображен вводимый символ и тот, который получен обратно.

Схема подключения внешнего устройства с RS-232:

Как проверить RS-422 интерфейс?

Для проверки RS-422 можно также воспользоваться простым способом: достаточно замкнуть контакты TD+ на RD+ и TD- на RD-. Тогда все переданные данные будут приняты обратно.

Убедитесь, что UPort настроен на RS-422.

В терминале видны данные, которые мы отправили в СОМ порт.

Схема подключения внешнего устройства с RS-422:

Как проверить RS-485 интерфейс?

Интерфейс RS-485 может быть реализован на 2 или 4 контактах.

Для варианта RS-485 с 4 контактами проверка сводится к тем же действиям что и в RS-422 с таким же подключением контактов TD+ на RD+ и TD- на RD.

Для варианта RS-485 с 2 контактами нужно использовать внешнее устройство для проверки работы. Это может быть второй порт UPort или заведомо исправное устройство с RS-485.

Убедитесь, что UPort настроен на RS-485 и правильно указано количество контактов.

Схема подключения внешнего устройства с RS-485:

Подтягивающие и согласующие резисторы

В некоторых моделях UPort есть встроенные резисторы, которые обеспечивают правильную работу линий RS-422/485.

Согласующий резистор или терминатор 120 Ом – ставится в начале и конце линии для предотвращения отражения сигнала от конца линии и искажения полезного сигнала в RS-422/485.

При большой длине линии связи (более 100 метров) возникают эффекты длинных линий, которые связаны с индуктивностью и ёмкостью кабеля. Получается, что сигнал, переданный в линию с одной стороны, начинает искажаться по мере распространения в другую сторону. Поскольку на практике кабель на всей длине имеет одинаковые параметры погонной ёмкости и индуктивности, это свойство кабеля характеризуют волновым сопротивлением. Поэтому, если на приёмном конце кабеля использовать резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, то негативные резонансные явления значительно ослабляются.

Подтягивающие резисторы (pull high/low resistors) – предназначены для ограничения тока, протекающего по сигнальным цепям, и чтобы сделать состояние цифрового входа по умолчанию высоким или низким.

Цифровой вход нельзя напрямую подключить к питанию без ограничения тока, а также нельзя оставлять вход без подключения к чему либо, т.к. возможны ложные изменения состояния входа из-за внешних наводок.

Цепь с подтягивающим резистором можно представить в виде делителя напряжения из двух резисторов — одного подтягивающего и другого на месте кнопки.

Логический вход имеет ёмкость относительно земли, что влияет на время нарастания или спада сигнала при размыкании кнопки. Время спада или нарастания — это время между размыканием кнопки и достижением сигнала порогового напряжения, при достижении которого логическим входом фиксируется изменение логического состояния с высокого «1» на низкий «0» или наоборот.

Время спада и нарастания — зависит от произведения сопротивления, ёмкости и коэффициента, который учитывает пороговое напряжение. При подключении различных устройств значение ёмкости изменяется, это ведет к изменению формы сигнала, что может негативно сказаться на правильном определении уровня сигнала.

Поэтому иногда требуется подстройка значений подтягивающих резисторов, для восстановления формы сигнала. Ниже пример того, как может выглядеть сигнал при разном значении подтягивающего резистора:

Обычно значения подтягивающих резисторов по умолчанию оптимальны, но если форма сигнала сильно искажена или данные передаются с ошибками, то вам следует изменить значения подтягивающих резисторов.

Ниже показан пример расположения переключателей для изменения значений подтягивающих резисторов.

Распиновка разъема UPort 1150

Распиновка переходника UPort 1150 с DB9 на клеммную колодку.

Рекомендации по устранению неисправностей

Структурная схема подключения устройства с СОМ портом к ПК выглядит так:

  1. Если вы настроили подключение, но оно у вас не работает, убедитесь, что ваш конвертер работает и настроен правильно. Рекомендации по проверке RS-232/422/485 даны выше.
  2. Проблема может быть в подключении к конечному устройству, проверьте распиновку конвертера и конечного устройства.
  3. Проблема может быть в отличающихся параметрах СОМ порта на конвертере и конечном устройстве: скорости, четности, типе интерфейса, протоколе данных и т.д.
  4. Также можно изменить номинал подтягивающих резисторов и добавить согласующий резистор (для RS-422/485).
  5. Проблема может быть в программном обеспечении, попробуйте использовать другое ПО для проверки, например PComm Lite.

Если у Вас есть вопросы по продукции МОХА, обращайтесь по телефону: +7 (495) 419-1201 или по e-mail: russia@moxa.pro

Связанные материалы

База знаний / F.A.Q

Драйвер UPort не ограничивает количество устройств, которые можно подключить к компьютеру или ноутбуку. В системе Windows количество подключенных устройств ограничено спецификацией USB, которая ограничивает количество адресов устройств максимум 127 устройствами USB. Максимальное количество устройств, которое вы можете подключить, зависит от конфигурации вашей системы. Кроме того, необходимо учитывать требования к питанию подключенных устройств. По мере роста количества подключенных устройств необходимо рассчитать, будет ли каждое устройство получать достаточное количество энергии.

Рекомендация

Рекомендуемое максимальное количество конвертеров UPort, подключенных к одному хост-компьютеру, составляет 4. Подключение более 4 конвертеров UPort к одному хост-компьютеру или ноутбуку может привести к перегрузке системных ресурсов и потенциальной нестабильной работы системы.

В качестве преобразователя USB – UART в UPort 1150 используется микросхема TUSB3410 производства Texas Instruments.

MTBF (среднее время между отказами) является индикатором надежности.
Для расчета значения MTBF MOXA использует стандарт Telcordia (ранее известный как Bellcore).

Значения MTBF можно посмотреть в карточке товара на сайте производителя moxa.com или в спецификации на оборудование.

Вы также можете получить официальный отчет MTBF, направив обращение на нашу почту russia@moxa.pro

О стандарте Telcordia

Метод основан на военном стандарте MIL-HDBK 217, но с изменениями и дополнениями для учёта параметров, полученных в режиме реальной коммерческой эксплуатации оборудования, и при этом также содержит обновленную информацию о надежности компонентов. Методика сфокусирована на прогнозировании надёжности системы с учётом характеристик отдельных составляющих путём присвоения различных значений интенсивности отказов каждому электронному компоненту, а также присвоением соответствующих значений интенсивности отказов для характерных стрессовых условий (например – температуры), определённых на основании анализа результатов стрессовых испытаний.

Хотя значение MTBF является показателем надежности, тем не менее, оно не отражает предполагаемый срок эксплуатации изделия.

Серийный номер — ряд символов, расположенный после слов «Production S/N:»

Последнюю версию драйверов для UPort всегда можно скачать с сайта производителя www.moxa.com

Драйвера для UPort 1110/1130/1150 (ОС windows) по ссылке.

Драйвера для UPort 1200/1400/1600 (ОС Windows) по ссылке.

Драйвера для UPort 2000 (ОС Windows) по ссылке.

Драйвера UPort для ОС Linux, Windows CE можно найти в разделе Drivers & Software в карточке товара на сайте www.moxa.com

В устройствах MOXA используется стандартная распайка интерфейса RS-485 для разъема DB9 Male.

В устройствах MOXA используется стандартная распайка интерфейса RS-232 для разъема DB9 Male.

Эта проблема может быть неверно истолкована как проблема с мультипортовой платой или драйвером Moxa, на самом деле она вызвана ОС Microsoft Windows 2000 / XP / 2003 / 7.

Эта проблема может быть неверно истолкована как проблема с мультипортовой платой или драйвером Moxa, на самом деле она вызвана ОС Microsoft Windows 2000 / XP / 2003 / 7.

Устройства с питанием от порта RS-232 компьютера получают питание по линиям Tx, RTS и DTR. В общем случае длина кабеля не должна превышать 15 метров на скорости 9600bps.При использовании кабеля большей длины передаваемой мощности может не хватить для питания устройства.

  1. Для всех устройств с интерфейсов RS-485 Moxa гарантирует дальность передачи 1.2км на скорости 9600bps в соответствии со стандартом RS-422/485.
  2. Без использования терминаторных резисторов и при отсутствии помех, дальность составит 100м при скорости 115200bps.
  3. Если требуется большая скорость или дальность, то рекомендуется использовать внешний источник питания для TCC-80.

Windows 2012 (x64)

Windows XP/2003/Vista/2008/7/8/8.1/10 (x86/x64)

Windows Embedded CE 5.0/6.0

Linux 2.4.x, 2.6.x, 3.x

Последнюю версию драйверов виртуального COM-порта можно скачать с сайта www.moxa.com.

Гальваническая изоляция (гальваническая развязка, электрическая изоляция) в устройствах Моха достигается с помощью оптрона, который преобразует электрический сигнал в свет, а затем преобразует свет обратно в электрический сигнал, на другой стороне изолятора. Таким образом, две электрические цепи полностью изолированы друг от друга.

Когда один узел инициирует передачу сигнала, этот сигнал передается по кольцу до тех пор, пока не возвращается к источнику передачи, который блокирует сигнал. В это время никакие другие данные не должны передаваться по сети. Для обеспечения этого условия, в TCF-142 предусмотрен интервал тайм-аута в 500 мкс.

После проведения измерений на 25 километровом участке оптической сети, мы обнаружили, что данные передаются от одной стороны до другой за 120 мкс. Кроме того, задержка на обработку сигнала самим устройством TCF-142 равна 1 мкс. Следовательно, для того, чтобы обеспечить интервал тайм-аута в 500

550 мкс, общая длина оптоволоконного кольца должна быть не более 100 км.

Таким образом, если длина волоконно-оптического кабеля между устройствами TCF-142 составляет 20 км, то в общей сложности 5 устройств могут быть объединены в кольцо; если длина волоконно-оптического кабеля составляет 2 км, то в кольцо могут быть объединены 50 устройств.

Интерфейс RS-232 обеспечивает обмен информацией между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Для преодоления это ограничения компания МОХА предлагает два решения: преобразователи RS-232/422/485 в Ethernet или преобразователи RS-232 в RS-422/485.

Ссылка на основную публикацию