7. Интерфейс rs-232c

Интерфейс RS-232C предназначен для радиального (двухточечного) подключения к компьютеру, системам управления, приборам внешних устройств. Отечественным аналогом RS-232C является интерфейс Стык 2 (С2). Соответствие сигналов интерфейсов и их назначение приведено в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Сигналы интерфейсов RS-232C и С2

Обозначение цепи		Направление I/0	Назначение
RS-232	С2
PG	101	-	Protected Ground – защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля.
SG	102	-	Signal Ground – сигнальная (схемная) земля, относительно которой передаются сигналы.
TD	103	Out	Transmit Data – выход передатчика.
RD	104	In	Receive Data – вход приёмника.
RTS	105	Out	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 передачи данных – состояние “включено” служит сигналом модему на переключение в режим передачи.
CTS	106	In	Clear To Send – вход разрешения терминалу передавать данные. Состояние “выключено” аппаратно запрещает передачу данных. Сигнал используется для аппаратного управления потоками данных.
DSR	107	In	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).
DTR	108/2	Out	Data Terminal Ready – сигнал готовности терминала к обмену данными. Состояние “включено” поддерживает коммутируемый канал в состоянии соединения.
DCD	109	In	Data Carrier Detected – вход сигнала обнаружения несущей состояния готовности.
RI	125	In	Ring Indicator – вход индикатора вызова (звонка). В коммутируемом канале этим сигналом модем сигнализирует о принятии вызова.

В большинстве систем, содержащих интерфейс RS-232, данные передаются асинхронно как в одну так и в другую сторону (дуплексный обмен) в виде последовательности пакетов данных. Каждый пакет содержит один символ кода ASCII (американский стандартный код для обмена информацией). Информация, передаваемая в пакете, достаточна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации. Символы кода ASCII представляются семью битами, например буква А имеет код 1000001.

При передаче информации наиболее широко распространён формат, включающий один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита (либо один стоповый бит). Вид передаваемого кода буквы А на сигнальных линиях TXD или RXD показан на рис. 7.1. Начало пакета данных всегда отмечает положительное напряжение стартового бита. После него следуют 7 бит данных символа кода ASCII. Бит паритета содержит 1 или 0 так, чтобы общее число единиц в 8-битной группе было нечетным (нечетный паритет - нечетность) или четным (четный паритет - четность). Последними передаются два стоповых бита (либо один стоповый бит), представленных отрицательным напряжением.

Таким образом, полное асинхронно передаваемое слово данных состоит из 11 (10) бит (фактические данные содержат только 7 бит) и записывается в виде 01000001011. Здесь использован четный паритет, поэтому девятый бит содержит 0.

Логический 0 (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3В до +12B (+3B - +25В в C2), а логическая 1 (MARK) - отрицательным напряжением в диапазоне от -3В до -12B (-3B до -25В в C2).

Рис. 7.1. Код буквы "А", передаваемый по интерфейсу RS-232C

Наиболее часто используются трёхпроводная связь. Схема соединения устройств для трёхпроводной схемы показана на рис. 7.2 а.

Для управления потоком данных наибольшее применение нашли два варианта протокола - программный и аппаратный.

Аппаратный протокол управления обменом RTS/CTS использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приёмник не готов к приёму данных. Передатчик выдаёт очередной байт только при включённом состоянии линии CTS. Байт, который уже передаётся, задержать сигналом CTS невозможно (это гарантирует целостность посылки). Аппаратный протокол обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приёмника.

Рис. 7.2. Схема соединения устройств: а) по трёхпроводной схеме минимальным нуль-модемным кабелем, б) полным нуль-модемным кабелем

Программный протокол управления обменом данных XON/XOFF предполагает наличие двунаправленного канала передачи данных. Интерфейс в этом случае работает следующим образом: если устройство, принимающее данные, обнаруживает причины, по которым оно не может их дальше принимать, оно по обратному каналу посылает байт-символ XOFF. Противоположное устройство, приняв этот символ, приостанавливает передачу. Далее, когда принимающее устройство снова становится готовым к приёму данных, оно посылает символ XON, приняв который противоположное устройство возобновляет передачу. Время реакции передатчика на изменение состояния приёмника по сравнению с аппаратным протоколом увеличивается, по крайней мере, на время передачи символов XON и XOFF плюс время реакции программы передатчика на приём символа. Преимущество программного протокола при непосредственном соединении устройств заключается в отсутствии необходимости передачи управляющих сигналов интерфейса.

Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10%. Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.

Данный интерфейс широко используется при построении различных систем управления, приборов и других устройств на базе микроконтроллеров (МК). Для формирования сигналов RS232C соответствующих уровней, в этом случае, используются микросхемы приёмопередатчиков различных фирм: SP202 и SP232E (Sipex), HIN202CP (INTERSIL), MAX1488E (MAXIM) и т.д. Приёмопередатчики отличаются схемами включения и количеством источников питания, подключаемых к ним. Подключение HIN202CP к микроконтроллеру показано на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема подключения устройства к модулю МК посредством канала RS232C

В качестве "устройства", представленного на рис. 7.3 может быть персональный компьютер. Обмен в этом случае по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам компьютера: COM1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3F8h...3EFh, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11). Форматы обращений по указанным адресам можно найти в описаниях БИС МК, контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), например, i8250, КР580ВВ51 и т.д.