Последовательные интерфейсы

5.9 Последовательные интерфейсы

Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек. Количество бит данных может составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1,1.5,2 бита. Асинхронный в РС реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C.

Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры интерфейса V.35.

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим.

Префикс "RS" -рекомендованный стандарт.

5.9.1 Интерфейс RS-232

Интерфейс RS-232C использует несимметричные приемники и передатчики, сигнал передается относительно общего провода (схемной земли). Интерфейс RS-232C не обеспечивает гальванической развязки устройств. В интерфейсе RS-232С оговариваются следующие электрические параметры.

Выходные сигналы:

Рекомендуемые материалы

- 0 задается диапазоном напряжения со стороны источника (+5 ¸ +15)В;

- неопределенное состояние – диапазон напряжения (+5 ¸ -5)В;

- 1 задается диапазоном напряжения (-5 ¸ -15)В.

Входные сигналы:

- 0 задается диапазоном напряжения со стороны приемника (+3 ¸ +25)В;

- неопределенное состояние – диапазон напряжения (+3 ¸ -3)В;

- 1 задается диапазоном напряжения (-3 ¸ -25)В.

Логической единице на входе приемника соответствует уровень напряжения -3 ... -12 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называют "ON", а для линий последовательных данных - "MARK". Логическому "0" соответствует напряжение +3 ... +12 В (называемое "OFF" или "SPACE", соответственно). Между уровнями +3 ... -3 В существует зона нечувствительности, обуславливающая гистерезис приемника. Состояние на выходе приемника изменяется только при пересечении напряжением порога +3 или -3 В.

Разъем и кабель порта RS232.

Стандартный последовательный порт имеет 9- контактный разъем. На рисунке 5.5 приведены назначения контактов этих разъемов. 

Рисунок 5.5 - Блочная часть 9-контактного штыревого разъема

В таблице 5.6 указано назначение контактов разъема последовательного интерфейса.

Таблица 5.6 - Назначение контактов разъемов последовательного порта

Внутреннее аппаратное устройство.

Компьютер, совместимый с IBM PC, может иметь до четырех последовательных портов. Они маркируются как COM1-COM4. Каждый COM-порт формируется отдельным UART 16450 (в нем имеется восемь восьмибитовых регистров), установленным внутри компьютера.

5.9.2 Интерфейсы RS-422A, RS-423A и RS-449

Более новыми стандартами, по сравнению с RS-232, позволяющими обеспечить высокоскоростную работу на больших расстояниях, являются стандарты EIA RS-422A, RS-423A и RS-449. Соответствующими рекомендациями ITU-T для этих стандартов являются V.10 и Х.26 — для RS-423, и V.11 и Х.27 — для RS-422, V.36 для RS-449.

Интерфейс RS-422A.

Стандарт RS-422A определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоростях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE—DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики.

Стандарт RS-422A был разработан совместно с RS-423A и позволяет размещать линии этих интерфейсов в одном кабеле. Он не совместим с RS-232, и взаимодействие между RS-422A и RS-232 может быть обеспечено только при помощи специального интерфейсного  конвертера.

Таблица  5.8 - Электрические и временные характеристики интерфейса RS-422

Интерфейс RS-423A.

Стандарт RS-423A определяет электрические характеристики несимметричного цифрового интерфейса. "Несимметричность" означает, что данный стандарт подобно RS-232 для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод. Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание электрических характеристик интерфейса. Стандарт RS-422A предусматривает максимальную скорость передачи 100 Кбит/с.

Таблица 5.9 - Соотношение скорости передачи и длины кабеля для стандартов

Интерфейс RS-449.

Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т.п. В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS-449 соответствует международный стандарт V.36.

Стандарт RS-449 определяет 30 сигналов интерфейса. Большинство этих сигналов имеют эквивалентные в RS-232. Кроме того, добавлен ряд новых сигналов.

Десять сигналов RS-449 определены как линии 1-й категории. Эта группа сигналов включает в себя все основные сигналы данных и синхронизации, такие как "Передаваемые данные", "Принимаемые данные", "Синхронизация терминала". Скорость передачи сигналов 1 -и категории существенно зависит от длины кабеля. Для линий этой категории на скоростях до 20 Кбит/с могут использоваться стандарты RS-422A либо RS-423A; на скоростях выше 20 Кбит/с (до 2Мбит/с) - только RS-422A.

Оставшиеся 20 линий классифицируются как линии 2-й категории и используются стандартом RS-423A. Ко 2-й категории относятся такие управляющие линии, как "Качество сигнала", "Выбор скорости передачи" и др.

Стандарт RS-449 определяет тип разъема и, в отличие RS-232, распределение контактов разъема. Используемые разъемы имеют 37 контактов для прямого канала и 9 контактов для обратного канала.

Интерфейс RS-485.

Протокол связи RS-485 является наиболее широко используемым промышленным стандартом, использующим двунаправленную сбалансированную линию передачи. Протокол поддерживает многоточечные соединения, обеспечивая создание сетей с количеством узлов до 32 и передачу на расстояние до 1200 м. Использование повторителей RS-485 позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 м или добавить еще 32 узла. Стандарт RS-485 поддерживает полудуплексную связь. Для передачи и приема данных достаточно одной скрученной пары проводников

Таблица 5.10 – Характеристики интерфейса RS-485

Характеристики интерфейсов RS-232C, RS-423A, RS-422A, RS-485A сведены в таблицу 5.12.

Таблица 5.12 - Характеристики интерфейсов