Интерфейс RS-232 (UART)

February 7, 2011 by admin Комментировать »

Интерфейс RS-232 (стандарт EIA) был создан для сопряжения персонального компьютера (PC) и аппаратуры передачи данных (модема) с использованием синхронно-асинхронного режима передачи на расстояние до нескольких метров [1-3]. Стандарт предусматривает два типа разъемов DB25 и DB9 с 8 сигналами. Данные передаются по 2 независимым цепям RxD, TxD приемопередатчиков интерфейса (UART1, UART2 на рис. 1.14) и позволяют использовать дуплексный режим обмена, остальные 6 сигналов предназначены для управления обменом данных. В современных реализациях интерфейса эти сигналы не используются, предполагается постоянная готовность приемопередатчиков к обмену данными (интерфейс UART). Применяемые алгоритмы управления вместо формирования управляющих сигналов производят передачу управляющих сообщений вместе с основными данными через сигнальные цепи RxD, TxD.

Рис. 1.14. Интерфейс RS232

Для функций управления и контроля данных можно использовать алгоритмы и средства стандартных протоколов канального уровня. Эти алгоритмы управления и контроля реализуются как дополнение к интерфейсу UART, используя его стандартный, обычно однобайтовый, формат отдельного сообщения. Инициализация с выбором параметров и режимов должна производиться перед началом работы, каких-либо средств автоматической инициализации интерфейс не содержит.

В настоящее время интерфейс применяется как средство физического уровня в интерфейсах "точка-точка" с невысокой скоростью передачи данных 2,4 – 115,2 кбит/с. Наиболее часто используется асинхронный режим с форматом отдельного сообщения: стартовый бит – 5-8 бит данных – стопо- вый бит (UART-кадр). Стартовый и стоповый биты отмечают начало и конец сообщения и позволяют обеспечить синхронизацию приемопередатчиков и контроль длины сообщения; стартовый бит – сигнал логического нуля в течение 1 такта, а стоповый бит – сигнал логической единицы.

Дуплексный режим передачи данных предполагает независимость работы приемника и передатчика интерфейса. Поэтому они содержат независимые схемы управления и регистры данных. Обычно запись байта данных в регистр передатчика приводит к старту процедуры передачи UART-кадра, а завершение приема UART-кадра формирует сигнал готовности байта данных к считыванию из регистра приемника.

Из-за несложных алгоритмов управления, универсальности и возможности дуплексного обмена данными интерфейс UART широко применяется как стандартный последовательный интерфейс связи между различными техническими средствами автоматизации. Например, микроконтроллеры семейств AVR, PIC и многие другие содержат встроенные средства аппаратной реализации интерфейса UART, через которые могут быть подключены внешние устройств, обеспечивающие поддержку других современных интерфейсов LVDS, 1-W, IrDA, RS-485, CAN и т.п.

Некоторые характеристики и особенности микросхем UART этой фирмы приведены на рис. 1.16.

Если применяемые технические средства не содержат встроенного интерфейса UART, можно использовать специальные микросхемы UART. Эти микросхемы (рис. 1.15) преобразуют параллельный формат данных в последовательный, обеспечивают хранение данных в буферных запоминающих устройствах, формируют необходимые сигналы управления интерфейса, запросы прерываний для обработки данных передаваемых интерфейсом и т.п. Компания EXAR [www.exar.com] является признанным лидером в области

производства микросхем UART.

Рис. 1.15. Передача данных с помощью микросхем UART

Рис. 1.16. Классификация микросхем UART фирмы EXAR

Самым простым среди 8-разрядных UART является микросхема ST16C450 (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Структурная схема ST16C450

Это устройство полностью совместимо с промышленным стандартом 16450 и обладает следующими свойствами:

•           раздельное управление приемом и передачей;

•           программно управляемая скорость передачи (от 50 бит/с до 1.5 Мбит/с);

•           сигналы управления модемом (CTS, RTS, DSR, DTR, RI и CD);

•           программируемая длина передаваемых символов (5, 6, 7 и 8 бит);

•           генерация и обнаружение битов четности;

•           низкий потребляемый ток – 1.2 мА.

Кроме традиционных UART с 8-разрядной параллельной шиной, фирма EXAR производит 32-разрядные UART для работы с шиной PCA. Внутренние буферы FIFO предназначены для разгрузки процессорного ядра и позволяют уменьшить число прерываний для обслуживания UART. Например, микросхема UART типа XR16C85x с объемом FIFO 128 байт может накапливать в буфере целую страницу данных, увеличивая длительность передачи без прерываний CPU.

Ранее было отмечено, что интерфейс RS-232 предусматривает применение двух типов разъемов: DB9 и DB25. Назначение контактов разъемов приведено в табл. 1.2.

Таблица 1.2

№ контакта

№ контакта

Обозна

Назначение

DB9

DB25

чение

1

8

DCD

Детектор сигнала с линии (несущей)

2

3

RD

Прием данных

3

2

TD

Передача данных

4

20

DTR

Готовность терминала

5

7

SG

Сигнальное заземление

6

6

DSR

Готовность данных

7

4

RTS

Запрос передачи

8

5

CTS

Готовность к передаче

9

22

RI

Индикатор вызова

Достаточно часто сигналы интерфейса формируются со стандартными логическими уровнями (0-5 В), а по протоколу RS-232 уровни напряжений составляют ±12 В. Приемопередатчики для преобразования физических уровней сигналов интерфейса UART, называемые драйверами COM-порта, выпускаются многими производителями интегральных микросхем. Отличаются микросхемы числом приемников и передатчиков, питающими напряжениями, потребляемой мощностью, максимальной скоростью передачи, а также наличием встроенных конденсаторов и некоторыми другими параметрами.

Лидерами по производству микросхем в этой области являются фирмы Maxim [www.maxim-ic.com] и Analog Devices. Перечень микросхем RS-232 Line Driver/Receivers, выпускаемых фирмой Maxim, состоит из 150 наименований, фрагмент перечня приведен в табл. 1.3. Аналогичный перечень для Analog Devices приведен в табл. 1.4.

В стандартных применениях интерфейс RS-232 используется для соединения двух устройств. Одно из этих устройств является передатчиком, а другое – приемником. В этой связи сигналы линии связи RS-232 приемником и передатчиком формируются и обрабатываются по-разному.

 

 

 

Тип

Скорость (кбит/с)

Tx

Rx

Режим энерго- сбереже-ния

Состояние RxD

Конденсаторы

Напряжение питания (В)

Ток потребления (мА)

ADM560

116

4

5

Yes

2

4

3.3

3

ADM561

116

4

5

Yes

0

4

3.3

3

ADM5170

116

8

0

Yes

0

0

±10

36

ADM202

120

2

2

No

n/a

4

5

6

ADM203

120

2

2

No

n/a

0

5

6

ADM231L

120

2

2

No

n/a

2

+5 & +12

13

ADM232L

120s

2

2

No

n/a

4

5

13

ADM233L

120

2

2

No

n/a

0

5

13

ADM209

120

3

5

No

n/a

2

+5 & +12

13

ADM239L

120

3

5

No

n/a

2

+5 & +12

13

ADM234L

120

4

0

No

n/a

4

5

13

ADM206

120

4

3

Yes

0

4

5

13

ADM236L

120

4

3

Yes

0

4

5

13

ADM208

120

4

4

No

n/a

4

5

13

ADM238L

120

4

4

No

n/a

4

5

13

ADM211

120

4

5

Yes

0

4

5

13

ADM213

120

4

5

Yes

2

4

5

13

ADM241L

120

4

5

Yes

0

4

5

13

ADM207

120

5

3

No

n/a

4

5

13

ADM237L

120

5

3

No

n/a

4

5

13

ADM5180

200

0

8

No

n/a

0

5

5

ADM222

200

2

2

Yes

0

4

5

8

ADM232A

200

2

2

No

n/a

4

5

8

ADM242

200

2

2

Yes

2

4

5

8

ADM1181A

230

2

2

No

n/a

4

5

6

ADM202E

230

2

2

No

n/a

4

5

6

ADM206E

230

4

3

Yes

0

4

5

13

ADM208E

230

4

4

No

n/a

4

5

13

Тип

Скорость (кбит/с)

Tx

Rx

Режим энерго- сбереже-ния

Состояние RxD

Конденсаторы

Напряжение питания (В)

Ток потребления (мА)

ADM211E

230

4

5

Yes

0

4

5

13

ADM213E

230

4

5

Yes

2

4

5

13

ADM207E

230

5

3

No

n/a

4

5

13

ADM101E

460s

1

1

Yes

1

2

5

1

ADM1385

460

2

2

Yes

2

4

3.3

3

ADM3202

460

2

2

No

n/a

4

3.3

2.1

ADM3222

460

2

2

Yes

2

4

3.3

3

ADM3312E

460

3

3

Yes

1

5

2.7

1

ADM3310E

460

3

5

Yes

2

5

2.7

0.85

ADM3311E

460

3

5

Yes

1

5

2.7

1

ADM3315E

460s

3

3

Yes

1

5

2.7

0.85

ADM2209E

920

6

10

Yes

2

2

+3.3 & +12

5

ADM3307E

1000

5

3

Yes

1

5

2.7

1.5

AD7306

5000

3

2

No

n/a

4

5

15

Устройство-передатчик (например, компьютер) в системе передачи данных принято называть оконечным оборудованием данных или DTE (Data Terminal Equipment), а приемник (например, модем) – устройством аппаратуры передачи данных или DCE (Data Communication Equipment). Направление передачи сигналов между DTE и DCE показано в табл. 1.5.

Как видно из табл. 1.5, каждый сигнал выходной для одного устройства и входной – для другого. Например, для DTE-устройства сигнал передаваемых данных TD является выходным, а для DCE-устройства сигнал TD является входным. DCE-устройство формирует сигнал DCD (если это модем, то он определяет наличие несущего сигнала в телефонной линии), а DTE-устройство принимает этот сигнал и т.п.

Устройство DTE

Направление передачи

Устройство DCE

DCD

—— ,,

, ——

DCD

RD

—— ,,

, ——

RD

TD

—» ,,

, —>

TD

DTR

—» ,,

, —>

DTR

SG

SG

SG

SG

DSR

—— ¦¦

——

DSR

RTS

* ¦¦

—»

RTS

CTS

—— ¦¦

——

CTS

RI

—— ¦¦

——

RI

В некоторых случаях возникает задача обеспечить работу интерфейса RS- 232 между двумя однотипными устройствами, например, необходимо обеспечить соединение DTE-DTE (компьютер-компьютер). Соединения между разъемами в этом случае определяются коммуникационными программами, используемыми компьютерами. В минимальной конфигурации кабель, соединяющий два устройства, должен содержать три провода: один – для объединения сигнальной земли SG, второй и третий – для передачи сигналов TD и RD (рис. 1.18), причем необходимо выполнить перекрестное соединение сигналов. Такой кабель, например, может обеспечить соединение двух компьютеров с помощью встроенной в Windows программы Hyper Terminal.

Если компьютер "предполагает", что он работает с модемом, то, в этом случае, можно применить нуль-модемный кабель (рис. 1.19). На этом рисунке цифрами обозначены контакты разъема DB25M, а штриховой линией – провод "защитной земли"- GND.

DTE                                                               DTE

Рис. 1.18. Трехпроводный вариант RS-232

Рис. 1.19. Нуль-модемные соединения кабелей RS-232

Выбор варианта соединения определяется условиями формирования управляющих и проверочных сигналов устройств DTE. Следует отметить, что вариант кабеля "a" наиболее популярен, и его следует использовать в тех случаях, когда нет достаточной информации об особенностях реализации интерфейсов соединяемых устройств. Вариант кабеля "г" позволяет "убедить" компьютер в постоянной готовности внешнего устройства DTE к приему и передаче сигналов.

Рис. 1.23. Схема питания устройства ввода-вывода от COM-порта

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты