«Последовательный порт» — это сокращение от последовательного интерфейса связи. «Последовательная связь» относится к методу связи, при котором данные передаются бит за битом последовательно. Общие последовательные порты включают RS-232 и RS-485. Хотя последовательная связь была разработана довольно давно, она по-прежнему широко используется в сегодняшних областях промышленной автоматизации и управления. В этой статье мы подробно рассмотрим последовательный порт RS-232. В этой статье рассматриваются следующие темы:
1. История RS232.
2. Интерфейс RS232.
3. Электрические сигналы в RS232.
4. Микросхемы-сдвига уровня для RS232.
5. Передача данных в RS232.
1. История RS232.
RS232 — это стандарт связи, опубликованный Ассоциацией электронной промышленности (EIA) в 1962 году. Его полное название: «Стандарт для электрических и механических интерфейсов между DTE и DCE». «DTE» означает «терминальное оборудование данных», например компьютер; «DCE» означает «Оконечное оборудование-цепи передачи данных». Его также иногда пишут как «Оборудование передачи данных», например модем. «RS» в «RS232» означает «Рекомендуемый стандарт». «232» — это идентификатор. Ранний стандарт RS-232 был разработан для обеспечения связи между компьютерами, программируемыми телефонами и модемами; после нескольких доработок он стал стандартом последовательной связи общего назначения. Изменения в RS-232 следующие:
1969 г. Версия С (RS-232-C);
1986 г. Версия Д (РС-232-Д);
Версия Е (RS232-E) 1991 г.;
Версия F (RS232-F) 1997 г.;
В настоящее время в области промышленной автоматизации RS232 в основном используется для связи между такими устройствами, как сенсорные экраны, устройства считывания карт, сканеры штрих-кода, а также принтеры и ПЛК.
2. Интерфейс RS-232.
До версии F в RS-232 использовался 25-контактный последовательный интерфейс двух типов: штекер и гнездо. Штекерный разъем используется для устройств DTE, а гнездовой разъем используется для устройств DCE, как показано на рисунке ниже.
Физический блок показан на рисунке ниже:
В таблице ниже приведены определения контактов:
:
| Число | Имя | Аббревиатура |
|---|---|---|
| 1 | Щит | |
| 2 | Передаваемые данные | передача |
| 3 | Полученные данные | RxD |
| 4 | Запрос на отправку | РТС |
| 5 | Очистить для отправки | КТС |
| 6 | DCE Реобъявлениеy/Набор данных готов | ДСР |
| 7 | Сигнальная земля/общий возврат | СГ |
| 8 | Детектор принятого линейного сигнала | |
| 9 | Зарезервировано для тестирования набора данных | |
| 10 | Зарезервировано для тестирования набора данных | |
| 11 | Uнасподписано | |
| 12 | Детектор вторичного принятого линейного сигнала | |
| 13 | Вторичный доступ к отправке | (S)CTS |
| 14 | Вторичные передаваемые данные | (S)TxD |
| 15 | Элемент сигнала передачитиМин | |
| 16 | Вторичные полученные данные | (S)RxD |
| 17 | Синхронизация сигнального элемента приемника (DCE) | |
| 18 | Локальный шлейфbпеременный токk | |
| 19 | Вторичный запрос на отправку | (С)РТС |
| 20 | Готовность DTE/готовность терминала данных | ДТР |
| 21 | Удаленная обратная связь/ Детектор качества сигнала |
|
| 22 | Кольцевой индикатор | РИ |
| 23 | Селектор скорости сигнала данных | |
| 24 | Синхронизация элемента сигнала передачи (DTE) | |
| 25 | Тестовый режим |
25-контактный последовательный порт имеет слишком много контактов, что затрудняет его использование. Для упрощения последовательного порта RS232 в версии F предусмотрен 9-контактный последовательный порт, который также включает в себя как штекерный разъем (для DTE), так и гнездовой разъем (для DCE), как показано на рисунке ниже:
См. таблицу ниже для определения контактов:
| Число | Имя | Аббревиатура |
|---|---|---|
| 1 | Обнаружение носителя данных | DCD |
| 2 | Полученные данные | RxD |
| 3 | Передаваемые данные | передача |
| 4 | Терминал данных готов | ДТР |
| 5 | Земля | Земля |
| 6 | Набор данных готов | ДСР |
| 7 | Запрос на отправку | РТС |
| 8 | Очистить для отправки | КТС |
| 9 | Кольцевой индикатор | РИ |
ПЛК считается устройством DTE, а его последовательный порт RS-232 представляет собой штекерный разъем. Например, последовательный модуль RS-232 CM1241 для S7-1200 имеет штекерный последовательный порт, как показано на рисунке ниже:
Для связи между DTE и DTC можно использовать прямое соединение, как показано на рисунке ниже:
Для связи между двумя DTE (например, ПЛК и сканером штрих-кода) следует использовать перекрестное-соединение. Все контакты можно соединить друг с другом, как показано на рисунке ниже:
Вы можете использовать минимальный метод подключения, используя всего три провода для соединения контактов TxD и RxD обоих устройств и заземления их вместе, как показано на рисунке ниже:
Этот тип соединения, при котором DTE подключается непосредственно к DCE, минуя DCE, также известен как «нуль-модемное» соединение, а кабель, используемый для этого типа соединения, называется «нуль-модемным» кабелем или перекрестным кабелем.
3. Электрические сигналы RS-232.
Электрические сигналы на клеммах передачи и приема RS-232 представляют собой сигналы напряжения относительно общей земли (GND). Разность напряжений между +3В и +15В представляет собой логический «0»; разница напряжений между -3 В и -15 В представляет собой логическую «1»; и разница напряжений между -3 В и +3В не определена.. 3 В — это минимальный обнаруживаемый сигнал напряжения. В практических приложениях ожидается, что абсолютное значение разности напряжений будет находиться в диапазоне от 5 В до 15 В. То есть при передаче данных драйвер передатчика выводит сигнал положительного напряжения от +5 В до +15 В, что представляет собой логический «0», а отрицательный сигнал напряжения от -5 В до -15 В представляет собой логическую «1». При приеме данных любой электрический сигнал напряжением более 3 В считается действительным.
4. ИС преобразования уровня RS-232.
Поскольку выводы микроконтроллера выводят уровни TTL, для их преобразования в уровни RS-232 требуется специальная преобразовательная ИС (например, MAX3232 компании TI или ST3232 компании ST). Для получения более подробной информации обратитесь к моей предыдущей статье: В чем разница между уровнями RS-232 и TTL? Как они конвертируются?
5. Передача данных RS-232.
Первое понятие, связанное с передачей данных, — это скорость передачи данных. Как мы знаем, последовательная связь передает данные побитно, причем единицей передачи является бит. Таким образом, скорость передачи данных определяется как количество битов, передаваемых в единицу времени. Международно принятой единицей времени является секунда (с), поэтому единицей скорости передачи данных является бит/с (б/с), также записываемая как бит/с (бит в секунду).
Существует определенный диапазон скоростей передачи данных (не произвольные значения); распространенные скорости передачи данных включают 9600, 38400, 56000 и 115200 бод. Есть также много других ценностей; взаимодействующим сторонам просто необходимо договориться об одной и той же скорости передачи данных.
RS-232 — это протокол связи "точка-точка". Его кадр данных состоит из четырех частей: стартового бита, битов данных, бита четности и стопового бита.
Стартовый бит: длина 1, значение данных равно логическому 0, что указывает на начало передачи данных;
Биты данных: длина 8 или 7, представляющая фактические передаваемые данные;
Бит четности: длина 0 (нет четности) или 1 (четность или нечетность);
Стоповый бит: длина 1, 1,5 или 2; значение данных представляет собой логическую 1, указывающую конец кадра данных;
Предполагая, что связь RS232 настроена на 7 бит данных, нечетную четность и 2 стоповых бита, кадр и логические значения показаны на рисунке ниже.
Далее сделаем расчет.
Предположим, что установка связи RS-232 имеет скорость передачи 9600 бод, 8 бит данных, без контроля четности (0) и 1 стоповый бит. Сколько байт данных можно передать в секунду при этих параметрах связи?
Ответ: В зависимости от параметров длина кадра для этой связи составляет 1 + 8 + 1=10 бит. В этом кадре передается один байт (8 бит). Таким образом, при скорости передачи 9600 бод максимальный объем фактических данных, который может быть передан в секунду, составляет 9600/10=960 байт.