"Serial port" on lyhenne sanoista sarjaliikenneliitäntä. "Sarjaliikenne" viittaa viestintämenetelmään, jossa dataa siirretään bitti bitiltä peräkkäin. Yleisiä sarjaportteja ovat RS-232 ja RS-485. Vaikka sarjaviestintä kehitettiin jo jonkin aikaa sitten, se on edelleen laajalti käytössä nykypäivän teollisuusautomaatio- ja ohjausaloilla. Tässä artikkelissa tarkastellaan perusteellisesti RS-232-sarjaporttia. Tämä artikkeli käsittelee seuraavia aiheita:
1. RS232:n historia
2. RS232-liitäntä
3. Sähköiset signaalit RS232:ssa
4. Taso-Siirtyvät IC:t RS232:lle
5. Tiedonsiirto RS232:ssa
1. RS232:n historia
RS232 on Electronic Industries Associationin (EIA) vuonna 1962 julkaisema viestintästandardi. Sen koko nimi on: "Standard for Electrical and Mechanical Interfaces Between DTE and DCE." "DTE" tarkoittaa "Data Terminal Equipment", kuten tietokone; "DCE" tarkoittaa "Data Circuit{3}}terminating Equipment". Se kirjoitetaan joskus myös nimellä "Data Communication Equipment", kuten modeemi. "RS" sanassa "RS232" tarkoittaa "suositeltua standardia". "232" on tunniste. Varhainen RS-232-standardi kehitettiin mahdollistamaan viestinnän tietokoneiden, ohjelmoitavien puhelimien ja modeemien välillä. Useiden versioiden jälkeen siitä tuli yleiskäyttöinen sarjaviestintästandardi. RS-232:n muutokset ovat seuraavat:
1969 versio C (RS-232-C);
1986 versio D (RS-232-D);
versio E (RS232-E) vuonna 1991;
versio F (RS232-F) vuonna 1997;
Tällä hetkellä teollisuusautomaation alalla RS232:ta käytetään ensisijaisesti laitteiden, kuten kosketusnäyttöjen, kortinlukijoiden, viivakoodilukijoiden sekä tulostimien ja PLC:iden väliseen viestintään.
2. RS-232-liitäntä
Ennen F-versiota RS-232 käytti 25-nastaista sarjaliitäntää, jota oli kahta tyyppiä: uros ja naaras. Urosliitintä käytetään DTE-laitteille ja naarasliitintä DCE-laitteille, kuten alla olevassa kuvassa
Fyysinen yksikkö näkyy alla olevassa kuvassa:
Katso nastan määritelmät alla olevasta taulukosta:
:
| Määrä | Nimi | Lyhenne |
|---|---|---|
| 1 | Kilpi | |
| 2 | Lähetetyt tiedot | TxD |
| 3 | Vastaanotetut tiedot | RxD |
| 4 | Pyydä lähettää | RTS |
| 5 | Tyhjennä lähetettäväksi | CTS |
| 6 | DCE Reilmoitusy/Tietosarja valmis | DSR |
| 7 | Signaalin maadoitus/yhteinen paluu | SG |
| 8 | Vastaanotetun linjasignaalin ilmaisin | |
| 9 | Varattu tietojoukon testausta varten | |
| 10 | Varattu tietojoukon testausta varten | |
| 11 | Unasallekirjoitettu | |
| 12 | Toissijaisen vastaanotetun linjan signaalin ilmaisin | |
| 13 | Toissijainen Tyhjennä lähetettävä | (S)CTS |
| 14 | Toissijainen lähetetty data | (S)TxD |
| 15 | Lähetyssignaalielementtitiming | |
| 16 | Toissijainen vastaanotettu data | (S)RxD |
| 17 | Vastaanottimen signaalielementin ajoitus (DCE) | |
| 18 | Paikallinen silmukkaback | |
| 19 | Toissijainen lähetyspyyntö | (S)RTS |
| 20 | DTE Ready/Data Terminal Ready | DTR |
| 21 | Remote Loopback/ Signaalin laadun ilmaisin |
|
| 22 | Soiton ilmaisin | RI |
| 23 | Datasignaalinopeuden valitsin | |
| 24 | Lähetyssignaalielementin ajoitus (DTE) | |
| 25 | Testitila |
25-nastaisessa sarjaportissa on liian monta nastaa, mikä tekee sen käytöstä hankalaa. RS232-sarjaportin yksinkertaistamiseksi F-versio määrittelee 9-nastaisen sarjaportin, joka sisältää myös sekä urosliittimen (DTE:lle) että naarasliittimen (DCE:lle), kuten alla olevassa kuvassa näkyy:
Katso nastan määritelmät alla olevasta taulukosta:
| Määrä | Nimi | Lyhenne |
|---|---|---|
| 1 | Tietokantolaitteen tunnistus | DCD |
| 2 | Vastaanotetut tiedot | RxD |
| 3 | Lähetetyt tiedot | TxD |
| 4 | Dataterminaali valmiina | DTR |
| 5 | Maadoitus | GND |
| 6 | Tietojoukko valmis | DSR |
| 7 | Pyydä lähettää | RTS |
| 8 | Tyhjennä lähetettäväksi | CTS |
| 9 | Soiton ilmaisin | RI |
PLC:tä pidetään DTE-laitteena, ja sen RS-232-sarjaportti on urosliitin. Esimerkiksi S7-1200:n CM1241 RS-232 -sarjamoduulissa on urossarjaportti, kuten alla olevasta kuvasta näkyy:
DTE:n ja DTC:n väliseen tiedonsiirtoon voidaan käyttää suoraa yhteyttä alla olevan kuvan mukaisesti:
Kahden DTE:n (kuten PLC:n ja viivakoodinlukijan) välisessä tiedonsiirrossa on käytettävä risti{0}}yhteyttä. Kaikki nastat voidaan liittää toisiinsa alla olevan kuvan mukaisesti:
Voit käyttää minimaalista liitäntätapaa käyttämällä vain kolmea johtoa molempien laitteiden TxD- ja RxD-nastan yhdistämiseen ja maadoittamiseen, kuten alla olevassa kuvassa näkyy:
Tämän tyyppinen yhteys, jossa DTE kytkeytyy suoraan DCE:hen menemättä DCE:n läpi, tunnetaan myös "nollamodeemiyhteydenä", ja tämäntyyppiseen yhteyteen käytettyä kaapelia kutsutaan "nollamodeemikaapeliksi" tai ristikkäiskaapeliksi.
3. RS-232 sähköiset signaalit
Sähköiset signaalit RS-232:n lähetys- ja vastaanottoliittimissä ovat jännitesignaaleja suhteessa yhteiseen maahan (GND). Jänniteero +3V:n ja +15V:n välillä edustaa loogista "0"; jännite-ero -3 V ja -15 V välillä edustaa loogista "1"; ja jännite-ero -3 V ja +3V välillä on määrittelemätön. 3 V on pienin havaittavissa oleva jännitesignaali. Käytännön sovelluksissa jännite-eron absoluuttisen arvon odotetaan olevan 5 V - 15 V. Toisin sanoen dataa siirrettäessä lähettimen ohjain lähettää positiivisen jännitesignaalin +5 V - +15 V edustamaan loogista "0":ta, kun taas negatiivinen jännitesignaali -5 V - -15 V edustaa loogista "1". Dataa vastaanotettaessa kaikki yli 3 V:n sähköiset signaalit katsotaan kelvollisiksi signaaliksi.
4. RS-232-tason muunnospiirit
Koska mikro-ohjaimen nastat lähettävät TTL-tasoja, tarvitaan erillinen muunnospiiri (kuten TI:n MAX3232 tai ST:n ST3232) niiden muuttamiseksi RS-232-tasoiksi. Lisätietoja on edellisessä artikkelissani: Mikä on ero RS-232- ja TTL-tasojen välillä? Miten ne muunnetaan?
5. RS-232-tiedonsiirto
Ensimmäinen tiedonsiirtoon liittyvä käsite on baudinopeus. Kuten tiedämme, sarjaliikenne lähettää dataa bitti kerrallaan, jolloin lähetysyksikkö on bitti. Siksi baudinopeus määritellään aikayksikköä kohti lähetettyjen bittien lukumääränä. Kansainvälisesti hyväksytty ajan yksikkö on sekunti (s), joten baudinopeuden yksikkö on bit/s (b/s), joka kirjoitetaan myös bps:nä (bittiä sekunnissa).
On olemassa tietty baudinopeusalue (ei mielivaltaisia arvoja); yleisiä siirtonopeuksia ovat 9 600, 38 400, 56 000 ja 115 200. On myös monia muita arvoja; kommunikoivien osapuolten on yksinkertaisesti sovittava sama siirtonopeus.
RS-232 on point-to-point-viestintäprotokolla. Sen datakehys koostuu neljästä osasta: aloitusbitistä, databitistä, pariteettibitistä ja lopetusbitistä.
Aloitusbitti: pituus 1, datan arvo on looginen 0, mikä osoittaa tiedonsiirron alkamisen;
Databitit: pituus 8 tai 7, jotka edustavat todellista lähetettävää dataa;
Pariteettibitti: Pituus 0 (ei pariteettia) tai 1 (pariton tai parillinen pariteetti);
Pysäytysterä: pituus 1, 1,5 tai 2; data-arvo on looginen 1, joka osoittaa datakehyksen loppua;
Olettaen, että RS232-tietoliikenne on määritetty 7 databitillä, paritolla ja 2 pysäytysbitillä, kehys- ja loogiset arvot näkyvät alla olevassa kuvassa
Seuraavaksi tehdään laskelma.
Oletetaan, että RS-232-tietoliikenneasetuksen siirtonopeus on 9 600, 8 databittiä, ei pariteettia (0) ja 1 pysäytysbitti. Kuinka monta tavua dataa voidaan lähettää sekunnissa näillä tiedonsiirtoparametreilla?
Vastaus: Parametrien perusteella tämän tiedonsiirron kehyksen pituus on 1 + 8 + 1=10 bittiä. Yksi tavu (8 bittiä) lähetetään tässä kehyksessä. Siksi 9600 baudinopeudella todellisen tiedon enimmäismäärä, joka voidaan lähettää sekunnissa, on 9600 / 10=960 tavua.