Rs232 и ethernet отличия

Обновлено: 07.07.2024

В молодости мы легко расстаемся со старыми, привычными вещами в угоду новым, модным и дорогим. Став постарше, мы с удивлением обнаруживаем, что старое, по сути дела, не хуже нового, только проще и дешевле. Примером такого «старого» является интерфейс RS-232, спецификация которого была принята более 30 лет назад, для хайтека – целая эпоха, да, пожалуй, и не одна. Тем не менее, архаичный интерфейс и по сей день является хорошим и надежным инструментом инсталлятора, когда ему требуется передавать данные в условиях с высоким уровнем шумов и помех.

История

В 1969 году ассоциация электронной промышленности США (EIA) опубликовала вариант «С» своего рекомендуемого стандарта (Recommended Standart – RS) за номером 232 «Интерфейс между оконечным оборудованием обработки данных и оконечным оборудованием линии с использованием последовательного обмена данными в двоичной форме».

Система передачи данных (передатчик, приемник, соединительные кабели), реализованная в соответствии с техническими условиями стандарта RS-232C, обеспечивает передачу сигнала со скоростями, не превышающими 20 Кбит/с (реально используют на скоростях до 115200 бит/с).

Сейчас этот стандарт известен просто как стандарт RS-232C. Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии ввел свой собственный вариант этого стандарта в виде стандартов V.24 и V.28, а министерство обороны США выпустило практически идентичный стандарт Mil-Std-188C.

В настоящее время действует редакция стандарта, принятая в 1991 году ассоциациями электронной и телекоммуникационной промышленности, под названием EIA/TIA-232-E. В ней нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к несовместимости с оборудованием, поддерживающим интерфейс RS-232 более ранних версий.

Как это работает

Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) – ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе – DCE (Data Communications Equipment) – ОПД (Оборудование Передачи Данных).

До появления интерфейсов IEEE-1394 и USB‑2 асинхронный последовательный интерфейс был основным устройством, с помощью которого осуществлялось взаимодействие компьютеров. Слово «асинхронный» означает, что при передаче данных специальный синхронизирующий сигнал не используется, и отдельные символы могут передаваться с произвольными временными интервалами.

Каждый символ должен быть «взят в скобки» т.е. ему должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а заканчиваться его передача должна стоповым сигналом. Стартовый сигнал – это нулевой бит (с уровнем логического 0), который называется стартовым битом. Его предназначение – сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь бит представляют из себя байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании его передачи. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а в передаваемой информации примерно 20% оказывается «лишней», предназначенной только для идентификации начала и конца каждого символа.

Термин последовательный означает, что связь осуществляется по одиночному проводу, а биты передаются последовательно, один за другим.

Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.

За и против

Недостатки RS-232 состоят, прежде всего, в том, что он реализует связь типа «точка-точка» с низкой, по современным меркам, скоростью (обычно 9600 бит в секунду), и работает только на небольших расстояниях (до 10-15 м).

К несомненному достоинству RS-232 следует отнести его популярность: все компьютеры РС (но не Mac) оборудованы по крайней мере одним портом RS-232, поэтому приобретение готовых кабелей для него не составляет никакой проблемы. Процессом передачи можно управлять на аппаратном уровне, хотя эту возможность используют нечасто.

В настоящее время RS-422/RS-485 является стандартном де-факто для значительной части вещательной видеоиндустрии.

Состав линий связи между устройствами DTE и DCE точно не определён. Стандарт описывает функции до 25 соединительных линий, но не указывает, должна или не должна использоваться та или иная линия. Лучше (технологически) обстоят дела в стандарте RS‑422. По этому стандарту связь осуществляется по двум парам проводов, а передаваемый сигнал может приниматься более чем одним устройством. Согласно стандарту RS-485 (улучшенный RS-422) используется одна пара проводов, которая предназначена для передачи или приёма многими устройствами. RS-422/RS-485 может использоваться для многоточечных соединений, из-за высокой помехоустойчивости за счёт использования дифференциальных (балансных) линий, связь возможна на расстояниях до 1,2 км.

В настоящее время RS-422/RS-485 является стандартном де-факто для значительной части вещательной видеоиндустрии.

Типы разъемов

Рис. 1. 25-контактный соединитель типа DB25

Изначально стандарт RS-232 описывал применение 25-контактного соединителя типа DB25 (Рис.1). DTE-устройство должно оснащаться вилкой, DCE-устройство – розеткой. Позднее, с появлением IBM PC, стали использовать усеченный вариант интерфейса и 9-контактные соединители DB9 (рис. 2), наиболее распространенные в настоящее время.

Распайка RS-232

Рис. 2. 9-контактный соединитель DB9

В таблице 1 показано назначение контактов 9-контактного соединителя DB9. Таблица показывает распайку вилки оборудования обработки данных (DTE). Розетка устройства передачи данных (DCE) распаяна так, что два разъема стыкуются напрямую, или через кабель, распаянный «контакт в контакт».

Таблица 1. Назначение контактов соединителя DB9

Рис. 3. Распайка кабеля RS-232

Для передачи данных предназначены цепи RxD (RD) и TxD (TD). Остальные цепи предназначены для индикации состояния устройств (DTR, DSR), управления передачей (RTS, CTS) и индикации состояния линии (CD, RI). Набор используемых цепей зависит от аппаратной и программной реализации стыка в контроллере. Для соединения двух DTE-устройств используют так называемые нуль-модемные кабели, в которых провода «перекрещиваются» в соответствии с назначением сигналов. На практике перед распайкой кабеля всегда следует разобраться с документацией на оба соединяемых устройства. Для соединения многих устройств достаточно минимального набора цепей интерфейса RS-232: RD, TD и Signal Ground (рис. 3).

Рекомендуется использовать кабели на основе витой экранированной пары, где каждый из сигнальных проводов свит с общим проводом. Экран кабеля рекомендуется не объединять с сигнальным общим, а подключить к металлической оболочке разъема.

Таблица 2. Назначение контактов соединителя DB25

Таблица 3. Соответствие выводов между 9 и 25-контактным разъемами

Все сигналы в интерфейсе потенциальные, с номинальными уровнями +12В и –12В относительно общего провода (Signal Ground). Логической единице соответствует уровень –12В, логическому нулю соответствует +12В.

Как уже говорилось, RS-232 называют последовательным интерфейсом, поскольку поток данных передается по одному проводу бит за битом. В отсутствие передачи данных линия находится в состоянии логической единицы (–12В). Скорость передачи данных стандартом не нормируется, но обычно выбирают из ряда 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бит в секунду. В основном используется асинхронный режим работы, при котором данные передаются фреймами. Каждый фрейм состоит из стартового бита, битов данных, бита контроля четности (может отсутствовать), стопового бита. Биты байта данных передаются, начиная с младшего бита.

Для правильной стыковки приемопередатчики на обоих устройствах должны быть запрограммированы одинаковым образом, т.е. должны совпадать скорость, количество битов данных (7 или 8), тип контроля по четности, длина стопового бита (1, 1.5 или 2).

При точных расчётах времени на передачу массива байтов наряду с битами данных следует учитывать все служебные биты.

На рис. 4 показан вид одного фрейма RS-232 при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности (parity odd), 1 стоповый бит. Стартовый бит всегда идет с уровнем логического нуля, стоповый – единицы. Состояние бита четности определяется настройкой передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности (parity odd), четности (parity even), может не использоваться (parity none), быть всегда единицей (mark) или нулем (space).

Рис. 4. Вид фрейма RS-232

Как преодолеть ограничения стандарта RS-232

Наиболее существенными недостатками стандарта RS-232 являются небольшое расстояние, на которое можно передавать сигнал и возможность соединения только двух устройств по типу «точка-точка».

Для их преодоления используют специальные устройства – удлинители линии и расширители портов.

Удлинитель линии связи Range Extender

Предназначен для преодоления ограничений по расстоянию для приборов, имеющих управление через RS-232.

Осуществляет преобразование в интерфейс RS-422, а затем назад, в RS‑232, что позволяет использовать в качестве физического носителя две пары проводов. Удлинитель линии может быть использован для увеличения расстояния связи для любого нуль-модемного соединения RS-232, для управления оборудованием через интерфейс RS-422, либо в качестве преобразователя общего назначения из RS-232 в RS-422 и обратно.

Работает во всех режимах связи (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.

Расширитель портов Port Extender

Предназначен для преодоления ограничения интерфейса RS-232, который может осуществлять только соединения типа «точка-точка». Позволяет осуществлять связь между несколькими устройствами с интерфейсами RS-232.

Данные, которые поступают на любой из портов устройства, пересылаются на остальные 3 порта. Расширитель портов может быть использован для управления коммутатором от 3 устройств DTE (например, компьютеров).

Прибор поддерживает все режимы связи RS-232 (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.

Устранение неполадок при связи через RS-232

Ниже приведены меры, которые могут помочь разрешить проблемы, возникающие при связи с устройствами Kramer через интерфейс RS-232.

Убедитесь, что между устройством (коммутатором, маршрутизатором) и управляющим компьютером (РС) установлено нуль-модемное соединение. Также убедитесь, что на разъёмах нет замятых контактов.

Проще всего (при использовании 25-контактного порта на РС) использовать нуль-модемный адаптер, прилагаемый к устройству. Подключите такой переходник 25-контактным разъёмом к последовательному порту РС, после чего прямым кабелем – т.е. с распайкой один к одному – соедините 9-контактный разъём адаптера с последовательным портом на устройстве. (Если адаптер используется с неполным кабелем, то необходимо, как минимум, соединить на 9-контактных разъёмах с обоих концов: контакт 2 с контактом 2, 3 – с 3 и 5 – с 5.)

При непосредственном подключении 25-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве (т.е. без нуль-модемного адаптера) соедините:

Контакт 2 на 25-контактном разъёме – с контактом 2 на 9-контактном;
Контакт 3 на 25-контактном разъёме – с контактом 3 на 9-контактном;
Контакт 7 на 25-контактном разъёме – с контактом 5 на 9-контактном;
Закоротите вместе контакты 6 и 20 на 25-контактном разъёме;
Закоротите вместе контакты 4, 5 и 8 на 25-контактном разъёме.

При непосредственном подключении 9-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве соедините:

Контакт 2 на разъёме РС – с контактом 3 на разъёме устройства;
Контакт 3 на разъёме РС – с контактом 2 на разъёме устройства;
Контакт 5 на разъёме РС – с контактом 5 на разъёме устройства;
Соедините вместе контакты 4 и 6 на разъёме РС;
Соедините вместе контакты 1, 7 и 8 на разъёме РС;

ПРИМЕЧАНИЕ: Для некоторых изделий допускается управление несколькими такими устройствами при их последовательном соединении прямыми кабелями – что кажется неправильным в свете вышесказанного. На самом деле устройства настраиваются в режимы «ведущий/ведомый» (master/slave), при этом с компьютером через RS-232 связано только одно, ведущее устройство. При таком включении ведущее устройство передаёт информацию на и от РС к ведомым устройствам, а интерфейсом RS-232 порты оказываются связанными попарно).

За последнее десятилетие локальные вычислительные сети (ЛВС) стали неотъемлемой частью практически любого современного предприятия, офиса, дома. Почти каждый человек и организация являются пользователями той или иной локальной сети.

Благодаря разнообразному коммуникационному оборудованию (концентраторам, маршрутизаторам, шлюзам) построены большие корпоративные сети, насчитывающие тысячи компьютеров и имеющие сложную структуру. Одновременно с этим широкое распространение получили системы охраннопожарной сигнализации и контроля доступа, а имеющиеся локальные сети позволили объединить удаленные друг от друга части системы. Стыковку различных интерфейсов с сетевым оборудованием выполняют преобразователи интерфейсов. Таким образом, преобразователи и локальные сети позволяют объединить удаленные друг от друга системы, использующие интерфейсы с линиями связи ограниченной протяженности (например, RS232, RS485), а применение уже имеющихся кабельных локальных сетей, в свою очередь, сокращает объем работ по монтажу этих систем.

Мы предлагаем пользователям систем «Орион» и «Орион Про» (далее — «Орион») собственную разработку — преобразователь C2000-Ethernet, позволяющий транслировать данные интерфейса RS232/RS485 в Ethernet и обратно. С2000-Ethernet адресуется в локальной сети статическим IP-адресом. Каждому прибору задается таблица маршрутизации, представляющая собой список IP-адресов, с обладателями которых разрешен обмен данными. С2000-Ethernet могут находиться в различных подсетях. В этом случае IP-адресам необходимо со поставить шлюзы, через которые осуществляется выход в другую подсеть. Организация сети за пределами шлюза не имеет значения. Приборы контролируют наличие друг друга в сети с учетом возможных задержек в канале связи, особенно характерных при организации канала через Интернет.

Рисунок 1. Общая схема использования С2000-Ethernet в прозрачном режиме

Преобразователь поддерживает два режима работы: прозрачный и с сохранением событий. Во всех режимах работы передача данных по Ethernet-каналу осуществляется в шифрованном виде, гарантия доставки обеспечивается квитированием. Приведем краткую информацию об особенностях указанных режимов работы.

Прозрачный режим. В данном режиме приборы C2000-Ethernet транслируют в локальную сеть все данные интерфейса RS-485/RS-232. Аналогичным образом работают преобразователи сторонних производителей. Однако, учитывая особенности протоколов системы «Орион», C2000-Ethernet анализирует и при необходимости оптимизирует данные интерфейса RS-485/RS-232, что позволяет немного уменьшить объем данных, передаваемых в локальную сеть, по сравнению с преобразователями сторонних производителей. Стоит еще раз отметить, что C2000Ethernet обеспечивает передачу данных в шифрованном виде с гарантией доставки.

В прозрачном режиме приборы могут транслировать и сторонние протоколы при условии, что параметры работы интерфейса RS485/RS232 совпадают с параметрами интерфейса системы «Орион» (8 бит данных, без контроля четности, 1 стартовый и 1 стоповый бит), а скорость передачи данных из ряда: 1200, 2400, 9600, 19 200, 38 400, 57 600, 115 200 бит/с.

приборы, расположенные в интерфейсе с Master-устройством системы. Masterустройством системы выступает или программное обеспечение, ведущее опрос в протоколе «Орион», или пульт С2000-М. C2000-Ethernet этой группы работают в режиме с сохранением событий Slave, являясь Slave-устройствами на интерфейсе RS-485/232;
приборы, расположенные на удаленном объекте в интерфейсе с приборами «Орион». C2000-Ethernet этой группы работают в режиме с сохранением событий Master, являясь Master-устройствами в своей ветви интерфейса RS-485/232.

Приборы обеих групп обмениваются информацией о работе системы по мере ее возникновения. С2000-Ethernet-Master осуществляют поиск и контроль наличия приборов на интерфейсе. При этом каждый С2000-Ethernet-Master сообщает С2000-Ethernet-Slave о подключении/отключении приборов «Орион» своей ветви. Таким образом, С2000-Ethernet-Slave формирует список приборов каждого удаленного интерфейса.

С2000-Ethernet-Master осуществляет чтение буфера событий приборов и сохранение этих событий в своей энергонезависимой памяти. При первой возможности события пересылаются прибору С2000-Ethernet-Slave. В свою очередь, С2000-Ethernet-Slave сохраняет полученные события в свой энергонезависимый буфер событий и выдает их основному Master-устройству по запросу. Таким устройством системы может выступать АРМ (автоматизированное рабочее место), другое ПО (программное обеспечение) или пульт. Контроль основным Master-устройством наличия на интерфейсе приборов «Орион» замыкается на С2000-Ethernet-Slave и не выходит в локальную сеть, что и позволяет существенно сократить используемый трафик.

Стоит отметить, что при наличии канала с возможными задержками крайне нежелательно использовать прозрачныйрежим работы С2000-Ethernet. С учетомособенностей протокола обмена приборов «Орион» задержки в канале связиявляются критичными для работы системы. Приходящие с удаленного интерфейса запоздалые ответы (за счет задержки получения запроса или ответа) портят текущие данные интерфейса. Подобная проблема может проявляться периодическими потерями/обнаружением любых приборов интерфейса, расположенных как на удаленных объектах, так и на ближней стороне. Аналогичная ситуация возникает при использовании преобразователей сторонних производителей. Ниже приведены несколько типовых схем использования С2000-Ethernet в составе системы «Орион».

В схеме 1 C2000-Ethernet ретранслируют данные сегмента RS485, а именно обмен данными в протоколе «Орион» между пультом и приборами. Данные протокола «Орион Про» между АРМ и пультом (режим «компьютер») не выходят за пределы сегмента RS232.

В схеме 2 Masterустройством системы в определенный момент времени является ПО или пульт. Обмен осуществляется в протоколе «Орион». При этом пульт и приборы физически располагаются в одном сегменте интерфейса. Следовательно, C2000-Ethernet ретранслируют обмен данными только между ПО и приборами «Орион».

В схеме 3 используются две группы приборов C2000-Ethernet. C2000-Ethernet с префиксом «1» ретранслируют данные сегмента RS232 между АРМ и пультом (режим «компьютер»), а именно данные протокола «Орион Про». C2000-Ethernet с префиксом «2» ретранслируют данные сегмента RS-485 между пультом и приборами «Орион», а именно данные протокола «Орион».

В заключение хотелось бы отметить, что система с использованием преобразователей непрерывно развивается. Ожидается появление АРМ, осуществляющего обмен по Ethernetканалу непосредственно с расположенными на удаленных объектах С2000-Ethernet-Master. С2000-Ethernet-Master в такой системе сможет выступать опросчиком в интерфейсе как для приборов «Орион» (протокол «Орион»), так и для пульта С2000-М (протокол «Орион Про»). Это позволит существенно повысить скорость обмена в системе и сократить затраты на покупку приборов С2000-Ethernet-Slave, устанавливаемых на текущий момент со стороны АРМ.

Вы можете узнать больше о последовательных интерфейсах, а потом подобрать оборудование для работы с последовательными интерфейсами в нашем каталоге.

Содержание:

Основные отличия RS-232, RS-422 и RS-485

Под обозначениями RS-232, RS-422 и RS-485 понимаются интерфейсы для цифровой передачи данных. Стандарт RS-232 более известен как обычный СОМ порт компьютера или последовательный порт (хотя последовательным портом также можно считать Ethernet, FireWire и USB). Интерфейсы RS-422 и RS-485 широко применяются в промышленности для соединения различного оборудования.

В таблице приведены основные отличия интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485.

Название	RS-232	RS-422	RS-485
Тип передачи	Полный дуплекс	Полный дуплекс	Полудуплекс (2 провода),полный дуплекс (4 провода)
Максимальная дистанция	15 метров при 9600 бит/с	1200 метров при 9600 бит/с	1200 метров при 9600 бит/с
Задействованные контакты	TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND*	TxA, TxB, RxA, RxB, GND	DataA, DataB, GND
Топология	Точка-точка	Точка-точка	Многоточечная
Макс. кол-во подключенных устройств	1	1 (10 устройств в режиме приема)	32 (с повторителями больше, обычно до 256)

* Для интерфейса RS-232 не обязательно использовать все линии контактов. Обычно используются линии данных TxD, RxD и провод земли GND, остальные линии необходимы для контроля над потоком передачи данных. Подробнее вы узнаете далее в статье.

Информация, передаваемая по интерфейсам RS-232, RS-422 и RS-485, структурирована в виде какого-либо протокола, например, в промышленности широко распространен протокол Modbus RTU.

Описание интерфейса RS-232

Интерфейс RS-232 (TIA/EIA-232) предназначен для организации приема-передачи данных между передатчиком или терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и приемником или коммуникационным оборудованием (англ. Data Communications Equipment, DCE) по схеме точка-точка.

Скорость работы RS-232 зависит от расстояния между устройствами, обычно на расстоянии 15 метров скорость равна 9600 бит/с. На минимальном расстоянии скорость обычно равна 115.2 кбит/с, но есть оборудование, которое поддерживает скорость до 921.6 кбит/с.

Интерфейс RS-232 работает в дуплексном режиме, что позволяет передавать и принимать информацию одновременно, потому что используются разные линии для приема и передачи. В этом заключается отличие от полудуплексного режима, когда используется одна линия связи для приема и передачи данных, что накладывает ограничение на одновременную работу, поэтому в полудуплексном режиме в один момент времени возможен либо прием, либо передача информации.

Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде логическими 0 и 1.

Логической «1» (MARK) соответствует напряжение в диапазоне от −3 до −15 В.

Логическому «0» (SPACE) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В.

В дополнение к двум линиям приема и передачи, на RS-232 имеются специальные линии для аппаратного управления потоком и других функций.

Для подключения к RS-232 используется специальный разъем D-sub, обычно 9 контактный DB9, реже применяется 25 контактный DB25.

Разъемы DB делятся на Male – «папа» (вилка, pin) и Female – «мама» (гнездо, socket).

Распиновка разъема DB9 для RS-232

Распайка кабеля DB9 для RS-232

Существует три типа подключения устройств в RS-232: терминал-терминал DTE-DTE, терминал- коммуникационное оборудование DTE-DCE, модем-модем DCE-DCE.

Кабель DTE-DCE называется «прямой кабель», потому что контакты соединяются один к одному.

Кабель DCE-DCE называется «нуль-модемный кабель», или по-другому кросс-кабель.

Ниже приведены таблицы распиновок всех перечисленных типов кабеля, и далее отдельно представлена таблица с переводом основных терминов на русский язык.

Распиновка прямого кабеля DB9 для RS-232

Распиновка нуль-модемного кабеля DB9 для RS-232

Таблица с распиновкой разъемов DB9 и DB25.

DB9	DB25	Обозначение	Название	Описание
1	8	CD	Carrier Detect	Обнаружение несущей
2	3	RXD	Receive Data	Прием данных
3	2	TXD	Transmit Data	Передача данных
4	20	DTR	Data Terminal Ready	Готовность оконечного оборудования
5	7	GND	System Ground	Общий провод
6	6	DSR	Data Set Ready	Готовность оборудования передачи
7	4	RTS	Request to Send	Запрос на передачу
8	5	CTS	Clear to Send	Готов передавать
9	22	RI	Ring Indicator	Наличие сигнала вызова

Для работы с устройствами RS-232 обычно необходимо всего 3 контакта: RXD, TXD и GND. Но некоторые устройства требуют все 9 контактов для поддержки функции управления потоком передачи данных.

Структура передаваемых данных в RS-232

Стартовый бит (start bit) - бит обозначающий начало передачи, обычно равен 0.

Данные (data bits) – 5, 6, 7 или 8 бит данных. Первым битом является менее значимый бит.

Например, сокращение 8Е1 обозначает, что передается 8 бит данных, используется бит четности в режиме EVEN и стоп бит занимает один бит.

Управление потоком в RS-232

Для того чтобы не потерять данные существует механизм управления потоком передачи данных, позволяющий прекратить на время передачу данных для предотвращения переполнения буфера обмена.

Есть аппаратный и программный метод управления.

Аппаратный метод использует выводы RTS/CTS. Если передатчик готов послать данные, то он устанавливает сигнал на линии RTS. Если приёмник готов принимать данные, то он устанавливает сигнал на линии CTS. Если один из сигналов не установлен, то передачи данных не произойдет.

Программный метод вместо выводов использует символы Xon и Xoff (в ASCII символ Xon = 17, Xoff = 19) передаваемые по тем же линиям связи TXD/RXD, что и основные данные. При невозможности принимать данные приемник передает символ Xoff. Для возобновления передачи данных посылается символ Xon.

Описание интерфейса RS-422

Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может меняться в пределах от 10 кбит/с (1200 метров) до 10 Мбит/с (10 метров).

В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств.

Линия RS-422 представляет собой 4 провода для приема-передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий провод земли GND.

Скручивание проводов (витая пара) между собой позволяет избавиться от наводок и помех, потому что наводка одинаково действует на оба провода, а информация извлекается из разности потенциалов между проводниками А и В одной линии.

Напряжение на линиях передачи данных может находится в диапазоне от -6 В до +6 В.

Логическому 0 соответствует разница между А и В больше +0,2 В.

Логической 1 соответствует разница между А и В меньше -0,2 В.

Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.

Распиновка RS-422 зависит от производителя устройства и указывается в документации на него.

При подключении устройства RS-422 нужно сделать перекрестие между RX и TX контактами, как показано на рисунке.

Т.к. расстояние между приемником и передатчиком RS-422 может достигать 1200 метров, то для предотвращения отражения сигнала от конца линии ставится специальный 120 Ом согласующий резистор или "терминатор". Этот резистор устанавливается между RX+ и RX- контактами в начале и в конце линии.

Описание интерфейса RS-485

В промышленности чаще всего используется интерфейс RS-485 (EIA-485), потому что в RS-485 используется многоточечная топология, что позволяет подключить несколько приемников и передатчиков.

Интерфейс RS-485 похож на RS-422 тем что также использует дифференциальный сигнал для передачи данных.

RS-485 с 2 контактами, работает в режиме полудуплекс
RS-485 с 4 контактами, работает в режиме полный дуплекс

В режиме полный дуплекс можно одновременно принимать и передавать данные, а в режиме полудуплекс либо передавать, либо принимать.

В одном сегменте сети RS-485 может быть до 32 устройств, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигналов до 256 устройств. В один момент времени активным может быть только один передатчик.

Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит/с на 10 метрах.

Напряжение на линиях находится в диапазоне от −7 В до +12 В.

Стандарт RS-485 не определяет конкретный тип разъема, но часто это клеммная колодка или разъем DB9.

Распиновка разъема RS-485 зависит от производителя устройства и указывается в документации на него.

Подключение RS-485 устройств с 2 контактами.

Подключение RS-485 устройств с 4 контактами.

Для согласования линии на больших расстояниях в RS-485 также ставят согласующие резисторы 120 Ом в начале и в конце линии.

Программы для работы с COM-портами

На компьютере интерфейсы RS-232/422/485 будут представлены как обычный СОМ порт. Соответственно подойдут почти любые программы и утилиты для работы с COM портом.

Каждый производитель выпускает свое ПО для работы с COM портом.

Например, MOXA разработала набор утилит PComm Lite, одна из которых позволяет работать с СОМ портом.

Употребляя в своих статьях названия и определения: последовательный порт, serial port, communications port, COM-порт, интерфейс стандарта RS-232 я не был до конца уверен, что употребляю их в правильном контексте. Давайте разберёмся что, зачем, как и почему.

Прежде чем перейти к последовательному порту, чуть-чуть общей теории.

Классификация протоколов

А какие протоколы бывают?

По порядку передачи данных протоколы (шины данных) делятся на:

О последовательных шинах речь пойдет ниже, но пару слов нужно сказать о параллельном соединении

Параллельный протокол передачи данных (параллельная шина данных)

Передача нескольких сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам.

В последнее время предпочтение отдается последовательному соединению вместо параллельного, так как экономически более выгодно организовать передачу данных по одному (двум) проводам чем по нескольким параллельным, это касается и электрической разводки платы и внутренней разводки чипа, и соединение периферийных устройств. Но параллельное соединение из физического мира ушло в "мир эфира" в радиосвязь, вот там очень выгодно устанавливать и осуществлять параллельную передачу данных.

Примеры чаще всего это устаревшие шины такие как: принтерный порт (IEEE 1284/Centronics), ISA, ATA (IDE), SCSI , PCI, FSB (Front Side Bus)

По времени передачи и приему информации связь делится:

Симплексная связь - только передача или прием данных.
Полудуплексная связь прием и передача разнесены во времени. Сначала прием, а затем передача или наоборот.
Дуплекс - одновременно прием и передача.

Перейдем сразу к последовательному протоколу, он делится на:

Асинхронный протокол - данные передаются без внешнего тактирующего устройства. Данные можно передавать по двум проводам прием/передача. Но нужны дополнительные усилия для синхронизации (пример UART, RS-232, 1-Wire)

Синхронный протокол - данные синхронизированы с тактирующим устройством (примеры SPI и I2C)

И у меня вопрос к читателям, а протокол USB какой синхронный или асинхронный?

UART

Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART), Универсальный асинхронный приёмопередатчик (УАПП)

В 60-70годах в нашей стране не принято пользоваться англоязычными терминами поэтому UART получает свое, русское название - УАПП (Универсальный асинхронный приёмопередатчик) как и все остальные названия, например НГМД и так далее. Хорошее время было, все кратко и понятно, например скажешь УВК-1 и сразу всем все понятно, разговор идет о устройстве ввода координатном или о мышке.

Что такое UART

UART это физическая реализация интерфейса в виде логической схемы (микросхемы) которая обеспечивает прием и передачу информация в последовательном виде, в пределах одного чипа или одного устройства, на короткие дистанции. Он непригоден для приема, передачи данных на "длинные дистанции". Причем понятие длинные и короткие взяты в кавычки и это не зря. Так как все в мире относительно и в данном случае то же, но попробуем разобраться, что за такие "длинные и короткие дистанции". Когда микроконтроллеры и другие низкоуровневые ИС взаимодействуют между собой по последовательному протоколу, они делают это на уровне TTL (транзисторно-транзисторная логика). Последовательные сигналы TTL живут между диапазоном напряжения питания микроконтроллера - обычно от 0 до 5.0 вольт (так было раньше, это уже классика) ну или до 3,3 вольт (так сейчас или еще меньше до 1,8 и 1,6 вольт КМОП) Сигнал такого диапазона да еще и не защищенный передать далеко не получится иногда проблемы возникают тут сразу же, при передачи от одной микросхемы до другой, вспомним микросхемы серии К(К155, К1533, К153) из недостатков которых: высокие требования к напряжению питания, отклонение не более 0,5 В, низкая помехоустойчивость, высокие требование в правильной разводки шины земли. Так вот передать далеко эти сигналы не получится, а что делать? Самое простое тупо усилить - поднять напряжение питания так родился интерфейс RS-232

Интерфейс RS-232

(Recommended Standard 232, рекомендованный стандарт RS-232, EIA232)

Это стандарт физического уровня, надстройка над UART для приема передачи данных другим устройствам, т. е. на "длинные дистанции

В далекие годы 60 годы прошлого века (1962 год) особо не стали заворачивается с обработками сигнала, да и мощностей подходящих не было, а потом, видимо, вспомнили телеграф.

Первый трансатлантический кабель обладал очень низкой скоростью передачи 103 слова за 16 часов, а все из за того, что на огромной дистанции (чудовищная ёмкость и сопротивление длиннющего кабеля) сигналы просто "размазывало" по длинному кабелю. Для повышения скорости увеличивали напряжение и в конце концов дошли до 2000 вольт после чего кабель благополучно сгорел.

Вот и тут просто взяли да повысили напряжение логического сигнала, но на самом деле не совсем просто, а вот так, см. инже

Электрический принцип работы RS-232

Логический нуль RS-232 лежит в пределе от +3 до +12 вольт, а единица от -3 до -12, соответственно. Между -3 и +3 вольт зона ничего, не нуля и не единицы, зона неопределённости. Т. е. разработчики стандарта инвертировали сигнал, сделали отрицательное напряжение для единицы и повысили и понизили напряжение до -12, +12вольт (на самом деле до -15, +15 вольт, а иногда и до 25 вольт) Пишут даже, что в блоке питания компьютера именно поэтому и появилась -12 вольт. Хорошо же они поработали над стандартом для которого пришлось модифицировать и блок питания, сейчас бы такая фишка не прошла, хотя.

Максимальная длинна кабеля по стандарту 20 метров, но нормально прием идет до 15 метров на скорости 19200 бод, но можно передать и на 900 метров снижая скорость (помните трансатлантический кабель) до 2400бод. А вообще максимальная скорость передачи составляет 115 200 бод

Это единица измерения скорости передачи символов (символьной скорости) или скорости модуляции в символах в секунду или импульсах в секунду.

С этими БОДами сплошная путаница, обратите внимание на определение, сколько ИЛИ, давайте разбираться.

Символьная скорость

Сначала БОД придумали для того чтобы определить сколько символов, букв можно передать за секунду по телетайпу, а кодировка тогда была 5 битная. Кодировка двоичная, импульс - единица, нет импульса - нолик. Все логично и понятно.

Импульсах в секунду

Потом по линиям связи стали общаться не только люди, но и машины и передавать не только символы - буквы, но и служебные биты например синхронизации, к чему их отнести к какой букве? А канал то они то же занимают. И вот тут и началась путаница, передавался не только символ, но и служебная информация. Как считать?

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМд)

Но потом все еще больше запуталось, потому как в одном импульсе с помощью, например квадратурной амплитудной модуляции (КАМд), можно зашифровать не один бит, а например до 16 бит.

В общем все в конце концов вообще перепуталось!

Иногда в бодах выражают полную ёмкость канала.

Полная ёмкость канала = служебная информация в бит/c + эффективная информация в бит/c.

Преобразование UART в RS-232

Самый известный преобразователь интерфейса – это микросхема, разработанная фирмой MAXIM, которая и получила от нее часть своего названия (MAX 232). Эта микросхема из 5 вольт генерирует отрицательное напряжение, чтобы сопрягать 5-вольтовый UART с RS-232.

Протоколы передачи данных в ЦОД: RS-232, RS-422, RS-485

Центры Обработки Данных (ЦОД) - критически-важные объекты, сбои в которых приводят к огромным убыткам, а потому они оснащаются мощной системой автоматики и являются интеллектуальными объектами, способными длительное время работать в автоматическом режиме без вмешательства человека.

Содержание статьи:

Роль человека сводится к мониторингу ситуации и реакцию в аварийных случаях. Каждая единица инженерного оборудования в ЦОД оснащена одним или несколькими протоколами для передачи данных в диспетчерский пункт. Разберемся в этих протоколах.

Зачем нужны протоколы передачи в ЦОД

Для адекватного контроля за работой ЦОД необходимо иметь перед глазами целый список параметров, характеризующих работу инженерных систем, например:

Энергопотребление объекта,
Текущая схема электропитания,
Температуры на входе и выходе из стоек,
Влажность в помещении ЦОД,
Статусы оборудования и др.

Для передачи этих данных все устройства оборудованы тем или иным интерфейсом, подсоединение к которому позволяет считывать информацию по заданному протоколу.

Физически это означает наличие определенных разъемов на оборудовании и кабельные изделия, способные обеспечить передачу информации в диспетчерский пункт. Чаще всего это:

RS-232 (EIA-232)
RS-422 (EIA-422)
RS-485 (EIA-485)

Термины и определения

RS в названии протокола означает Recommended Standard (рекомендованный стандарт).

Все три протокола относятся к физическому уровню (по модели OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model, базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем)). Физический уровень является самым нижним уровнем модели OSI, т.е. поток информации передается на нижнем уровне – в двоичной системе – в виде последовательности 0 и 1.

Протоколы передачи данных можно классифицировать по разным признакам:

По направлению сигнала
- Симплексные (simplex) протоколы позволяют передавать данные только в одну сторону. Это, например, телевизионные и радио-сигналы. Используется одножильный провод с оплеткой.
- Полудуплексные (half-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны, но не одновременно. Используется двужильный провод (витая пара) с оплеткой. Пример – RS-485.
- Дуплексные (full-duplex) протоколы позволяют передавать данные в обе стороны одновременно. Используется четырехжильный провод (двойная витая пара) с оплеткой. Пример – RS-232, RS-422, в некоторых случаях RS-485.
Таким образом, уже стали проясняться принципиальные отличия протоколов серии RS.
- RS-232 позволяет устройствам передавать и получать информацию одновременно, но он ограничен по длине (15м).
- RS-422 придуман на замену RS-232, если последний не удовлетворяет требованиям по скорости и дальности (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м).
- RS-485 – самый распространенный протокол с высокими характеристиками (до 10Мбит/сек на 15м и до 100кбит/сек на 1220м) и выигрывающий у RS-422 в капитальных затратах: две жилы – это дешевле четырех.
Рассмотрим каждый протокол подробнее.

RS-232 или EIA-232

RS-232 – это стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным устройством.

RS-232 был введён в 1962 году.

RS-232 представляет собой простой интерфейс для передачи данных между двумя объектами на расстояние до 15 метров (на практике может не достигаться). Устойчивость к помехам обеспечивается отказом от стандартного уровня сигналов 5В. От отправителя поступает последовательность 1 и 0 получателю, который их запоминает и «осознает» полученную информацию.

Существует понятие стартового бита, получив который получатель понимает, что сеанс передачи информации открыт. Далее через равные промежутки времени отправляются информационные биты. Передача пакетная, длина пакета равна одному байту.

Разъем RS-232 представляет собой 9- или 25-штырьковый трапецеидальный разъем. Изначально применялись 25 контактов, но со временем большинство устройств стало обходиться меньшим их числом и разъем «урезали».

RS-422 (Recommended Standard 422) или EIA-422

Учитывая полный дуплекс RS-422, его чаще используют в ведущем устройстве, а на ведомых устанавливают драйвер RS-485.

Кабель RS-422 представляет собой двойную витую пару:

RS-485 (Recommended Standard 485) или EIA-485

RS-485 - стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи.

RS-485 поддерживает максимально 32 пары приемник/передатчик (впоследствии модернизировано до 255), но возможность использования хабов и репитеров увеличивает сеть до бесконечности.

На основе RS-485 создана целая серия промышленных сетей и сетевых протоколов (ModBus, ProfiBus, LanDrive и другие).

Передача сигнала осуществляется посредством кабеля:
- или обычного сетевого (используется только две жилы (одна пара)):
В качестве разъема может применяться как сетевой вход, так и клеммный (третий контакт – для оплетки):

Для RS-485 существует множество «переходников»:

Кто же лучше?

Итак, рассказав о трех стандартах передачи данных, сделаем выводы по каждому из них, применительно к использованию для систем мониторинга ЦОД:

Данный стандарт можно увидеть на многих устройствах, но его широкое применение ограничивается малой длиной кабеля: до 15м. RS-232 обычно используется для соединения с компьютером.

RS-485 – наиболее распространенный стандарт в современных ЦОД благодаря дальности и приемлемой скорости, а также возможности подключения большого числа устройств. Именно поверх RS-485 создано множество промышленных сетей и сетевых протоколов, таких как ModBus, ProfiBus и LanDrive.

RS-422 – замена RS-232 на дальних расстояниях. Будучи полностью дуплексным протоколом, используется в ведущих устройствах, что позволяет параллельно вести прием и передачу данных в различных направлениях.

Читайте также: