Интерфейс TIA/EIA-232E (RS-232)

В промышленной автоматике применяются различные интерфейсы: RS-232, RS-485, RS-422, USB, CAN и др.

RS-232 разработан в 1969 году, и долгое время использовался как стандарт для соединения компьютеров и различных периферийных устройств (COM-порт). После внесения изменений в 1991 году стандарт именуется TIA/EIA-232E. Аналогичные рекомендации Международного союза электросвязи ITU-T называются V.24 и V.28, в России – стык С2. В настоящее время TIA/EIA-232E широко используется в качестве последовательного интерфейса между оконечным оборудованием данных DTE и аппаратурой окончания канала данных DCT для низкоскоростных аналоговых линий связи. Чаще всего в RS-232 используется асинхронный режим передачи. Скорость передачи данных может составлять от 50 до 115200 бит/с. Расстояние, на которое возможна передача по интерфейсу RS-232, зависит от вида кабеля и скорости передачи данных. При скорости 110 бит/с максимальная длина экранированного кабеля может составлять 1500 м, на скорости 9600 бит/с – 76 м, для 20 Кбит/с – 15 м.

Стандарт описывает электрический интерфейс, управляющие сигналы, формат данных, способ синхронизации и типы разъемов.

Электрический интерфейс. Сигналы в RS-232 передаются относительно общего провода - сигнальной земли (SG). Логической единице (SPACE –для данных, ON – для линий управления) соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне от -25 до -3 В, логическому нулю (MARK – для данных, OFF – для линий управления) – напряжение от +25 до +3 В. Сигнальная земля SG является общим проводом для всех электрических цепей интерфейса. Ток короткого замыкания передатчиков не более 20 мА.

Линии данных обозначают TD и RD. Интерфейс RS–232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в полнодуплексном режиме, т.е. одновременно осуществляют передачу и прием информации. На рис. 8 показан уровни сигнала интерфейса RS–232.

Рис. 8. Передача символа на сигнальных линиях TD/RD интерфейса RS-232

Управляющие сигналы интерфейса RS-232. Кроме земли и линий данных в интерфейсе RS–232 определены управляющие линии и линии синхронизации, последние используются при работе в синхронном режиме.

Управляющие сигналы (RTS, CTS, DTR, DSR, DCD). Эти сигналы позволяет DTE начать диалог с DCE до передачи или приема данных, а также могут служить для управления потоком данных (приостановлениие/возобновление передачи). В полном наборе сигналов интерфейса требуется 25 различных сигнальных линий. В практике применяется чаще всего 9 цепей.

В табл. 7 приведены назначения основных сигналов интерфейса RS-232. При рассмотрении назначения сигналов следует помнить, что описание дается относительно устройства DTE (терминала). Более подробное описание интерфейса можно посмотреть в [12, 13].

Табл.7

Назначение основных сигналов RS-232

Потоком данным управляют либо аппаратно, либо программно. Управление заключается в посылке приемником уведомления о возможности/невозможности приема данных.

Аппаратное управление потоком (Flow Control) использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему. Передатчик выдает очередной байт только при включенной (состояние ON) линии CTS. Байт, который уже начал передаваться, сигналом CTS не останавливается, что гарантирует целостность посылки. Если аппаратный протокол не используется, у передающего терминала должна устанавливается перемычка RTS - CTS.

Программное управление потоком XON/XOFF работает следующим образом: если приемник не может принимать данные (например, входной буфер заполнен на 90%), то по обратному последовательному каналу посылает байт-символ XOFF (13h). Передатчик, приняв этот символ, приостанавливает передачу. По готовности (после разгрузки входного буфера) приемник посылает символ XON (13h), приняв который передатчик возобновляет передачу. При программном управлении для организации интерфейса минимально достаточно трех линий (см. табл. 5).

Формат данных. Наиболее общим является формат, включающий в себя, один стартовый бит, биты данных, один бит паритета и два стоповых бита. Стартовый бит имеет значение 0, бит паритета при установке на четность содержит 1 или 0 так, чтобы общее число единиц в группе было четным, каждый стоп-бит имеет значение 1. Таким образом, асинхронно передаваемый символ состоит из 11-12 бит (фактически данные содержат только 7-8 бит). Буква «W» (57h) в 7-битном коде ASCII, может быть передана в виде – 01010111111. Заметим, что рассматриваемый формат хорошо согласуется с символами (байтами) форматов FT1.1 и FT1.2.

Способ синхронизации. Интерфейс RS-232 является последовательным интерфейсом и наиболее часто используется в асинхронном режиме. Последовательная передача означает, что данные передаются по единственной линии. Для синхронизации (в асинхронном режиме) битам данных предшествует стартовый бит, заканчивается посылка (старт-стопный символ) одним или двумя стоповыми битами. В состоянии тишины передатчик обычно выдает уровень логической единицы. Если приемник начинает получать поток байтов, то его внутренний генератор запускается при получении перепада 1/0, соответствующего нормальному началу очередного символа (стартовый бит после стоп-бита или интервала тишины). Таким образом осуществляется циклическая синхронизация приемника в начале каждого принимаемого символа.

Типы разъемов. Для RS-232 стандартом предусмотрено два типа разъемов DB9 и DB25, соответственно, на 9 и 25 контактов.