2.6.2 Связь по последовательному интерфейсу
Универсальный внешний последовательный интерфейс – COM-порт (Communication Port - коммуникационный порт) присутствует в ПК, начиная с первых моделей. Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающие или принимающей данные к оконечной аппаратуре каналов данных. Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Интерфейс RS-232C описывает несимметричны передатчики и приемники - сигналы передаются относительно общего провода – схемной земли, гальваническая развязка устройств отсутствует – схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной компьютера. Назначение сигналов интерфейса RS-232C приведено в таблице 2.10.
Таблица 2.10 – Назначение сигналов интерфейса RS-232C
Сигнал |
Назначение |
PG |
Protected Ground – защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля |
SG |
Signal Ground – сигнальная (схемная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов |
TD |
Transmit Data – последовательные данные – выход передатчика |
RD |
Receive Data – последовательные данные – вход приемника |
RTS |
Request To Send – выход запроса передачи данных |
CTS |
Clear To Send – вход разрешения терминалу передавать данные |
DSR |
Data Set Ready – вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных |
DTR |
Data Terminal Ready – выход сигнала готовности терминала к обмену данными |
DCD |
Data Carrier Detected – вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема |
RI |
Ring Indicator – вход индикатора вызова (звонка) |
Характерной особенностью интерфейса является применение «не ТТЛ» сигналов – все внешние сигналы порта двухполярные. Логической единице соответствует напряжение в диапазоне от -12 до -3В, логическому нулю – от +3 до +12В, диапазон от -3 до +3В – зона нечувствительности.
Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов. На аппаратуре передачи данных принято устанавливать вилки DB25P или более компактный вариант – DB9P. На аппаратуре каналов данных устанавливают розетки DB25S или DB9S. ПК обычно имеет до четырех последовательных портов COM1-COM4, внешние разъемы которых - вилки DB25P или DB9P - выведены на заднюю панель компьютера. Назначение контактов разъемов COM-портов приведено в таблице 2.11.
Таблица 2.11 – Разъем стандартного COM-порта
COM-порт |
Контакт разъема |
Направление I/O |
|
DB25P |
DB9P |
||
PG |
1 |
5 |
- |
SG |
7 |
5 |
- |
TD |
2 |
3 |
O |
RD |
3 |
2 |
I |
RTS |
4 |
7 |
O |
CTS |
5 |
8 |
I |
DSR |
6 |
6 |
I |
DTR |
20 |
4 |
O |
DCD |
8 |
1 |
I |
RI |
22 |
9 |
I |
Для подключения прибора к ПК через последовательный порт требуется применение специальной схемы согласования уровней ТТЛ и интерфейса последовательного порта компьютера RS-232. Существует несколько вариантов реализации таких схем, например, на транзисторах или на триггере Шмидта.
Одна из таких схем представлена на рисунке 2.24. В ней в качестве преобразователя уровня сигналов RS-232 в ТТЛ используется микросхема К170УП2, а в качестве обратного преобразователя RS-232 – ТТЛ – микросхема К170ЛН2.
|
Рисунок 2.24 – Схема согласования уровней сигналов ТТЛ и RS-232, выполненная на основе микросхем К170УП2 и К170ЛН2 |
Но одним из самых простых вариантов согласования уровней сигналов ТТЛ и интерфейса RS-232 является применение специализированных микросхем.
Рассмотрим одну из таких микросхем - MAX232. Эта микросхема получила широкое распространение благодаря тому, что типовая схема включения (рисунок 2.25) ее достаточно проста и правильно собранная схема из исправных деталей работает сразу и не требует наладки. Микросхема имеет ряд аналогов, например DS232A, ADM232A, ST232.
|
C1-C5 – 0,1-10мкФ (одинаковые) Рисунок 2.25 – Типовая схема включения микросхемы MAX232 |
Наиболее перспективным и удобным интерфейсом сейчас является USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Шина с использованием промежуточных хабов позволяет соединять устройства, удаленные от ПК на расстояние до 25м. Применение современного интерфейса USB имеет такие преимущества, как удобство и простота подключения, надежность передачи данных с гарантированной скоростью, возможность питания устройства от шины и т. д. Кроме того, многие современные РС (особенно переносные) вообще не имеют разъемов COM и LPT. В связи с этим представляется актуальным создание простого и недорогого устройства, позволяющего использовать USB как интерфейс для подключения аппаратуры радиоуправления.
В соответствии со стандартом шины USB информационные сигналы и питающее напряжение 5В передаются по четырехпроводному кабелю (рисунок 2.26). Для сигнала используется дифференциальный способ передачи по двум проводам D+ и D-. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3В (низкий уровень) или выше 2,8В (высокий уровень).
|
Рисунок 2.26 – Передача данных по шине USB |
Возможности USB следуют из ее технических характеристик:
высокая скорость обмена - 12 Мб/с;
максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5м;
низкая скорость обмена - 1.5 Мб/с;
максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
максимальное количество подключенных устройств (включая размножители) – 127;
возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов;
напряжение питания для периферийных устройств - 5В;
максимальный ток потребления на одно устройство - 500мА.
Несмотря на довольно сложный протокол обмена, интерфейсом USB можно снабдить и периферийные устройства собственной разработки. Для этого выпускается широкий ассортимент микроконтроллеров с портом USB, а также периферийные микросхемы – порты USB, подключаемые к микроконтроллерам параллельной 8/16-битной шиной данных с обычным набором управляющих сигналов (CS#, WR#, RD#). Выпускаются и специализированные преобразователи интерфейсов USB в последовательный и параллельный, не требующие программирования.