Как работает RS232

1. Уровни напряжения передатчика
2. Уровни напряжения приемника
3. Как работает RS232 - Стартовый бит RS232
4. Как работает RS232 - Биты данных
5. Как работает RS232 - бит четности
6. Как работает RS232 - Стоп бит
7. Как работает RS232 - уровни сигнала
8. Часы RS232
9. Форма волны RS232
10. Аппаратное рукопожатие
11. Программное обеспечение рукопожатие

Как работает RS232: RS232 определяет протокол, который детализирует, как поток битов данных последовательно передается на провод, то есть поток битов. Порядок и значение каждого бита определяются протоколом. Простого объяснения ниже достаточно для понимания RS232 - не нужно читать большое руководство!

RS232 - это стандарт протокола последовательной передачи информации, который определяет как протокол (метод передачи данных), так и физическое оборудование для его выполнения. Этот документ описывает, как это работает на физическом уровне, чтобы вы знали, какие сигналы вы можете ожидать увидеть на выводах микроконтроллера.

Что такое RS232 ?

По сути, это метод передачи данных по одному проводу (вам нужно два провода, чтобы получить данные обратно, поскольку каждый провод передает данные только в одном направлении):

Это метод (или протокол - согласованный стандарт), который определяет, как передавать данные между двумя устройствами, используя несколько проводов. Он использует метод последовательной передачи, при котором байты данных выводятся по одному биту за раз на один провод.

Данные передаются только в одном направлении для каждого провода, поэтому для двунаправленной связи (в двух направлениях) вам нужно два провода. Так что это не многоканальная коммуникационная система, такая как RS485, а протокол точка-точка.

Эти два вместе с эталоном заземления (всего: три провода) составляют минимальную конфигурацию, с которой вы можете обойтись.

Примечание. Для более надежной связи на больших расстояниях может потребоваться использование других соединений, определенных в стандарте RS232, таких как DTR DCT и т. Д., Сигналы квитирования и т. Д.

Более формально RS232 - это протокол асинхронной связи, который позволяет передавать данные между электронными устройствами.

По сути, он может передавать один байт данных по последовательному кабелю, имеющему от 3 до 22 сигналов и работающему со скоростью от 100 до 20 кбод. Обычно используются скорости передачи 2,4 К, 9,6 К, 19,2 К, длина кабеля может достигать 50 футов. Более высокие скорости передачи данных используются, но не подпадают под действие стандарта, который они все еще работают, например, 38400 57600 бод (бит / с).

Для передачи блока данных отдельные байты передаются один за другим.

В этом разделе описывается, как работает RS232 в целом без описания методов рукопожатия - описана только самая простая система - это наиболее полезная и наиболее вероятная работа! ,

Сигналы рукопожатия нуждаются в дополнительном аппаратном обеспечении преобразования уровня (микросхема RS232 с большим количеством входов / выходов) и, хотя они просты, обычно не требуются для работы ПК с платой разработки. Они могут вам понадобиться для систем, которые управляют несколькими устройствами, где вам может потребоваться временно остановить данные с устройства. Есть раздел на сигналы рукопожатия позже в этом документе.

Данные передаются последовательно в одном направлении по паре проводов. Выходящие данные обозначаются как Tx (указывает на передачу), а поступающие данные - на Rx (указывают на прием). Для создания системы двусторонней связи требуется минимум три провода Tx, Rx и GND (земля). Пересечение Tx & Rx между двумя системами позволяет каждому устройству общаться с противоположной.

Примечание. Для каждого сигнала (TX и RX) требуется преобразователь уровня, поскольку для передачи данных по проводам используются высокие напряжения (обычно выходной сигнал составляет от ± 5 В до ± 25 В).

Каждый байт может быть передан в любое время (если был передан предыдущий байт). Переданный байт не синхронизируется с получателем - это асинхронный протокол, т. Е. Тактовый сигнал отсутствует. По этой причине программное обеспечение на каждом конце линии связи должно быть точно таким же, чтобы каждый чип последовательного декодера мог декодировать поток последовательных данных.

Примечание. Инверсия уровня сигнала (логическая 1 равна -12 В, а логическая 0 равна + 12 В).

Как RS232 работает во взаимосвязи между скоростью передачи и частотой сигнала.

Скорость передачи - это просто скорость передачи, измеренная в битах в секунду. Он определяет частоту каждого битового периода.

Для скорости передачи 2400 (2400 бит / с) частота равна 2400 Гц, а битовый период равен 1/2400 или 416,6 мкс. Это информация, которую приемник использует для восстановления битов из потока данных.

Уровни напряжения передатчика

Чтобы заставить его работать по длинным кабелям, от каждого передатчика посылается высокое напряжение, так как из-за сопротивления кабеля напряжение уменьшается по мере прохождения сигнала. Спецификация выходного напряжения составляет от + 5 В до + 25 В (передача логического нуля) и от -5 В до -25 В (передача логического нуля).

Примечание: все сигналы в кабеле должны генерировать одинаковые уровни напряжения, например, DTR, DSR, RTS, CTS. Так что для полноценного интерфейса вам нужно много микросхем переводчиков уровня, но для очень коротких расстояний вам нужны только TX, RX и земля.

Максимальное напряжение ± 25 В не нужно использовать, а общее используемое напряжение составляет ± 12 В (вывод от микросхемы приемопередатчика MAX232).

Метка (логическая) отправляется как -12 В, а пробел (логический ноль) отправляется как + 12 В, т. Е. Логический смысл инвертируется.

Примечание. Тот факт, что на последовательном порту имеются высокие напряжения, позволяет питать устройства, которые вы обычно не ожидаете найти на нем. Но они должны тянуть очень мало.

Уровни напряжения приемника

На входе приемника минимальные уровни напряжения определены как ± 3 В, т. Е. Для получения логического нуля напряжение должно быть больше 3 В, а для получения логического нуля напряжение должно быть меньше -3 В. Это учитывает потери при прохождении сигнала по кабелю и обеспечивает помехоустойчивость, т. Е. Любой паразитный шум до уровня ± 3 В может быть допущен без его влияния на приемник.

Как работает RS232 - Стартовый бит RS232

Протокол описывается как асинхронный, поскольку тактовые импульсы вообще не передаются. Вместо этого используется другой метод восстановления часов.

В начале каждой передачи передается начальный бит, указывающий приемнику, что должен следовать байт данных. Поскольку состояние незанятости линий RS232 низкое (-12 В), чтобы сигнализировать о состоянии запуска, линия устанавливается высокой (+ 12 В) в течение 1-битного периода. Это означает, что переход на линии всегда генерируется, так что получатель знает, когда происходит 1-й фронт пакета данных.

Стартовый бит позволяет приемнику синхронизироваться с битами данных, поскольку он может видеть нарастающий фронт сигнала на линии. Это означает, что приемник может создавать свои собственные тактовые импульсы выборки в середине каждого бита - чтобы решить, является ли этот бит нулевым или единичным.

Как только начальный бит найден, приемник знает, где будут находиться следующие биты, поскольку ему дается период выборки (полученный из скорости передачи в бодах) как часть процесса инициализации. Вот почему вы должны установить одинаковые настройки как в приемнике, так и в оборудовании передатчика, например, скорость передачи, количество стоп-битов, количество битов данных и бит четности (вкл. Или выкл.). Если вы этого не сделаете, то обычно ничего не произойдет - или вы увидите мусорные символы на приемнике.

Как работает RS232 - Биты данных

Биты данных следуют за начальным битом. Обычно будет семь или восемь битов данных, когда первым передается lsb. Причина, по которой вы можете выбирать между семью или восемью, состоит в том, что ASCII состоит из алфавита в первых семи битах (а также контрольных символов). Восьмой бит расширяет набор символов для графических символов.

Если вы хотите передавать только текст, вам нужно всего 7 бит. Это немного экономит и увеличивает скорость передачи при передаче больших блоков данных. Другие размеры битов данных составляют 5, 6, 8 и 9 бит. Однако длина бита обычно устанавливается на 8 битов - это очень часто используется.

СОВЕТ: Поскольку большинство модулей способны обрабатывать девять битов, вы можете определить использование для девятого бита, например, указание, что пакет данных определяет команду. Но, конечно, вам необходимо настроить программное обеспечение вашего приемника для обработки этой информации.

Примечание. Если вы используете RS232 для передачи необработанных данных (двоичных данных), вам потребуется 8 бит данных.

Как работает RS232 - бит четности

Бит четности RS232 является грубым механизмом обнаружения ошибок. Вы можете использовать либо нечетную четность, либо четную четность, либо вообще ничего (в приведенной выше диаграмме включен бит четности (между последним битом данных и стоп-битом). Здесь четность обозначена как «1», означая, что существует нечетная количество бит данных. Таким образом, используемый паритет является нечетным. В приведенной ниже диаграмме (обычно используемой в работе микроконтроллера) бит не используется.

Он просто оценивает все биты данных и для нечетной четности возвращает логическую единицу, если установлено нечетное количество битов данных. Для четной четности устанавливается четное число битов данных, устанавливает бит четности.

На приемнике бит четности используется, чтобы сказать, произошла ли ошибка во время передачи. Вы можете использовать это в программном обеспечении приемника, читая флаг в модуле UART.

Проблема с обнаружением ошибок с использованием бита четности состоит в том, что если два бита имеют ошибку, то проверка на четность не проходит. Это связано с тем, что каждая ошибка отменяет влияние другой (с точки зрения расчета четности). Любое четное количество ошибок вызывает сбой в обнаружении ошибок.

Это не будет проблемой в настольной системе (которая не имеет критически важной передачи данных). По короткому кабелю, например, 6 футов, вы все равно не увидите никаких ошибок. Обычно я не использую паритет, и нет никаких проблем.

Для систем, работающих на большом расстоянии или в шумной среде, следует использовать лучшую систему, например, добавив проверку циклическим избыточным кодом в поток данных до и после его отправки по RS232. CRC позволяют проверять и исправлять довольно много ошибок без повторной передачи данных.

Как работает RS232 - Стоп бит

Стоповый бит RS232 просто дает период времени до того, как следующий стартовый бит может быть передан. Это противоположный стартовый бит, и поэтому он позволяет увидеть стартовый бит, то есть стоповый бит, за которым следует стартовый бит, всегда дает сигнал нарастающего фронта для обнаружения приемником.

Если бы не было стоп-бита, то последним битом в потоке данных был бы бит четности (или бит данных, если четность не активна). Это будет меняться в зависимости от отправляемых данных, поэтому если оно имеет тот же смысл, что и начальный бит, то стартовый бит не может быть виден!

Стоповый бит может быть установлен на выбор из 1, 1,5 или 2-битных периодов.

При очень высоких скоростях передачи период от стоп-бита до начального бита (при условии, что данные отправляются непрерывно) будет очень малым, например, для скорости передачи 115200 бод время до одного бита составляет 1/115200 = 8,26us, поэтому при использовании 2-битного периоды у вас увеличат время до 16,5ус. Это может позволить приемнику легче обнаруживать начальный бит, так как при наличии емкости на линии сигналы будут иметь время спада CR. Расширение периода времени позволяет более емкостную нагрузку. Однако это также зависит от используемого оборудования приемника.

Типичные настройки для использования на рабочем столе, например, между микроконтроллером и программой эмуляции терминала, такой как «Tera Term»:

Как работает RS232: Типичные настройки скорости передачи.

Бод 9600 Биты данных 8 Четность Нет Стоповые биты 1 Контроль потока Нет

Это также может быть кратко написано как:

9600 8N1

Аппаратные соединения 3 (Rx, Tx, GND) - Rx и Tx пересекаются.

«Управление потоком» в приведенном выше списке относится к способу сигнализации управления аппаратным потоком, который использует сигналы DTR / DSR и RTS / CTS. Увидеть Вот подробнее об этом.

Как работает RS232 - уровни сигнала

В какой-то момент вы можете захотеть сделать программный UART, возможно, для экономии места кода в вашем текущем проекте (возможно, вам не нужна принимающая часть - поскольку вы просто выводите переменные) или использовать запасной вывод.

Примечание: вы можете найти и получить программный код USART в 12F675 Обучающие страницы.

Для его создания вам нужны фактические диаграммы сигналов, которые вы видите на выводе микроконтроллера (как ни странно, их трудно найти в сети).

Следующая диаграмма показывает синхронизированный поток битов 0 В и 5 В на выходном контакте микроконтроллера. На нижней диаграмме показаны уровни преобразованного сигнала в выходных драйверах RS232, которые передаются по последовательному кабелю.

Эти более высокие уровни генерируются путем отправки логических уровней 0-5 В на микросхему приемопередатчика, например, MAX232, в которую встроен повышающий конвектор диода / конденсатора, который повышает уровни сигнала до требуемого напряжения RS232 ± 12 Вольт. Обратите внимание, что уровень -12 В соответствует логическому «1», а уровень + 12 В соответствует логическому «0».

Примечание. Уровень выходного напряжения может составлять от ± 5 до ± 25 В. Для более длинных расстояний более высокое напряжение полезно для компенсации потерь, когда сигнал распространяется по кабелю, но для практического использования микросхемы генерируют более низкие напряжения, такие как ± 12.

Как работает RS232 при передаче символа

Нижняя форма волны на диаграмме сопряжения выше показывает сигнал RS232, который вы увидите, используя осциллограф на выходе преобразователя, например, MAX232. Обратите внимание, что напряжение холостого хода RS232 составляет -12 В,

Часы RS232

Вышеприведенная диаграмма также показывает временную диаграмму RS232, где каждый битовый период равен 1 / частоте, поэтому для скорости передачи 9600 бит / с (бит в секунду) период каждого бита равен 1/9600 или 104,166us, что фактически является тактовым периодом RS232. требуется для конкретной скорости передачи в использовании.

Форма волны RS232

На приведенной выше диаграмме нижний сигнал показывает сигнал напряжения RS232 , который можно ожидать на выходе вывода TX RS232 (также на том же уровне на выводе RX) на осциллографе. В некоторых микросхемах максимальный уровень сигнала не может составлять ± 12 В - максимальное и минимальное напряжение могут быть меньше (так как не будет большого падения напряжения на коротких расстояниях). Для больших расстояний они должны составлять ± 12 В - на конце длинного кабеля напряжение будет падать поперек сопротивления кабеля, но должно быть больше ± 3 В на другом конце.

Емкость кабеля также замедлит нарастающие и падающие края - округляя их.

Сигналы рукопожатия - это просто метод остановки потока данных. Если какая-то часть системы занята, она может быть не в состоянии принять больше данных, и вместо того, чтобы потерять ее, сигналы используются на каждом конце линии, чтобы сообщить другому концу прекратить передачу данных. В RS232 используются два типа: аппаратное рукопожатие и программное рукопожатие.

Аппаратное рукопожатие

• DTR - терминал данных готов.
• DSR - набор данных готов.
• РТС - Запрос на отправку.
• CTS - Очистить для отправки.

Если вы используете эти сигналы, то все они должны передаваться с уровнями RS232, т.е. ± 25 В (или любым другим напряжением, генерируемым микросхемой транслятора, например, ± 12 В, т. Е. Таким же, как на выходе TX, поэтому вам необходим чип RS232 с большим количеством трансляторов уровня для обоих передавать и принимать сигналы.

Помните, что протокол был основан на модеме (DCE или оборудовании для передачи данных), установленном на столе и подключенном (через RS232) к ПК (DTE или оборудованию для передачи данных) - контроллеру. Есть даже индикатор вызова (RI), который сигнализирует, когда телефон звонил, подключенный непосредственно к телефонной линии, что позволило бы автоматически определять модем входящего потока данных.

Каждый сигнал не является ортогональным, что означает, что нет эквивалентного сигнала, идущего в обратном направлении. Эта часть протокола росла со временем, поэтому эти сигналы используются по-разному, но обычно используется следующее:

Чтобы прекратить поступление данных с ПК, т. Е. Прекратить перегружать модем данными:

• RTS (ПК) к модему.
• CTS (модем) на ПК.

ПК утверждает RTS, чтобы указать, что он хочет передать данные модему.
Модем утверждает CTS для получения данных с ПК.

Чтобы прекратить поступление данных с модема, т. Е. Перестать перегружать ПК данными:

• DTR (ПК) для модема.
• DSR (модем) для ПК.

Модем утверждает DSR, чтобы указать, что он хочет передать данные на ПК.
ПК утверждает DTR для получения данных от модема.

Программное обеспечение рукопожатие

Если вы видите термины XON и XOFF, это программный метод управления потоком, при котором приемник передает специальный символ (в наборе ASCII), чтобы сказать передатчику прекратить отправку данных. Когда приемник восстановился (буфер очищается), он может передать сигнал XON, чтобы сообщить передатчику о необходимости возобновить передачу.

Кликните сюда чтобы узнать больше о том, как работает RS232 в системе и как его настроить.

Кликните сюда Информация о распиновке RS232.

Конец страницы: как работает RS232.

Прыгать с Как работает RS232 страница для
Best-Microcontroller-Projects Домашняя страница.

Показать индекс
политика конфиденциальности | контакт | Обо мне
Карта сайта | Условия эксплуатации

Похожие

Комментарии