Интерфейс RS232 назначение и принцип работы

RS-232 - это физический стандарт интерфейса двоичной передачи. Стандарт используется в основном в последовательных портах компьютеров, которые обычно называют «COM“ портами. В настоящее время RS232 не очень актуальны, но в связи со своей простотой RS232 удачно используется в электронике и радиолюбительской практике, частенько через USB - RS232 преобразователи. RS232 стандарт определяет разъемы, электрические параметры и значение сигналов, но ни как не протоколы.

Интерфейс RS-232 Связь между компьютером и микроконтроллером - справочное пособие

Интерфейс RS232 в компьютере: электрические характеристики, распиновка, програмирование, Управление состояниями и чтение состояний линий, инициализация

RS232 в микроконтроллере: характеристики, использование сигналов RS232 при запуске и программировании микроконтроллера, микросхемы преобразователей уровней интерфейса, примеры сопряжения микроконтроллеров с компьютером по RS232; Пример применения RS232 при программировании микроконтроллеров ADUC8XX; Программаторы микроконтроллеров

Что может и чего не может интерфейс RS232 Приложение:

Удаленная система сбора и обработки информации, поступающей с датчиков аналоговых, частотных и дискретных сигналов на базе IBM-совместимого компьютера и MSC-51

Распайка интерфейса RS232 (COM порта)

На рисунке ниже показано назначение контактов девяти контактного соединителя типа DB9.

Для передачи данных используются выводы RD и TD. Остальные контакты RS-232 предназначены для индикации состояния устройств (DTR, DSR), управления передачей данных (RTS, CTS) и индикации состояния линии передачи (CD, RI). Полный перечисленный список выводов вы увидите разве что в устаревшем модеме. В остальных случаях, например при подключении к компьютеру флюорографа малодозового цифрового, используется меньший набор контактов интерфейса RS-232.

RS-232 интерфейс применяется в основном вместе с аппаратным модулем передачи данных, называемым UART, у которого протокол стандартизирован, но он также не определяет разъемы и т.п. Т.е, RS-232 дополняет UART. Тогда как UART - это периферийный модуль в микроконтроллере, цифровые входы-выходы которого не отвечают электрическим параметрам интерфейса RS-232, их между собой сводят вместе специальной схемой - преобразователем уровней. Одним из известных преобразователей между RS-232 и TTL CMOS логикой является, к примеру, микросхема MAX232.

Кроме того, интерфейс RS232 содержит кроме сигналов(RX, TX) еще и контролирующие выводы - DTR, DCD, DSR, RI, RTS и CTS, которые применяются в управлении общения между различными устройствами. К примеру, с их помощью схема интерфейса может дать знать готово оно или нет принимать цифровой код. Так как изначальная цель RS-232 была соединение компьютеров с модемом, то некоторые сигналы использовались в нем для показания состояния телефонной линии.

Схема кабеля интерфейса RS232

Для соединения двух устройств использующих COM порт применяется нуль модемный кабель, в котором провода "перекрещиваются" в соответствии с назначением сигналов. Для соединения большинства приборов и ПК достаточно минимального набора цепей интерфейса RS-232: RD, TD и Signal Ground. Вот, например, на рисунке ниже приведена схема кабеля для соединения компьютера с com портом и контроллера ВАРИКОНТ, на типовых соединителях DB9:

Стандарт ограничивает максимальную длину кабеля в 15 метров при скорости 9600 бит/с. Экран кабеля советуют не объединять с сигнальным общим, а подсоединить к металлической оболочке разъема.

Все сигналы в COM порте потенциальные, с номинальными уровнями +12В и -12В относительно общего. Логической единице соответствует уровень -12В, а нулю соответственно +12В. RS232 называют еще последовательным интерфейсом, т.к поток данных передается по одному проводу бит за битом. При отсутствии передачи линия находится в состоянии логической единицы. Скорость передачи данных не нормируется, но обычно выбирают из цифрового ряда 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 36600,с 54200 бит в секунду. В основном применяется асинхронный режим работы, при котором данные идут фреймами. Каждый отдельный фрейм состоит из битов данных, стартового, контроля четности и стопового бита. Биты байта данных передаются начиная с младшего. Для правильной работы приемопередатчики на обоих устройствах должны совпадать скорость, количество битов данных, тип контроля по четности, длина стопового бита.

При точных расчетах времени на передачу массива байтов наряду с битами данных следует принимать во внимании все служебные биты.

На рисунке ниже показана "осциллограмма" одного фрейма при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности, один стоповый бит: Стартовый бит всегда следует уровнем логического нуля, стоповый — единицей. Состояние бита паритета задается опцией передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности, четности, в некоторых случаях может не использоваться, может быть всегда единицей или нулем.

Преобразователь интерфейсов RS232 в RS485 схема

Т.к большинство компьютеров и микроконтроллеров не поддерживают RS485, во многих случая может потребоваться преобразователь на RS232. Представленная ниже схема позволяет собрать простой конвертер интерфейсов RS232-RS485.

Основа схема популярные микросборки MAX232 и MAX485. Разъем DB-9 соединяет плату с COM портом. Через разъемы J1 и J2 происходит доступ к линиям ввода-вывода MAX232, через разъем CN1 осуществляется доступ к линиям ввода вывода микросхемы MAX485. При помощи перемычки J4 к устройству можно подключит внешнее питание уровнем от 9 до 12 В, которое преобразуется стабилизатором в 5 В. Если вы запитываете схему через J1, то проверьте, что J4 разомкнут. Светодиод D2 горит при выключение питания, диод D1 защищает от ошибочной смены полярности.

Кабель RS485 подсоединяется к разъему CN2 через резисторы R3, R1 и R4, обеспечивающие требуемый импеданс. Вывод A CN1 - контроль приема/передачи. Если подключить его на землю, тог RS485 будет работать только в режиме приёма, а если подсоединить к Vcc, то работа происходит в режиме передачи.

Для подключения микросхемы MAX232 к MAX485 подключите вывод C J1 к DI CN1, а вывод B J1 с выводом RO CN1.

Для желающих собрать радиолюбительскую конструкцию ниже привожу рисунок печатной платы.

Интерфейс RS232 в роли регулятора напряжения

Существуют некоторые радиолюбительские конструкции которые лучше запитать непосредственно от COM порта, а не от основного блока питания. Большинству микросхем для питания хватает напряжения 5 Вольт, и интерфейс способен выдавать ток в районе 8 мА. В схеме применяется всего четыре биполярных транзистора, на ее выходе мы имеем 5 В и ток короткого замыкания до 19 мА.

Ток, потребляемый самой схемой составляет около 0.2 мА. Конструкция очень проста, но у нее имеются определенные хитрости. Для удовлетворения требований цепи требуется учитывать коэффициенты усиления транзисторов. В нашем примере применяются только устройства класса B, коэффициент усиления которых от 220 до 280. Через диоды D1-D3 проходит только положительная часть напряжение из порта. Токоограничение реализуется с помощью сопротивления R1 и T1. Как только напряжение на сопротивление дойде до уровня 0.7 В (при токе 18 мА R1 = 39 Ом) транзистор открывается и тем самым запирает T2 гася выходное напряжение. Выходное напряжение 5 В стабилизируется на D4.

Следует добавить, что выходное напряжение здесь имеет приблизительное значение. Когда напряжение на стабилитроне и напряжение, идущее через T4, суммируются вместе, в результате на выходе 5.8 В. Однако из-за T3 стабилитрон работает на низких токах, и фактический порог для открывания T4 около 4.9 В. Основой цикла регулирования являются сопротивление R2 и T2. Требуется подобрать R2 с большим сопротивлением (от 1.5 МОм), т.к это ограничивает максимальный ток протекающий через транзистор Т2. Чтобы получить на выходе ток 19 мА, база T2 должна получать именно 1/220 (коэффициент усиления) от 19 мА, и ток, идущий в базу T3, должен быть 1/220 от 80 мкА. При входном напряжении 9 В падение напряжения на R2 достигает уровня 3.3 В, и будет идти ток 2.2 мкА. Транзистор T3 умножит его на 220, доведя его до уровня 0.5 мА.