Сигналы и контакты интерфейса RS232
Разъем 9-ти пиновый #	Разъем 25 пиновый #	Обозначение	Полное наименование	Направление	Что значит
			Передача данных (Transmit Data)		Передача данных от компьютера
			Прием данных (Receive Data)		Прием данных компьютером
			Запрос на передачу (Request to Send)
			Готовность передачи (Clear to Send)		Аппаратный контроль передачи данных типа RTS/CTS
			Готовность источника данных (Data Set Ready)		Я готов для обмена данными
			Готовность приемника данных (Data Terminal Ready)		Я готов для обмена данными
			Наличие несущей (Carrier Detect)		Один модем соединен с другим
			Сигнал вызова (Ring Indicator)		Звонок (вызов) на телефонной линии
			Земля

Замечание: DCD иногда маркируется как CD

Сигналы могут иметь другое значение

Только 3 контакта из 9 имеют строго определенное значение: передача, прием и земля. Это аппаратные линии и вы не можете повлиять изменить из предназначение. Но все другие сигнальные линии управляются программно и могут быть (или подразумевается что могут) в большинстве своем другого назначения. Однако они могут прнимать только два состояния: высокое (установленное) (+12 вольт) и низкое (сброшенное) (-12 вольт). Установленное состояние это "включено" и сброшенное состояние это "выключено". Для примера, Advanced Serial Port Monitor (или точнее пользователь программы) может управлять сигналом DTR, в аппаратная часть в свою очередь подает на него напряжение 12 вольт с той или иной полярностью. Модем (или другое устройство) которое принимает сигнал DTR может интерпретировать его по-разному. В одном случае модем (в зависимости от модели и прошивки) может может занять телефонную линию если сигнал DTR сброшен. В другом случае модем проигнорировать сигнал DTR в сброшенном состоянии.

Это применимо ко всем 6-ти сигнальным линиям. Аппаратная часть только посылает и принимает эти сигналы, но действие зависит (если оно вообще есть) от программы (например, Advanced Serial Port Monitor) и конфигурации того оборудоввания, которое вы подключаете к последовательному порту.

Кабельные соединения между последовательными портами

Работа по последовательному интерфейсу имеет свои преимущества. Одна из причин это то, что все сигналы однонаправленные. Если контакт 2 отправляет данные (и не позволяет принимать другие сигналы) то очевидно, что нельзя подсоединить к контакту 2 контакт того же типа. Если вы все же сделаете это, то вы не смоежет не отсылать, ни принимать сигналы по этой линии. Есть два разных способа соединения устройств. Один из них подразумевает соединение двух устройств разного типа, когда контакт №2 одного отсылает данные на контакт №2 второго (который принимает этот сигнал). Это путь, когда вы соединяете компьютер (DTE) и модем (DCE). Также существует второй путь в котором устройства могут быть одного типа: соедините контакт отправки данных №2 с контактом №3, принимающим данные устройства того же типа. Это путь, когда можно соединять два компьютера (DTE-в-DTE). Тип кабеля, использумый в этом случае называется null-modem cable (нуль-модемный кабель) поскольку он соединяет два компьютера без использования модемов. Нуль-модемный также иногда называют перевернутым кабелем, т.к. провода между контактами 2 иd 3 идут наоборот. Пример выше приведен для контактов 25-ти контактного разъема, но также соответственно можно использовать и 9-ти контактный разъем.

Контроль передачи данных типа RTS/CTS и DTR/DSR

Это так называемый "аппаратный" контроль передачи данных. Контроль передачи данных был раскрыт более подробно на другой странице в разедлее "Контроль передачи данных" , однако контакты и сигналы не были описаны. Advanced Serial Port Monitor поддерживает RTS/CTS и DTR/DSR типы аппаратного контроля передачи данных. Только RTS/CTS тип контроля предачи данных будет рассмотрен здесь, поскольку DTR/DSR тип контроля передачи данных функционирует по тому же принципу. Для того, чтобы активировать RTS/CTS контроль передачи данных необходимо только выбрать эту опцию в настройках Advanced Serial Port Monitor .

Итак, если DTE устройство (такое как компьютер) хочет прекратить передачу данных, оно сбрасывает состояние сигнала RTS. Сброшенный сигнал"Запрос на передачу (Request to Send)" (-12 вольт) означает "не посылать запросы ко мне" (прекратить передачу). Когда компьютер готов для принятия очередного блока данных он устанавливает сигнал RTS (+12 вольт) и поток данных возобновляется. Сигналы контроля передачи данных всегда посылаются в противоположном направлении от потока данных контроль которых они осуществляют. DCE устройства (модемы) работают по тому же принципу, только посылают сигнал на контакте CTS. Поэтому тип контроля передачи даных RTS/CTS использует 2 линии (провода).

Строго говоря, интерфейс RS 232 - это название стандарта (RS — recommended standard — рекомендованный стандарт, 232 — его номер), описывающего интерфейс для соединения компьютера и устройства передачи данных.

Стандарт был разработан достаточно давно, в 60-х годах 20-го века. В настоящее время действует редакция стандарта, принятая в 1991 году ассоциациями электронной и телекоммуникационной промышленности, под названием EIA/TIA-232-E .

Тем не менее, большинство людей по-прежнему использует название RS-232, которое накрепко приросло к самому интерфейсу.

Устройства

Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) - ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе - DCE (Data Communications Equipment) - ОПД (Оборудование Передачи Данных).

Как правило, DTE (ООД) - это компьютер, а DCE (ОПД) - это модем, хотя RS-232 использовался и для подключения к компьютеру периферийных устройств (мышь, принтер), и для соединения с другим компьютером или .

Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.

Типы разъемов

Изначально стандарт описывал применение 25-контактного соединителя, типа DB25. DTE-устройство должно оснащаться вилкой (male — «папа»), DCE-устройство - розеткой (female — «мама»). Позднее, с появлением IBM PC, стали использовать усеченный вариант интерфейса и 9-контактные соединители DB9, наиболее распространенные в настоящее время.

Распайка RS-232

В приведенной ниже таблице показано назначение контактов 9-контактного соединителя DB9. Таблица показывает распайку вилки оборудования обработки данных (DTE) , например, ПЭВМ. Розетка устройства передачи данных (DCE) распаяна так, что два разъема стыкуются напрямую, или через кабель, распаянный «контакт в контакт».

1 - Carrier Detect (CD) Наличие несущей частоты

2 - Received Data (RD) Принимаемые данные

3 - Transmitted Data (TD) Передаваемые данные

4 - Data Terminal Ready (DTR) Готовность ООД

5 - Signal Ground Общий

6 - Data Set Ready (DSR) Готовность ОПД

7 - Request To Send (RTS) Запрос на передачу

8 - Clear To Send (CTS) Готов передавать

9 - Ring Indicator (RI) Наличие сигнала вызова

Для передачи данных предназначены цепи RD и TD. Остальные цепи предназначены для индикации состояния устройств (DTR, DSR), управления передачей (RTS, CTS) и индикации состояния линии (CD, RI). Полный набор цепей используется только для подключения к ПЭВМ внешнего модема. В остальных случаях, например при подключении к ПЭВМ промышленного контроллера, используется ограниченный набор цепей, зависящий от аппаратной и программной реализации стыка в контроллере.

Схема кабеля RS-232

Как было сказано выше, для соединения строго соответствующих стандарту устройств DTE и DCE нужен кабель «контакт в контакт». Для соединения двух DTE-устройств используют так называемые нуль-модемные кабели, в которых провода «перекрещиваются» в соответствии с назначением сигналов. На практике перед распайкой кабеля всегда следует разобраться с документацией на оба соединяемых устройства.

Стартовый бит всегда идет уровнем логического нуля, стоповый - единицей. Состояние бита паритета определяется настройкой передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности (parity odd), четности (parity even), может не использоваться (parity none), быть всегда единицей (mark) или нулем (space).

Перспективы

На самом деле перспектив у RS-232 нет. В настоящее время появляется всё больше компьютеров, не оснащенных этим интерфейсом. Однако в эксплуатации находится большое число устройств с интерфейсом RS-232. Для стыковки ПЭВМ с такими устройствами используют переходники USB — RS-232.

После подключения такого переходника и установки драйверов в ПЭВМ появляется виртуальный COM-порт, через который можно общаться с устройством.

Интерфейсов. Определить их и знать все простому пользователю практически невозможно. Когда новичок решает собрать самостоятельно персональный компьютер, возникает много вопросов касательно совместимости. Сегодня мы узнаем, что такое интерфейсы RS-232.

Понятие

Если вы столкнулись с тем, что не знаете, что это за разъем и для чего он нужен, то разберемся далее в этом. Данный стандарт относится к физическому уровню и был разработан как «напарник» асинхронному интерфейсу. Чаще всего, вспоминая о RS-232, специалисты упоминают о последовательном порте ПК.

Так сложилось, что он часто применялся в сфере телекоммуникаций. Сейчас же известен всем благодаря развитию компьютеров. Его подключают к ПК в случае ненадобности высоких скоростей передачи данных, а также если синхронизируемое устройство не находится на дальнем расстоянии. Если же перед нами компьютер для офисной работы или развлечений, то интерфейсы RS-232 заменяются на USB.

История

В середине прошлого века началось активное развитие технологий, в частности телекоммуникаций. Каждая компания, которая занималась выпуском определенного оборудования, разрабатывала собственный стандарт для передачи данных. Соответственно, использовать подобные устройства было сложно, так как возникали проблемы с совместимостью.

Чтобы решить этот вопрос навсегда и стандартизировать все, что уже наработали, в 1962 году организовали специальную ассоциацию. Она сформировала рекомендации для производителя, которые назвала «Рекомендованный стандарт 232». Вот так появилась необходимость разрабатывать интерфейсы RS-232.

Теперь кодирование символов находилось в ограничениях от 5 до 8 бит. Напряжение сигнала не поднималось выше +25 В и не опускалось ниже -25 В. Была возможность организовать сервисные сигналы, которые в целом не обязательно было использовать. Передача данных происходила в двух режимах: синхронном и асинхронном. Благодаря всем установленным характеристикам, стандарт идеально подошел для телекоммуникационных оборудований.

Развитие

Уже через семь лет после основания стали появляться новые редакции. RS-232C был переработан в связи со всеми недостатками, которые удалось обнаружить за это время. Было решено назначить разъему DB25 25 контактов. Этот вариант стал действительно «работой над ошибками», поэтому не изменялся длительно время и стал базисным на долгие годы вперед.

Уже в 1983 году стали известны персональные компьютеры с использованием этого стандарта. Начали использовать приемопередатчик UART. В одной из новинок было аж 4 таких передатчика, которые получили название COM-порт.

Развитие подобных стандартов стало набирать обороты. Производители осознали принцип действий в таких ситуациях, поэтому сама Ассоциация начала терять господство. В 1986 году RS меняется на EIA. Когда права из одной компании перешли в другую, было выпущено еще пара вариаций стандарта. В целом ничего нового так и не внедрили в интерфейсы RS-232.

Работа

Благодаря этому стандарту стало возможно передавать данные или специальные сигналы между двумя устройствами, одно из которых терминал, а второе - коммуникационное. Передача осуществляется до 15 метров, а максимальная скорость может достигнуть 115200 бод. Интересно, что интерфейс прост в использовании и программировании. Эго часто используют, если нужно удлинить расстояние. Специалисты просто пропорционально снижают скорость.

Цели

Известно, что последовательный интерфейс RS-232 впервые был применен от телефонного модема к ПК. Из-за этого вскоре заполучил рудименты, среди которых была отдельная линия «Звонок». Со временем интернет-девайсы поменяли разъемы и стали подключаться с помощью USB. Сам же обозреваемый разъем никуда не исчез с интерфейсной панели, поэтому другие производители решили создавать к своим устройствам совместимые кабели, чтобы подключаться к системе. Так, стали известны компьютерные мыши с RS-232.

Сейчас этот интерфейс чаще встречается в узкоспециальных девайсах, промышленном оборудовании и микропроцессорных системах. В итоге, на современных нетбуках или ноутбуках кабель интерфейса RS-232 практически не встречается. А вот некоторые материнские платы стационарных систем все еще имеют этот разъем. В итоге, есть как одиночные слоты, так и колодка шлейфовая на материнке. Чтобы этот разъем не был бесполезным, некоторые предоставляют преобразователи.

Функционирование

Как известно, обозреваемый герой является дуплексным интерфейсом. Он передает данные как асинхронный последовательный интерфейс. По проводу проходит двоичный сигнал, который получил два уровня напряжения. Так происходит передача информации.

Если рассматривать логические показатели, то к «нулю» соотносимо положительное напряжение, а к «единице» - отрицательное. Чтобы данная структура работала как следует, разработчики используют большое количество микросхем «дров». Интерфейсы RS-232 обычно имеют не только стандартные линии входа и выхода, но и особые вспомогательные дорожки, чтобы управлять потоком с аппаратной стороны и регулировать специальные функции.

Линии

Интересно, что этот порт оснастили типом D, с 25 контактами. Каждый имеет свое сокращение и направление. Имеют полное название и отвечают за определенную характеристику. Так есть передаваемые и принимаемые данные, запрос и сброс передачи, положительное и отрицательное напряжение, выравнивание режима, синхронизация приемника, индикатор звонка и т.д.

Классы

Если перед нами терминальное устройство, то у него разъем будет оснащен контактами, если же связное - то отверстиями. Вроде как стандартное положение, но иногда случаются исключения. Сигналы интерфейс подключения RS-232 разделены по классам.

Последовательные материалы типа TXD, работают с независимым каналом последовательной передачи, который делится на первичные и вторичные. Линии работают, передавая информацию и получая её.

Управляющий тип RTS имеет в названии слово квитирование. Оно означает способ, при котором сигналы с последовательной линией связи начинают общение с одной передачи до фактической. Есть класс синхронизации. В этом режиме оборудования передают сигналы между собой, что позволяет упрощать передачу при декодировании.

Преобразователи

Прежде чем разобраться с преобразователем интерфейсов RS-232, стоит знать в принципе, что это и для чего необходимо. Чтобы было понятнее, преобразователь - это переходник. В том случае, если устройство имеет один разъем, но вам необходим другой, можно просто прикупить адаптер. Таким образом, все необходимые слоты либо становятся нужными, либо просто не занимают лишнее место.

В нашем случае, возможно использовать подключение оборудования с интерфейсами RS-232/422/485 для COM-портов. В итоге происходит гальваническая развязка стандартов, передача информации проходит в трудных условиях с электромагнитными помехами. Проблема в этом случае связана только с тем, что простого подключения не хватит, придется настраивать программный уровень.

В целом разное оборудование требует для передачи данных своих особых технологий. Поэтому, нужно работать с унифицированием протоколов, переводить данные в единый вид только при наличии преобразователя - невозможно. Задача такого адаптера состоит в том, что происходит адаптация вида информации, которые передаются между определенными частями системы со специальными технологиями.

Так, переработка пакетов проходит на программном этапе. Программа изменяет структуру материалов, которые передаются, использует иной протокол.

Классификация

Интересно, что любой преобразователь интерфейса RS-232 (etherne и другие), может характеризоваться по нескольким параметрам. Так, определяют стандарт, по типу оборудования и протоколам. Также рассматривают скорость передачи данных, которая определена максимальным количеством материалов за определенное время.

Следующий параметр - это возможное расстояние передачи данных, основанное на максимальном расстоянии узлов друг от друга, которые могут передавать информацию между собой, но при этом сохраняя её целостность. Линия передачи представлена средой, где как раз и происходит передача данных. Среди параметров есть количество «дров» и приемников, а также возможен анализ схемы «конектинга» основных компонентов.

Примеры

Чтобы интерфейсы RS-232 корректно работали в паре с RS-485/422, необходимо обзавестись не просто преобразователем, а программным управлением. Стоит помнить, что клеммы не все задействованы, поэтому из 10 остается только тройка передачи/приема данных и сигнального заземления. В итоге сам процесс преобразования представлен побитовой переработкой данных из одной формы в другую. В этот момент преобразование протоколов не происходит, как и трансформация «дров» порта ввода/вывода.

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные (ООД - оконечное оборудование данных, или АПД - аппаратура передачи данных; DTE - Data Terminal Equipment), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД; DCE - Data Communication Equipment). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Полная схема соединения приведена на рис. 1; интерфейс позволяет исключить канал удаленной связи вместе с парой устройств АКД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис. 2).

Рис.1. Полная схема соединения по RS-232C

Рис.2. Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но COM-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах - например, RS-422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице (состояние MARK) на входе данных (сигнал RxD) соответствует диапазон напряжения от –12 до –3 В; логическому нулю - от +3 до +12 В (состояние SPACE). Для входов управляющих сигналов состоянию ON (“включено”) соответствует диапазон от +3 до +12 В, состоянию OFF (“выключено”) - от –12 до –3 В. Диапазон от –3 до +3 В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 3). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах от –12 до –5 В и от +5 до +12 В. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов. Заметим, что сигналы уровней ТТЛ (на входах и выходах микросхем UART) передаются в прямом коде для линий TxD и RxD и в инверсном - для всех остальных.

Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.

ВНИМАНИЕ

Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием должно производиться при отключенном питании. Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов.

На аппаратуре АПД (в том числе на COM-портах) принято устанавливать вилки DB-25P или более компактный вариант - DB-9P. Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25-штырьковых разъемах эти контакты не используются).

На аппаратуре АКД (модемах) устанавливают розетки DB-25S или DB-9S.

Это правило предполагает, что разъемы АКД могут подключаться к разъемам АПД непосредственно или через переходные “прямые” кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены “один в один”. Переходные кабели могут являться и переходниками с 9 на 25-штырьковые разъемы (рис. 4).

Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem, или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно по одной из схем, приведенных на рис. 5.

Рис. 3. Прием сигналов RS-232C

Рис. 4. Кабели подключения модемов

Рис. 5. Нуль-модемный кабель: а - минимальный, б - полный

Если на каком-либо устройстве АПД установлена розетка - это почти 100 % того, что к другому устройству оно должно подключаться прямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удаленное подключение через модем не предусмотрено.

В табл. 1 приведено назначение контактов разъемов COM-портов (и любой другой аппаратуры передачи данных АПД). Контакты разъема DB-25S определены стандартом EIA/TIA-232-E, разъем DB-9S описан стандартом EIA/TIA-574. У модемов (АКД) название цепей и контактов такое же, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.

Таблица 1. Разъемы и сигналы интерфейса RS-232C

Обозначение цепи	Контакт разъема	№ провода кабеля выносного разъема PC	Направление

1 Ленточный кабель 8-битных мультикарт.
2 Ленточный кабель 16-битных мультикарт и портов на системных платах.
3 Вариант ленточного кабеля портов на системных платах.
4 Широкий ленточный кабель к 25-контактному разъему.

Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения COM-порта PC. Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях COM-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS-232 и V.24). Напомним, что активному состоянию управляющих сигналов (“включено”) и нулевому значению бита передаваемых данных соответствует положительный потенциал (выше +3 В) сигнала интерфейса, а состоянию “выключено” и единичному биту - отрицательный (ниже –3 В). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 2. Нормальную последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к COM-порту иллюстрирует рис. 6.

Таблица 2. Назначение сигналов интерфейса RS-232C

	Назначение
	Protected Ground - защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля
	Signal Ground - сигнальная (схемная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов
	Transmit Data - последовательные данные - выход передатчика
	Receive Data - последовательные данные - вход приемника
	Request To Send - выход запроса передачи данных: состояние “включено” уведомляет модем о наличии у терминала данных для передачи. В полудуплексном режиме используется для управления направлением - состояние “включено” служит сигналом модему на переключение в режим передачи
	Clear To Send - вход разрешения терминалу передавать данные. Состояние “выключено” запрещает передачу данных. Сигнал используется для аппаратного управления потоками данных
	Data Set Ready - вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных (модем в рабочем режиме подключен к каналу и закончил действия по согласованию с аппаратурой на противоположном конце канала)
	Data Terminal Ready - выход сигнала готовности терминала к обмену данными. Состояние “включено” поддерживает коммутируемый канал в состоянии соединения
	Data Carrier Detected - вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема
	Ring Indicator - вход индикатора вызова (звонка). В коммутируемом канале этим сигналом модем сигнализирует о принятии вызова

Рис. 6. Последовательность управляющих сигналов интерфейса

1. Установкой DTR компьютер указывает на желание использовать модем.
2. Установкой DSR модем сигнализирует о своей готовности и установлении соединения.
3. Сигналом RTS компьютер запрашивает разрешение на передачу и заявляет о своей готовности принимать данные от модема.
4. Сигналом CTS модем уведомляет о своей готовности к приему данных от компьютера и передаче их в линию.
5. Снятием CTS модем сигнализирует о невозможности дальнейшего приема (например, буфер заполнен) - компьютер должен приостановить передачу данных.
6. Сигналом CTS модем разрешает компьютеру продолжить передачу (в буфере появилось место).
7. Снятие RTS может означать как заполнение буфера компьютера (модем должен приостановить передачу данных в компьютер), так и отсутствие данных для передачи в модем. Обычно в этом случае модем прекращает пересылку данных в компьютер.
8. Модем подтверждает снятие RTS сбросом CTS.
9. Компьютер повторно устанавливает RTS для возобновления передачи.
10. Модем подтверждает готовность к этим действиям.
11. Компьютер указывает на завершение обмена.
12. Модем отвечает подтверждением.
13. Компьютер снимает DTR, что обычно является сигналом на разрыв соединения (“повесить трубку”).
14. Модем сбросом DSR сигнализирует о разрыве соединения.

Из рассмотрения этой последовательности становятся понятными соединения DTR–DSR и RTS–CTS в нуль-модемных кабелях.

Асинхронный режим передачи

Асинхронный режим передачи является байт-ориентированным (символьно-ориентированным): минимальная пересылаемая единица информации - один байт (один символ). Формат посылки байта иллюстрирует рис. 7. Передача каждого байта начинается со старт-бита, сигнализирующего приемнику о начале посылки, за которым следуют биты данных и, возможно, бит четности (Parity). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками. Старт-бит следующего байта посылается в любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5 %. С учетом фазовых искажений и дискретности работы внутреннего счетчика синхронизации реально допустимо меньшее отклонение частот. Чем меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора (чем выше частота передачи), тем больше погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более строгие. Чем выше частота передачи, тем больше влияние искажений фронтов на фазу принимаемого сигнала. Взаимодействие этих факторов приводит к повышению требований к согласованности частот приемника и передатчика с ростом частоты обмена.

Рис.7. Формат асинхронной передачи RS-232C

Формат асинхронной посылки позволяет выявлять возможные ошибки передачи.

• Если принят перепад, сигнализирующий о начале посылки, а по стробу старт-бита зафиксирован уровень логической единицы, старт-бит считается ложным и приемник снова переходит в состояние ожидания. Об этой ошибке приемник может не сообщать.
• Если во время, отведенное под стоп-бит, обнаружен уровень логического нуля, фиксируется ошибка стоп-бита.
• Если применяется контроль четности, то после посылки бит данных передается контрольный бит. Этот бит дополняет количество единичных бит данных до четного или нечетного в зависимости от принятого соглашения. Прием байта с неверным значением контрольного бита приводит к фиксации ошибки.
• Контроль формата позволяет обнаруживать обрыв линии: как правило, при обрыве приемник “видит” логический нуль, который сначала трактуется как старт-бит и нулевые биты данных, но потом срабатывает контроль стоп-бита.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200 бит/с. Иногда вместо единицы измерения “бит/с” используют “бод” (baud), но при рассмотрении двоичных передаваемых сигналов это некорректно. В бодах принято измерять частоту изменения состояния линии, а при недвоичном способе кодирования (широко применяемом в современных модемах) в канале связи скорости передачи бит (бит/с) и изменения сигнала (бод) могут отличаться в несколько раз.

Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и 6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит может быть 1, 1,5 или 2 (“полтора бита” означает только длительность стопового интервала).

Управление потоком данных

Для управления потоком данных (Flow Control) могут использоваться два варианта протокола - аппаратный и программный. Иногда управление потоком путают с квитированием. Квитирование (handshaking) подразумевает посылку уведомления о получении элемента, в то время как управление потоком предполагает посылку уведомления о возможности или невозможности последующего приема данных. Зачастую управление потоком основано на механизме квитирования.

Аппаратный протокол управления потоком RTS/CTS (hardware flow control) использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему (рис. 8). Передатчик “выпускает” очередной байт только при включенной линии CTS. Байт, который уже начал передаваться, задержать сигналом CTS невозможно (это гарантирует целостность посылки). Аппаратный протокол обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. Микросхемы асинхронных приемопередатчиков имеют не менее двух регистров в приемной части - сдвигающий, для приема очередной посылки, и хранящий, из которого считывается принятый байт. Это позволяет реализовать обмен по аппаратному протоколу без потери данных.

Рис.8. Аппаратное управление потоком

Аппаратный протокол удобно использовать при подключении принтеров и плоттеров, если они его поддерживают. При непосредственном (без модемов) соединении двух компьютеров аппаратный протокол требует перекрестного соединения линий RTS - CTS.

При непосредственном соединении у передающего терминала должно быть обеспечено состояние “включено” на линии CTS (соединением собственных линий RTS - CTS), в противном случае передатчик будет “молчать”.

Применяемые в IBM PC приемопередатчики 8250/16450/16550 сигнал CTS аппаратно не отрабатывают, а только показывают его состояние в регистре MSR. Реализация протокола RTS/CTS возлагается на драйвер BIOS Int 14h, и называть его “аппаратным” не совсем корректно. Если же программа, пользующаяся COM-портом, взаимодействует с UART на уровне регистров (а не через BIOS), то обработкой сигнала CTS для поддержки данного протокола она занимается сама. Ряд коммуникационных программ позволяет игнорировать сигнал CTS (если не используется модем), и для них не требуется соединение входа CTS с выходом даже своего сигнала RTS. Однако существуют и иные приемопередатчики (например, 8251), в которых сигнал CTS отрабатывается аппаратно. Для них, а также для “честных” программ, использование сигнала CTS на разъемах (а то и на кабелях) обязательно.

Программный протокол управления потоком XON/XOFF предполагает наличие двунаправленного канала передачи данных. Работает протокол следующим образом: если устройство, принимающее данные, обнаруживает причины, по которым оно не может их дальше принимать, оно по обратному последовательному каналу посылает байт-символ XOFF (13h). Противоположное устройство, приняв этот символ, приостанавливает передачу. Когда принимающее устройство снова становится готовым к приему данных, оно посылает символ XON (11h), приняв который противоположное устройство возобновляет передачу. Время реакции передатчика на изменение состояния приемника по сравнению с аппаратным протоколом увеличивается, по крайней мере, на время передачи символа (XON или XOFF) плюс время реакции программы передатчика на прием символа (рис. 9). Из этого следует, что данные без потерь могут приниматься только приемником, имеющим дополнительный буфер принимаемых данных и сигнализирующим о неготовности заблаговременно (имея в буфере свободное место).

Рис.9. Программное управление потоком XON/XOFF

Преимущество программного протокола заключается в отсутствии необходимости передачи управляющих сигналов интерфейса - минимальный кабель для двустороннего обмена может иметь только 3 провода (см. рис. 5, а). Недостатком, помимо обязательного наличия буфера и большего времени реакции (снижающего общую производительность канала из-за ожидания сигнала XON), является сложность реализации полнодуплексного режима обмена. В этом случае из потока принимаемых данных должны выделяться (и обрабатываться) символы управления потоком, что ограничивает набор передаваемых символов.

Кроме этих двух распространенных стандартных протоколов, поддерживаемых и ПУ, и ОС, существуют и другие.

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

Контакты RS-232C

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.
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.)