Последовательному порту пк (rs-232 de9)

Преобразование уровней RS-232 в TTL уровень с помощью MAX232

Предшественники RS-232

Два типа устройств RS-232, 1488 и 1489, используются и сейчас. Это ранние представители этого стандарта. Устройства того времени запитывались мощными источниками питания, поскольку согласно стандарту RS-232 передатчики должны были обеспечивать минимальный +5В сигнал низкого уровня и минимальный -5В сигнал высокого уровня. Эти уровни сигналов обеспечивали устойчивость к помехам после передачи по проводам к приемнику. Но это требувало наличие двуполярного источника питания, и поэтому многие материнские платы включали в себя источник отрицательного напряжения исключительно для питания устройств типа 1488 ии 1489.

Техническая документация

Семейство микросхем MAX220-MAX249 линейных приемо-передатчиков предназначены для интерфейсов EIA/TIA-232E и V.28/V.24, особенно в устройствах, где отсутствуют напряжения ±12В.

Альтернативная микросхема ICL232. Это сдвоенный приемо-передатчик соответсвующая спецификациям RS-232C и V.28. Для питания мс требуется только напряжение +5В. Напряжения +10В и -10В преобразуются из 5В-го при помощи двух емкостных преобразователях напряжения.

Микросхема MAX232

Микросхема MAX232 быстро стала индустриальным стандартом. Многие разработчики используют ее, несмотря на то, что параметры микросхем с однополярным питанием значительно улучшились со временем.

Конфигурация выводов MAX232: представлена на рис.

Структурная схема MAX232A

На структурной схеме MAX232A изображены удвоитель напряжения и инвертор напряжения +10В в -10В. Эти напряжения используются для формирования сигналов соответсвующих RS-232. MAX232A позволяет подключить два последовательных порта.

Распиновка разъёмов COM-порта

Распиновка никакой связи не имеет с распинанием, хотя, как проводки, вольно бегущие в одной оболочке кабеля, разбирают на стороны и жёстко припаивают к своим штырькам, сходно с распинанием. Штырёк, по-английски «pin», булавка, поэтому и распиновка, слово уже это компьютерно-связистский «проанглийский» жаргонизм. Означает — распайка проводов по штырькам на разъёме.

Форма разъёма, порядок проводков (штырьков) в нём, назначение каждого штырька, а также номиналы напряжений и смысл сигналов в каждом — это часть интерфейса. Обычно вся эта информация собирается в отдельный документ, называемый спецификацией порта. Такая простая и понятная табличка на одну страницу. В других разновидностях интерфейсов что-то такое может называться «протоколом». А здесь ещё просто называют «распиновкой».

Современность

Сейчас соединение через COM-порт полностью вытеснено более современным методом, который не требует особых знаний для реализации, а именно посредством USB-порта. Этот метод лишен всех недостатков, упомянутых ранее. Однако современные стандарты совместимости соединения всевозможного GPS-оборудования и весьма разнородного программного обеспечения сформировались довольно давно вокруг концепции COM-портов, ставших на текущий момент архаичными.

Это сопряжено с тем, что изначально практически любое оборудование, в том числе и GPS, было внешним, а его соединение с компьютером производилось посредством серийного кабеля, подключенного к одному из аппаратных портов. От пользователя в процессе настройки требовалось правильно подобрать номер порта и скорость трансляции данных по нему. В то время возник основной стандарт передачи данных от GPS-приемника к программе, который теперь называется NMEA-0183. Фактически данный стандарт предписывает всем разработчикам даже современнейшей аппаратуры и программного обеспечения обмениваться данными посредством COM-портов. И все это в условиях того, что на современных компьютерах, а также на КПК, уже давно главным является стандарт USB. А еще одна особенность состоит в том, что в последнее время GPS-приемники все чаще стали устанавливать непосредственно внутрь корпуса устройства, то есть между ним и основным девайсом вообще отсутствует какой-либо соединительный кабель.

Немного истории

COM-порт на тогдашних компьютерах традиционно носил номер 1 или 2, так как обычно их было не больше двух. Можно было установить дополнительные порты, если в этом возникала необходимость. Когда пользователем производилась настройка программного обеспечения, требовалось не перепутать и правильно установить именно тот, к которому обеспечивалось подключение нужного оборудования. Каждый COM-порт требовал правильной настройки скорости передачи данных, а также ряда иных загадочных параметров, о которых было известно только узкому кругу специалистов. Чтобы подключение аппаратуры было успешным, все необходимые параметры требовалось откуда-то узнать либо экспериментально подобрать, так как в этом случае отсутствовало какое-либо автоматическое конфигурирование. Помимо этого, подключение через COM-порт допускало соединение любого программного обеспечения с произвольным внешним оборудованием, даже совершенно несовместимым, из-за чего в процессе настроек и возникало огромное количество ошибок.

Контакты и провода

Старые компьютеры используют 25-ти контактные разъемы, но только 9 контактов реально задействовано на сегодняшний день. Каждый из 9-ти контактов соединен обычно с проводом. за исключением двух проводов для передачи и приема данных, остальные используются для контроля и земли. Напряжение на каждом из контактов и проводов измеряется относительно сигнальной земли. Поэтому минимальное количество проводом для двунаправленной передачи данных — 3. В редких случаях для работы может хватитть и двух проводов (без сигнальной земли), однако это может привести к низкой производительности, и иногда к ошибкам при передаче данных.

Остается еще несколько проводов, которые предназначены только для управления (контроля) и не используются для передачи данных. Все эти сигналы могли бы передаваться по одной линии, но вместо этого, для выделены отдельные провода. Некоторые (или все вместе) эти сигнальные линии называются «линии состояния модема». Линии состояния могут находиться в одном из двух состояний установленном (включено) +12 вольт или сброшенном (выключено) -12 вольт. Одни из этих проводов сигнализируют компьютеру о том, что нужно прекратить передачу данных через последовательный порт. Другие в свою очередь сигнализируют устройству, подключенному к последовательному порту, прекратить передачу даных в компьютер. Если подключенно устройство это модем, то оставшиеся линии могут указывать модуме на то, что нужно занять телефонную линию или сигнализируют компьютеру о том, что соединение было установлено или что есть звонок на телефонной линии (значит кото-то соединиться с компьютером). Смотрите раздел Контакты и сигналы с более полной информацией.

Serial device hardware implementation

PC serial mouse uses typically DTR and RTS lines for generating +5V power for microcontroller circuit in the mouse. Because typical optomechanical mouse also needs power for 4 leds in the optocoupler movevement detectors, there is not much power to loose. A typical approach is to use diodes to take current from DTR and RTS lines and then feed it through resistor to all of the (infrared) leds in the movement detectors. The positive power supply usually taken from RTS and DTR lines (just after the diodes and before the resistor going to leds). The negative supply for transmitter is taken from TD pin. Typical PC serial port mouse takes 10 mA total current and operates at voltage range of 6-15V. The data itself in sent using standard asynchronous RS-232C serial format:

Start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Stop
Logic 0 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___
+3..+15V | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
Logic 1 | | | | | | | | | |
-3..-15V ___| |___|___|___|___|___|___|___|___|____

Serial mouse pinout explanation

RTS = Request to Send CTS = Clear to Send DSR = Data Set Ready DTR = Data Terminal Ready

When DTR line is toggled, mouse should send one data byte containing letter M (ascii 77) to identify itself. To function correctly, both the RTS and DTR lines must be positive. The lines DTR-DSR and RTS-CTS must NOT be shorted. Implement the RTS toggle function by setting the RTS line negative and positive again. The negative pulse width is at least 100ms. After a cold boot, the RTS line is usually set to a negative level. In this case, setting the RTS line to a positive level is also considered an RTS toggle.

Распиновка COM порта(RS232)

Существует 2-е разновидности com порта, 25-и пиновый старый разъем и сменившей его более новый 9-и пиновый разъем.

Ниже приведена схема типового стандартного 9-контактного разъема RS232 с разъемами, этот тип разъема также называется разъемом DB9.

1. Обнаружение несущей(DCD).
2. Получение данных(RXD).
3. Передача данных(TXD).
4. Готовность к обмену со стороны приемника(DTR).
5. Земля(GND).
6. Готовность к обмену со стороны источника(DSR).
7. Запрос на передачу(RTS).
8. Готовность к передаче(CTS).
9. Сигнал вызова(RI).

RJ-45 к DB-9 Информация о выводе адаптера последовательного порта для коммутатора

Консольный порт представляет собой последовательный интерфейс RS-232, который использует разъём RJ-45 для подключения к управляющему устройству, например ПК или ноутбуку. Если на вашем ноутбуке или ПК нет штыря разъема DB-9, и вы хотите подключить ноутбук или ПК к коммутатору, используйте комбинацию адаптера RJ-45 и DB-9.

Цвета проводов:

1 Черный 2 Коричневый 3 Красный 4 Оранжевый 5 Желтый 6 Зеленый 7 Синий 8 Серый (или белый)

Замечание: DCD иногда маркируется как CD

COM порт глазами ремонтника. Ремонт, настройка, диагностика. Часть 1, теория.

Статья первая «COM порт – глазами ремонтника. Ремонт, настройка, диагностика».

Данный раздел содержит только теоретические данные и для практики имеет малое значение, однако именно на этот раздел будет ссылаться остальной материал, поэтому обойти стороной этот материал не удастся. Однако тем, кто знаком с принципом работы COM порта, данный раздел желательно пропустить.

Статья первая «COM порт – глазами ремонтника. Ремонт, настройка, диагностика».

Данный раздел содержит только теоретические данные и для практики имеет малое значение, однако именно на этот раздел будет ссылаться остальной материал, поэтому обойти стороной этот материал не удастся. Однако тем, кто знаком с принципом работы COM порта, данный раздел желательно пропустить.

Описание и принцип работы.

COM-порт(Communication port) — порт работающий по стандарту RS-232 (Recommended Standard 232). RS-232 — стандарт описывающий интерфейс для последовательной двунаправленной передачи двоичных данных между терминалом (DTE, Data Terminal Equipment) и конечным устройством (DCE,Data Circuit-Terminating Equipment ). В настоящее время действующим является RS-232C (Recommended Standard 232 Edition: C) редакция 1969 года, именно это стандарт мы и будем рассматривать далее. Интерфейс RS-232 реализован полностью аппаратно, это значит, что он работает всегда, не зависимо от ОС (операционной системы) или даже без ОС.

Разъемы интерфейса COM порта.

На компьютере интерфейс реализуется одним из двух типов разъемов: DB-9M или DB-25M (разъем DB-25M на современных компьютерах не применяется, однако DB-25F(M), напротив, широко используется в переферийных устройствах например — ККМ, принтера). В современных компьютерах бытового назначения разъем COM порта может не выводится непосредственно наружу, а организован в виде вывода под планку COM порта, либо вообще отсутствует. Начиная с 1999 по спецификации РС 99 интерфейс RS-232 должен заменяться интерфейсом USB.

В чем отличие разъема DB-9M от DE-9M, какое обозначение правильное?

Правильное обозначение DE-9M, но есть некотороые нюансы.

Если придерживаться технической документации разъемов D-sub обойма B отличается по типоразмеру от обоймы E

Разъём D-sub содержит два или более параллельных рядов контактов или гнёзд, обычно окружённых металлическим экраном в форме латинской D, который обеспечивает механическое крепление соединения и экранирует от электромагнитных помех. Форма разъёма в виде буквы D предохраняет от неправильной ориентации разъёма. В принятой системе обозначений буква D обозначает всю серию разъёмов D-sub, а вторая буква используется для указания размера разъёма, исходя из числа стандартных контактов, которые могут разместиться внутри D-образного экрана (A = 15 контактов, B = 25, C = 37, D = 50, E = 9), далее следует число фактически используемых контактов, и буква, обозначающая «пол» разъёма: M — male («папа»), F — female («мама»), P — plug (штепсель/«папа»), S — socket (розетка/«мама»). Например, DB25M означает разъём D-sub с экраном, вмещающим 25 контактов и фактическим числом контактов, равным 25. Таким образом выражение DB-9M не правильное, фактически правильно будет DE-9M, однако в современных условиях, различие между этими названиями не делается, как в технической литературе, так и у поставщиков. Поэтому, как бы это не звучало странно, далее мы будем сознательно делать ошибку и разъем DE-9M называть, как DB-9M, хотя в реальности такого разъема не может быть по определению.

Разъем DB9M (папа), внешний вид, расположение контактов (pinout).

Назначение выводов 9 контактного (9pin) разъема DB9M COM порта со стороны компьютера по стандарту RS232C. Направление сигналов указано относительно хоста (компьютера).

Последовательный интерфейс RS-232

Работа Serial port на ПК базируется на стандарте передачи данных для последовательных устройств RS-232. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например, модемом и компьютерным терминалом. Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, длительность, а также размеры коннекторов и схему выводов для них. При этом RS-232 описывает лишь физический уровень процесса передачи данных и не касается используемых при этом транспортных протоколов, которые могут меняться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Стандарт RS-232 был создан в 1969 г, а его последняя версия, TIA 232, вышла в 1997 г. В настоящее время RS-232 считается устаревшим, однако большинство операционных систем до сих пор его поддерживает.

В современных компьютерах разъем Serial port  представляет собой 9-штырьковый разъем типа «вилка» DB-9, хотя стандарт RS-232 описывает также разъем с 25–ю контактами ­– DB-25, который часто применялся на старых компьютерах. Разъем DB-9 обычно расположен на системной плате ПК, хотя в старых компьютерах он мог находиться на специальной мультикарте, вставляемой в слот расширения.

9- штырьковое гнездо DB-9 на материнской плате

Разъем DB-9 на кабеле подключаемого к порту устройства

В отличие от параллельного порта, разъемы с обеих сторон двустороннего последовательного кабеля идентичны. Помимо линий для передачи самих данных, порт содержит несколько служебных линий, по которым между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом) может передаваться управляющая информация. Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно лишь трех каналов – прием данных, передача данных и земля, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и, как следствие, более быстрой.

Назначение линий разъема Serial port DB-9 согласно RS-232 и их соответствие контактам разъема DB-25:

Sample RS232 serial port device. How serial mouse works

Typical PC mouse controlling system has the following parts: sensors -> mouse controller -> communication link -> data interface -> driver -> software. Sensors are the movement detectors which sense the mouse movement and button swiches which sense the button states. Mouse controller reads the state of those sensors and takes acount of current mouse position. When this information changes the mouse controller sends a packet of data to the computer serial data interface controller. The mouse driver in the computer received that data packet and decodes the information from it and does actions based on the information.

Порт и память

То есть, программа прочитает данное из памяти в процессор, что-то с ним сделает, может быть получит из этой информации какие-то новые данные, которые запишет в другое место. Или само данное просто перепишет на другое место. Во всяком случае в памяти информация, которая однажды была записана может быть либо прочитана, либо стёрта. Ячейка получается как сундучок, стоящий у стенки. А вся память состоит из ячейки каждая ячейка имеет свой адрес. Точно как сундучки, стоящие в ряд у стенки в подвале скупого рыцаря.

Ну и порт можно себе представить тоже как ячейку. Только такая ячейка сзади имеет окошко, ведущее куда-то за стенку. Можно записать в неё информацию, а информация возьмёт, и улетит в окошко, хотя какое-то время будет находиться в ячейке так же, как и в обычной ячейке оперативной памяти.

Или наоборот, в ячейку-порт информация может «прилететь» из окошка. Процессор это увидит и прочтёт эту новую появившуюся информацию. И пустит её в дело — перепишет куда-то, пересчитает вместе с какими-то другими данными. Даже может записать её в другую ячейку. Или в другую ячейку-порт, тогда эта поступившая по первому порту информация может «улететь» в окошко второго порта, — ну это уж как распорядится процессор. Вернее, программа, которая в этот момент процессором командует и данные, записанные в памяти и приходящие из портов, обрабатывает.

Просто и красиво. Эти порты так и назвали сразу — порты ввода-вывода. Через одни из них данные отправляются куда-то, через другие — откуда-то принимаются.

Ну а дальше начинается движение по кругу. Вот есть одно устройство, и есть другое. И вот есть цепочка символов, каждый из которых состоит из отдельных двоичных битов, и эту цепочку нужно передать. Как передавать? Можно по линии из 8 проводочков сразу передавать по целому символу — один проводок = один бит, потом код другого, потом третьего, и так, пока не передашь всю цепочку.

А можно было разворачивать каждый бит не в пространстве (по проводочкам), а во времени: сначала передать один бит символа, потом второй и так восемь раз. Ясно, что во втором случае нужны какие-то дополнительные средства, чтобы символы так разворачивать во времени.

Мастерам на все руки будет интересна статья об особенностях работы и схеме включения МС34063.

Кабели подключения

Нуль модемные кабели RS-232

3-проводный минимальный

Совместимость

Рассмотрим сначала DSR сигнал (конт.6). Этот вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных. В схеме соединений вход замкнут на выход DTR (конт.4). Это означает, что программа не видит сигнала готовности другого устройства, хотя он есть. Аналогично устанавливается сигнал на входе CD (конт.1). Тогда при проверке сигнала DSR для контроля возможности соединения будет установлен выходной сигнал DTR.

Это соответствует 99% коммуникационного программного обеспечения. Под этим подразумевается, что 99% программного обеспечения с этим нуль-модемным кабелем примут проверку сигнала DSR.

Аналогичный трюк применяется для входного сигнала CTS. В оригинале сигнал RTS (конт.7) установливается и затем проверяется CTS (конт.8). Соединение этих контактов приводит к невозможности зависания программ по причине неответа на запрос RTS.

7-проводный полный

Совместимость

Самый дорогой полный нуль-модемный кабель с семью проводами. Только сигналы индикатора вызова и определения несущей не подключены.

Этот кабель не разрешает использовать предыдущий метод контроля предачи данных. Основная несовместимость перекрестное соединение сигналов RTS и CTS. Первоначально эти сигналы использовались для контроля потоком данных по типу запрос/ответ. При использовании полного нуль-модемного кабеля более нет запросов. Эти сигналы применяются для сообщения другой стороне есть ли возможность соединения.

Особенность

Контакты 2 и 3 на 9-ти выводном разъеме D типа противоположны этим же контактам на 25-ти контатном раземе. Поэтому, если соединить контакты 2-2 и 3-3 между разъемами D25 и D9, получится коммуникационный кабель. Контакты сигнальной земли Signal Ground (SG) также должны быть подключены между собой. См. таблицу ниже.

5-проводный с управлением потоком

Описание

Можно найти или изготовить много типов кабелей для связи по интерфейсу RS-232. В этом нуль- модемном кабеле используется только 5 проводов: сигналы данных TXD, RXD, сигнал GND и управляющие сигналы RTS CTS для управления потоком.

Обозначение кабелей

Все DTE-DCE кабели прямого соединения, контакты соединяются один к одному. Кабели DTE-DTE и DCE-DCE кросс-кабели.

1. DTE — DCE называется ‘прямой кабель’
2. DTE — DTE называегся ‘нуль-модемный кабель’
3. DCE — DCE называется ‘Tail Circuit Cable’

Описание полного нуль-модемного кабеля

Соединение D9- D9

Соединение D25-D25

Соединение D9-D25

Заглушка тестирования RS-232

Заглушка для эмуляции терминала

Данный соединитель RS-232 может быть использован для проверки последовательного порта кмпьютера. Сигналы данных и управления соединены. В этом случае передаваемые данные сразу возвращаются. Компьютер проверяет собственный поток. Это может быть использовано для проверки функционирования порта RS-232 со стандартным терминальным программным обеспечением.

DB 9 мама

DB 25 мама

Кабель контроля (мониторинга) RS-232

Полудуплексная работа

Контроль связи по RS-232 между двумя устройствами с помощью компьютера возможен при помощи кабеля, изображенного на рис. Два разъема подключаются к устройствам, а третий подключается к наблюдающему компьютеру. Этот кабель принимает информацию от двух источников только на один приемный порт RS-232. Поэтому, если оба устройства начнут одновременную работу, контролируемая информация на входе компьютера будет нарушена. В большинстве случаев связь осуществляется в полудуплексном режиме. Для этих режимов этот кабель будет работать без проблем.