8.6.3 Стандартний інтерфейс послідовної передачі даних

(RS-232, RS-422, RS-423, RS-449)

При передачі даних на порівняно віддалений пристрій краще використовувати послідовний інтерфейс. До того ж послідовна передача даних дає можливість використання комерційних систем зв’язку, наприклад телефонні мережі або стандартні канали передачі цифрової інформації.

Існують три форми зв’язку для послідовної передачі цифрових даних:

1. Симплексний зв’язок. Бере участь один передавач А і один приймач В. Пристрій B не може передавати дані назад А. Зв’язок здійснюється через одну пару проводів.

2. Напівдуплексний зв’язок. Тут можлива двонаправлена передача даних від А до В і від В до А. Зв’язок здійснюється по кабелю, що складається з двох або чотирьох проводів.

3. Дуплексний зв’язок. Тут можлива одночасна двонаправлена передача даних від А до В і від В до А. Зв’язок здійснюється по кабелю, що складається з двох або чотирьох проводів.

Для кожної з описаних форм зв’язку необхідно, щоб пристрій (мікропроцесор) був готовий прийняти та ідентифікувати кожен набір даних, переданий передавальним пристроєм (наприклад, АЦП). Існує два способи вирішення цієї проблеми: синхронна і асинхронна передача. При асинхронної передачу кожному набору даних передує старт-біт, а по закінченні передачі - стоп-біт. Через необхідність постійної перевірки старт- і стоп-бітів, швидкість асинхронної передачі значно знижується. При синхронній передачі передаючі і приймаючі пристрої синхронізовані один з одним за допомогою тактового сигналу на початку передачі даних, а потім кожне слово набору даних розпізнається як блок із семи або восьми біт.

Для надійної передачі даних на відстань більше метра необхідно використовувати спеціалізовані мікросхеми лінійних формувачів і приймачів, які підключаються до лінії передач. Існує три класи стандартів послідовних інтерфейсів, встановлених Асоціацією електронної промисловості США: RS-232 (однопровідна), RS-422 (симетричний диференціальний) і RS-423 (несиметричний диференціальний) (рис.8.13).

Стандарт RS-232. Щоб забезпечити узгодження з лінією на виході формувача часто встановлюють зовнішній конденсатор, що керує швидкістю наростання сигналу, а вхід приймача для придушення відображень шунтується на землю зовнішнім резистором, величина якого дорівнює характеристичному імпедансу лінії.

Рекомендована максимальна довжина передавальної лінії в разі використання інтерфейсу RS-232 становить близько 20 м, а максимальна швидкість передачі даних - близько 20 кбод. Цей стандарт дозволяє працювати тільки з одним приладом.

Рисунок 8.13

Стандарт RS-422. Цей стандарт характеризується найбільшим запасом завадостійкості, можливістю роботи з довгими лініями передач і швидкостями обміну даними, що перевищують можливості інтерфейсу RS-232. Симетричний диференціальний формувач має два виходи. Один з виходів є буферизований еквівалент входу формувача, тоді як інший є його доповненням. Пара скручених проводів з’єднує два цих виходу з двома входами приймача (диференціальний вхід). Оскільки обидва переданих сигналу в однаковій мірі піддаються впливу синфазних перешкод, останні усуваються завдяки диференціальному входу приймача. Допускаються довжина лінії до 1500 м і швидкість передачі даних до 10 Мбод. Цей стандарт дозволяє працювати вже з 10 приладами одночасно. Продовження цього стандарту - RS-485, тут число приладів збільшено до 32.

Стандарт RS-423. Єдина відмінність несиметричного диференціального інтерфейсу від симетричного полягає в тому, що у перший зворотний провід заземлення є спільним для кількох сигнальних ланцюгів. Такий інтерфейс допускає довжину ліній передачі до 1300 м і швидкість передачі даних до 100 кбод.

Стандарт RS-449. Це більш пізній стандарт, що володіє поліпшеними характеристиками по швидкості і відстані передачі.

Оскільки у інтерфейсу RS-232 рівень логічної одиниці становить -12 В, а рівень логічного нуля +12 В, то для узгодження з пристроями, що мають ТТЛ-логіку, необхідно використовувати спеціальні мікросхеми для узгодження логічних рівнів сигналів. Наприклад, для перетворення сигналів ТТЛ в сигнали для RS-232 можна застосувати мікросхему МС1488, для перетворення рівнів RS-232 в ТТЛ рівні - МС1489.

Стандартний інтерфейс RS-232 використовує 25-контактний роз’єм з наступним призначенням ліній:

Вивід 1. FG - захисне заземлення сполучає між собою корпусу приладів з метою запобігання накопичення статичного заряду.

Вивід 2. -TxD - передані дані.

Вивід 3. -RxD - прийняті дані.

Вивід4. RTS - запит передавального пристрою на посилку повідомлення.

Вивід5. CTS - скидання передавального пристрою. Використовується приймачем для інформування передавача про готовність до прийому даних.

Вивід 6. DSR - готовність обладнання до передачі даних, що використовується для завдання режиму модему.

Вивід 7. SG - сигнальне заземлення, нульовий провід.

Вивід 8. DCD - виявлення несучої сигналу. Інформує передавач про те, що каналом можна користуватися.

Вивід 9, 11, 18, 25 зарезервовані для інтерфейсу типу «струмова петля», який не входить до складу стандарту RS-232.

Вивід 12. SDCD - виявлення несучої додаткового сигналу.

Вивід 13. SCTS - скидання додаткового передавального пристрою.

Вивід 14. STD - передані дані з додаткової лінії.

Вивід 15. ТC - синхронізація переданого сигналу.

Вивід 16. SRD - прийняті дані з додаткової лінії.

Вивід 17. RC - синхронізація сигналу.

Вивід 19. SRTS - запит на посилку повідомлення з додаткової лінії.

Вивід 20. DTR - готовність вихідних даних. Вказує на можливість зв’язку.

Вивід 21. SQ - дистанційне управління/детектор якості сигналу.

Вивід 22. RI - покажчик дзвінків.

Вивід 23. Селектор швидкості передачі даних.

Вивід 24. Не задіяний.

Існує кілька варіантів протоколів обміну через послідовний інтерфейс. Найчастіше використовується асинхронний протокол. У цьому випадку один з приладів (зазвичай мікропроцесор) є ведучим, а інші підключені пристрої - відомими. Коли провідне пристрій посилає повідомлення, всі інші прилади приймають його, визначають призначене воно для них чи ні. Якщо так, вони діють відповідно до нього. Наведемо приклад команди установки на ЦАП напруги 6 В:

# (признак початку повідомлення) 01 (адреса ЦАП) 10000 (значення напруги) \ r (ознака кінця)

Більшість виробників приладів з послідовним інтерфейсом розробляють свої власні протоколи обміну і поставляють їх у формі стандартних функцій, написаних на мовах високого рівня. Це досить стомлююче заняття для розробників вимірювальних систем вбудовувати ці функції у свої власні програми обробки даних, хоча безумовно це найбільш універсальний підхід. Але в даний час такі пакети програм, як LabView, BridgeView і т.д., мають прикладні інструментальні бібліотеки для роботи з більшістю серійно випускаються вимірювальних пристроїв, обладнаних паралельним або послідовним інтерфейсом в діалоговому режимі.