"پورت سریال" مخفف رابط ارتباط سریال است. "ارتباط سریالی" به روشی از ارتباط اطلاق می شود که در آن داده ها به ترتیب بیت به بیت ارسال می شوند. پورت های سریال رایج شامل RS{5}}232 و RS-485 است. اگرچه ارتباطات سریال مدتی پیش توسعه یافت، اما همچنان به طور گسترده در زمینه های اتوماسیون و کنترل صنعتی امروزی استفاده می شود. در این مقاله نگاهی عمیق به پورت سریال RS-232 خواهیم داشت. این مقاله موضوعات زیر را پوشش می دهد:
1. تاریخچه RS232
2. رابط RS232
3. سیگنال های الکتریکی در RS232
4. سطح{1}}تغییر آی سی برای RS232
5. انتقال داده در RS232
1. تاریخچه RS232
RS232 یک استاندارد ارتباطی است که توسط انجمن صنایع الکترونیک (EIA) در سال 1962 منتشر شد. نام کامل آن این است: "استاندارد برای رابط های الکتریکی و مکانیکی بین DTE و DCE". "DTE" مخفف "Data Terminal Equipment" مانند کامپیوتر است. "DCE" مخفف "Data Circuit-Terminating Equipment." همچنین گاهی اوقات به عنوان "تجهیزات ارتباط داده" مانند مودم نوشته می شود. "RS" در "RS232" مخفف "Recommended Standard" است. "232" شناسه است. استاندارد اولیه RS{11}}232 برای برقراری ارتباط بین رایانه‌ها، تلفن‌های قابل برنامه‌ریزی و مودم ایجاد شد. پس از چندین بازنگری، به یک استاندارد ارتباط سریالی همه منظوره تبدیل شد. اصلاحات RS-232 به شرح زیر است:
1969 نسخه C (RS-232-C);
1986 نسخه D (RS-232-D);
نسخه E (RS232-E) در سال 1991;
نسخه F (RS232-F) در سال 1997;
در حال حاضر، در زمینه اتوماسیون صنعتی، RS232 در درجه اول برای ارتباط بین دستگاه هایی مانند صفحه نمایش لمسی، کارت خوان، اسکنر بارکد و چاپگر و PLC استفاده می شود.
2. رابط RS-232
قبل از نسخه F، RS-232 از یک رابط سریال 25 پین استفاده می کرد که در دو نوع نر و ماده وجود داشت. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است کانکتور نر برای دستگاه های DTE و کانکتور مادگی برای دستگاه های DCE استفاده می شود.
واحد فیزیکی در شکل زیر نشان داده شده است:
برای تعاریف پین به جدول زیر مراجعه کنید:
:
| شماره | نام | مخفف |
|---|---|---|
| 1 | سپر | |
| 2 | داده های منتقل شده | TxD |
| 3 | داده های دریافت شده | RxD |
| 4 | درخواست برای ارسال | RTS |
| 5 | پاک کردن برای ارسال | سی تی اس |
| 6 | DCE Reآگهیy/مجموعه داده آماده است | DSR |
| 7 | سیگنال زمین / بازگشت مشترک | SG |
| 8 | آشکارساز سیگنال خط دریافت شده | |
| 9 | برای تست مجموعه داده ها رزرو شده است | |
| 10 | برای تست مجموعه داده ها رزرو شده است | |
| 11 | Uناسامضا کرد | |
| 12 | آشکارساز سیگنال خط دریافتی ثانویه | |
| 13 | ثانویه پاک کردن برای ارسال | (S)CTS |
| 14 | داده های ارسالی ثانویه | (S)TxD |
| 15 | عنصر سیگنال انتقالtiمینگ | |
| 16 | داده های دریافتی ثانویه | (S)RxD |
| 17 | زمانبندی عنصر سیگنال گیرنده (DCE) | |
| 18 | Loopb محلیack | |
| 19 | درخواست ثانویه برای ارسال | (S)RTS |
| 20 | DTE Ready/Data Terminal Ready | DTR |
| 21 | Remote Loopback/ آشکارساز کیفیت سیگنال |
|
| 22 | نشانگر حلقه | RI |
| 23 | انتخابگر نرخ سیگنال داده | |
| 24 | زمان بندی عنصر سیگنال انتقال (DTE) | |
| 25 | حالت تست |
پورت سریال 25 پین پین های زیادی دارد که استفاده از آن را سخت می کند. برای ساده کردن پورت سریال RS232، نسخه F یک پورت سریال 9 پین را تعریف می کند که همچنین شامل یک کانکتور نر (برای DTE) و یک کانکتور مادگی (برای DCE) است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:
برای تعاریف پین به جدول زیر مراجعه کنید:
| شماره | نام | مخفف |
|---|---|---|
| 1 | تشخیص حامل داده | DCD |
| 2 | داده های دریافت شده | RxD |
| 3 | داده های منتقل شده | TxD |
| 4 | پایانه داده آماده است | DTR |
| 5 | زمین | GND |
| 6 | مجموعه داده آماده است | DSR |
| 7 | درخواست برای ارسال | RTS |
| 8 | پاک کردن برای ارسال | سی تی اس |
| 9 | نشانگر حلقه | RI |
یک PLC یک دستگاه DTE در نظر گرفته می شود و پورت سریال RS-232 آن یک کانکتور مرد است. به عنوان مثال، ماژول سریال CM1241 RS-232 برای S7-1200 دارای یک پورت سریال مرد است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:
برای ارتباط بین یک DTE و یک DTC، می توان از یک اتصال مستقیم استفاده کرد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است:
برای ارتباط بین دو DTE (مانند PLC و اسکنر بارکد)، باید از یک اتصال متقابل- استفاده شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، تمام پین ها می توانند به یکدیگر متصل شوند:
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، می توانید از یک روش اتصال حداقل استفاده کنید، فقط از سه سیم برای اتصال پین های TxD و RxD هر دو دستگاه و اتصال آنها به یکدیگر استفاده کنید:
این نوع اتصال که در آن DTE مستقیماً بدون عبور از DCE به DCE متصل می شود، به عنوان اتصال «نول مودم» نیز شناخته می شود و به کابلی که برای این نوع اتصال استفاده می شود، کابل «نول مودم» یا کابل متقاطع می گویند.
3. سیگنال های الکتریکی RS-232
سیگنال های الکتریکی در پایانه های ارسال و دریافت RS-232 سیگنال های ولتاژ نسبت به زمین مشترک (GND) هستند. اختلاف ولتاژ بین +3V و +15V یک "0" منطقی را نشان می دهد. اختلاف ولتاژ بین -3 ولت و -15 ولت نشان دهنده یک "1" منطقی است. و یک اختلاف ولتاژ بین -3V و +3V is undefined. 3 V حداقل سیگنال ولتاژ قابل تشخیص است. در کاربردهای عملی، مقدار مطلق اختلاف ولتاژ انتظار می‌رود از 5 ولت تا 15 ولت باشد. یعنی هنگام انتقال داده، درایور فرستنده سیگنال ولتاژ مثبت +5 ولت تا +15 ولت را برای نمایش منطقی "0"، در حالی که سیگنال ولتاژ منفی 5 - ولتاژ "1 - ولتاژ" را نشان می‌دهد، خروجی می‌دهد. هنگام دریافت داده، هر سیگنال الکتریکی بیشتر از 3 ولت سیگنال معتبر در نظر گرفته می شود.
4. آی سی های تبدیل سطح RS-232
از آنجایی که پایه های میکروکنترلر سطوح TTL را خروجی می کنند، یک آی سی تبدیل اختصاصی (مانند MAX3232 TI یا ST3232 ST) برای تبدیل آنها به سطوح RS-232 مورد نیاز است. برای جزئیات بیشتر، لطفاً به مقاله قبلی من مراجعه کنید: تفاوت بین سطوح RS-232 و TTL چیست؟ چگونه تبدیل می شوند؟
5. انتقال داده RS-232
اولین مفهومی که در انتقال داده دخیل است نرخ باود است. همانطور که می دانیم، ارتباط سریال داده ها را یک بیت در یک زمان انتقال می دهد که واحد انتقال آن بیت است. بنابراین، نرخ باود به عنوان تعداد بیت های ارسال شده در واحد زمان تعریف می شود. واحد بین المللی پذیرفته شده زمان، ثانیه (s) است، بنابراین واحد نرخ باود بیت/s (b/s) است که به صورت bps (بیت در ثانیه) نیز نوشته می شود.
محدوده خاصی از نرخ های باد (نه مقادیر دلخواه) وجود دارد. نرخ باود رایج شامل 9600، 38400، 56000 و 115200 است. ارزش های بسیار دیگری نیز وجود دارد. طرفین ارتباط فقط باید روی همان نرخ باود توافق کنند.
RS{1}}232 یک پروتکل ارتباطی-نقطه به نقطه است. چارچوب داده آن از چهار بخش تشکیل شده است: بیت شروع، بیت داده، بیت برابری و بیت توقف.
بیت شروع: طول 1، مقدار داده برابر با 0 منطقی است، که نشان دهنده شروع انتقال داده است.
بیت های داده: طول 8 یا 7، نشان دهنده داده های واقعی در حال انتقال است.
بیت برابری: طول 0 (بدون برابری) یا 1 (تعادل فرد یا زوج).
بیت توقف: طول 1، 1.5، یا 2. مقدار داده یک منطقی 1 است که پایان قاب داده را نشان می دهد.
با فرض اینکه یک ارتباط RS232 با 7 بیت داده، برابری فرد و 2 بیت توقف پیکربندی شده است، فریم و مقادیر منطقی در شکل زیر نشان داده شده است.
بعد، بیایید یک محاسبه انجام دهیم.
فرض کنید یک راه اندازی ارتباطی RS-232 دارای نرخ باود 9600، 8 بیت داده، بدون برابری (0) و 1 بیت توقف است. در هر ثانیه چند بایت داده تحت این پارامترهای ارتباطی قابل انتقال است؟
پاسخ: بر اساس پارامترها، طول فریم برای این ارتباط 1 + 8 + 1=10 بیت است. یک بایت (8 بیت) در این فریم منتقل می شود. بنابراین، در نرخ باود 9600، حداکثر مقدار داده واقعی قابل انتقال در هر ثانیه 9600 / 10=960 بایت است.