Адаптеры сопряжения RS-422 с поддержкой скоростей до 1Мбод для системной шины PCI / Habr
Аннотация
В статье рассмотрен вариант модификации серийно выпускаемых многопортовых адаптеров расширения ввода-вывода, построенных на микросхемах NetMOS / MosChip MSC98XX-CV и SystemBase SB16C1052PCI, для реализации последовательного физического интерфейса RS-422 со скоростями обмена данными до 1 Мбод.
Текст
Со времен компьютеров IBM PC последовательные порты персональных ЭВМ, рабочих станций и серверов, функционирующие по протоколу UART, в большинстве случаев используют физический сигнальный интерфейс RS-232. Раньше последовательные порты, или COM-порты в терминологии системного программного обеспечения, применялись главным образом для подключения манипуляторов типа мышь и модемов для коммутируемых телефонных линий и прочих низкоскоростных каналов связи. В современной вычислительной технике эти периферийные устройства подключаются по шине USB. Тем не менее, последовательные порты RS-232 продолжают использоваться для сопряжения с различным технологическим оборудованием, например, со сканером штрих-кода, а также для различных отладочных и диагностических нужд для работы в режиме терминала со встроенным программным обеспечением таких устройств, как сетевые коммутаторы третьего уровня, контроллеры, источники бесперебойного питания и т.п.
Помимо сигнального интерфейса RS-232 последовательные порты могут использовать стандарты RS-422 и RS-485, позволяющие передавать данные в виде электрических сигналов по кабелю со скоростью до 10 Мбод на расстояниях 10-20м, и обеспечивающие дальность связи до 1500 м на низких скоростях. Применение сигнальных стандартов RS-422 и RS-485 с интерфейсами UART распространено в промышленной и специальной аппаратуре, рассчитанной на тяжёлые условия эксплуатации.
Для сопряжения персональных компьютеров и промышленных ЭВМ с последовательным интерфейсом RS-422 выпускаются специализированные адаптеры ввода-вывода, реализующие до 16 каналов UART. В качестве примера можно рассмотреть адаптер PCL-743 фирмы Advantech для системной шины ISA, показанный на рис. 1. Данный адаптер содержит два контроллера UART 16C550, управляющую ПЛИС Xilinx XC9572 и микросхемы приёмников и передатчиков RS-422 / RS485. Путём установки переключателей задаются адресные диапазоны, которые адаптер использует для контроллеров 16С550. При верной установке переключателей возможно сконфигурировать адаптер для работы в качестве стандартных COM-портов, определяемых средствами BIOS и операционной системой. Для этого нужно установить базовые адреса контроллеров 16С550 в значения из списка: 02E8h, 02F8h, 03E8h, 03F8h, таким образом, чтобы не было совпадений с адресными диапазонами COM-портов материнской платы.
Кроме того, адаптер позволяет настроить режим работы физического интерфейса для каждого из двух портов в отдельности либо по стандарту RS-422, либо по стандарту RS-485.
Для достижения высоких скоростей в адаптере PCL-743 установлен кварцевый генератор, формирующий частоту 14,7456МГц, которая в 8 раз выше стандартной частоты 1,8432МГц. Положением крайнего правого переключателя задаётся частота синхронизации контроллеров 16C550: либо стандартная, либо увеличенная в 8 раз. Работа на высокой частоте позволяет работать со скоростями до 921,6 кбод, для чего в программном обеспечении выбирается настройка скорости 115,2 кбод.
Джамперы в левой части платы адаптеры позволяют вручную настроить линии прерывания для каждого канала UART.
Рассмотренный адаптер является достаточно дорогим и устаревшим решением в виду отсутствия шины ISA в современных вычислительных системах.
Рис. 1. Интерфейсный адаптер PCL-743 фирмы Advantech
Предлагается рассмотреть реализацию адаптеров последовательных портов, работающих по стандарту RS-422 со скоростями до 1 Мбод, путём модификации недорогих контроллеров традиционных периферийных интерфейсов для системной шины PCI, широко представленных на рынке.
За основу для описанных в статье адаптеров взяты многопортовые контроллеры производителя Espada, основанные на микросхемах MCS9820, MCS9835, MCS9845 фирмы MosChip. Семейство микросхем MCS9805, MCS9815, MCS9820, MCS9835, MCS9845 разработано фирмой NetMOS 10-12 лет назад с высокой степенью унификации разводки выводов и внутренней логической организации. Эта унификация позволила разработать ряд контроллеров периферийных интерфейсов, использующих общий дизайн печатной платы.
Следующие контроллеры Espada построены на одной печатной плате, и отличаются исключительно конфигурацией установленных разъёмов и электронных компонентов:
• FG-PIO9820-1S-01-CT01 – один порт RS232, микросхема MCS9820;
• FG-PIO9835-2S-01-CT01 – два порта RS232, микросхема MCS9835;
• FG-PIO9835-2S1P-01-CT01– один порт LPT, два порта RS232, микросхема MCS9835;
• FG-PIO9805-1P-01-CT01– один порт LPT, микросхема MCS9805;
• FG-PIO9815-2P-01-CT01– два порта LPT, микросхема MCS9815.
Также унифицированную печатную плату используют контроллеры Espada, основанные на микросхеме MCS9845, имеющей внешнюю асинхронную шину, посредствам которой подключаются дополнительные контроллеры UART типов 16C550, 16C552, 16C554:
• FG-PIO9845-4S-01-CT01 – четыре порта RS232, микросхемы MCS9845 + 2шт. 16С550;
• FG-PIO9845-6S-01-CT01 – шесть портов RS232, микросхемы MCS9845 + 16С554.
Внешний вид контроллера максимальной конфигурации с шестью последовательными портами RS232 показан на рис. 2.
Рис. 2. Интерфейсный адаптер RS232 производства Espada
В оригинальной конфигурации все перечисленные адаптеры Espada имеют преобразователи уровня для работы с интерфейсом RS-232 и настроены на работу с максимальной скоростью 115,2 кбод. Тем не менее, в ранних версиях документации на микросхемы MCS98xx-CV указана максимальная скорость работы контроллеров последовательных портов равная 1Мбод [1, 2]. В более поздней документации максимальную скорость сократили до 115,2 кбод [3, 4], что, вероятнее всего, было сделано из коммерческих соображений в силу выхода на рынок более развитых интерфейсных микросхем MosChip MCS9865-IV, поддерживающих функцию инициатора (мастера) шины PCI.
Микросхемы MCS9820, MCS9835, MCS9845 имеют до двух интегрированных контроллеров UART класса 16C550, использующих отдельно настраиваемые через конфигурационные регистры PCI диапазоны адресов ввода-вывода ёмкостью восемь байт. Адаптеры, реализующие более двух последовательных портов, используют связку микросхем MCS9845 и 16C550 (16C552, 16C554), соединённых асинхронной 8-разрядной локальной шиной, на которую транслируются транзакции чтения и записи шины PCI по адресам ввода-вывода, принадлежащим диапазонам дополнительных контроллеров UART в составе микросхем 16C550 (16C552, 16C554). Диапазоны адресов ввода-вывода дополнительных контроллеров UART настраиваются также через регистры базовых адресов — BAR в конфигурационном пространстве PCI. Регистры конфигурационного пространства PCI реализованы согласно стандарту [5] в микросхемах MCS98xx и доступны для чтения и/или записи средствами системного контроллера в составе чипсета.
Для синхронизации контроллеров UART в составе микросхем MCS9820, MCS9835, MCS9845 предусмотрены два входа подачи несущей частоты:
• сигнал ACLK (вывод 59) задаёт несущую частоту для UART-A,
• сигнал BCLK (вывод 57) задаёт несущую частоту для UART-B.
Несущая частота контроллера UART класса 16C550 должна быть в 16 раз выше бодовой скорости. Таким образом, для скорости 115,2 кбод требуется несущая 1,8432 МГц, а для скорости 1 Мбод несущая частота должна быть равна 16 МГц.
На входы ACLK и BCLK согласно фирменной документации MosChip [1-4] предлагается подавать сигналы с тактового генератора, входящего в состав микросхем MCS98xx. Тем не менее, на эти входы можно подавать сигнал от внешнего источника синхронизации с уровнями КМОП или ТТЛ.
Встроенный тактовый генератор требует внешнего кварцевого кристалла, подключённого между входом XTAL1 (вывод 62) и выходом XTAL2 (вывод 61) и формирует три выходные частоты:
• сигнал 3XCLK (вывод 55) с частотой, полученной делением частоты кварцевого резонатора на 3,
• сигнал 6XCLK (вывод 56) с частотой, полученной делением частоты кварцевого резонатора на 6,
• сигнал 12XCLK (вывод 58) с частотой, полученной делением частоты кварцевого резонатора на 12.
В оригинальной конфигурации адаптеров интерфейса RS-232 на основе микросхем MCS9820, MCS9835, MCS9845 используется кварцевый резонатор с частотой 22,1184 МГц, а на входы ACLK и BCLK подаётся сигнал с выхода 12XCLK, частота которого, соответственно, составляет 1,8432 МГц.
На большинстве адаптеров, основанных на микросхемах MCS9820, MCS9835, MCS9845, имеются резисторные перемычки габарита 0603, позволяющие путём монтажа в различные позиции на плате подавать на входы ACLK и BCLK сигналы с выходов 3XCLK, 6XCLK и 12XCLK. Таким образом, заменив кварцевый резонатор на аналог с частотой 48 МГц, и перепаяв перемычки в положение, соответствующее коммутации входов ACLK и BCLK на выход 3XCLK, получится несущая частота интегрированных контроллеров UART равная 16 МГц. После такой доработки системная скорость последовательного порта 115,2 кбод (в настройках программного обеспечения) будет соответствовать реальной скорости 1 Мбод.
Результат такой доработки, выполненной на адаптерах Espada FG-PIO9820 или FG-PIO9835, показан на рис. 3.
Рис. 3. Доработка адаптера Espada для поддержки скорости 1 Мбод
Подавляющее большинство представленных на рынке интерфейсных адаптеров последовательных портов реализуют интерфейсы RS-232, выведенные на разъёмы DB-9M. Интерфейс RS-232 изначально был ориентирован на подключение телекоммуникационной аппаратуры, вследствие чего имеет ряд специальных сигналов, реализованных также в контроллерах UART класса 16С450 и 16С550.
Классическая схема соединения устройств по интерфейсу RS-232 включает терминальное оборудование DTE (Data Terminal Equipment) и связное оборудование передачи данных DCE (Data Communication Equipment), связанные между собой прямым кабелем. Под понятием «прямой кабель» подразумевается кабель с разъёмами типа розетка и вилка, в которых соединены контакты под одним номером (котакт-1 вилки соединён с контактом-1 розетки, котакт-2 вилки соединён с контактом-2 розетки, и т.д.)
Для терминального оборудования DTE традиционно используют разъём типа DB-9M (вилка), разводка которого показана рис. 4, а. В роли терминального оборудования выступает персональный компьютер, рабочая станция, сервер, коммутатор ЛВС, контроллер, либо иная аппаратура, содержащая микропроцессор, выступающий в роли генератора информационных посылок.
Для оборудования передачи данных DCE традиционно используют разъём типа DB-9F (розетка), разводка которого показана рис. 4, б. Оборудование передачи данных традиционно представлено модемами для различных каналов связи, формирующих специальные управляющие сигналы nRI – сигнал вызова от АТС и nDCD – признак обнаружения несущей частоты в канале связи. Также в роли DCE могут выступать любые иные устройства, выполняющие функции приёмника информационных посылок, или пассивного источника посылок, например исполнительные блоки и датчики.
а
б
Рис. 4. Разводка разъёмов RS-232:
a — вилки DB-9M для DTE, б – розетки DB-9F для DCE
Схема прямого соединения устройств DTE и DCE по интерфейсу RS-232 показана на рис. 5. Прямой интерфейсный кабель имеет розетку DB-9F для подключения к DTE (компьютеру) и вилку DB-9M для подключения к телекоммуникационному оборудованию DCE (модему). В кабеле выполнены 9 изолированных соединений в общем экране, соединённом с металлическими корпусами вилки и розетки на концах.
В соединениях, не использующих специальные сигналы детектора несущей nDCD и вызова nRI, деление устройств на типы DTE и DCE достаточно условное и определяется главным образом типом разъёма: вилка у DTE и розетка у DCE.
Рис. 5. Схема прямого соединения по интерфейсу RS-232
В современном оборудовании, исходя из соображений унификации, предпочитают использовать разъёмы типа DTE. Для соединения двух устройств DTE используют ноль-модемный кабель, также нередко называемый кросс-кабелем. Такой кабель коммутирует попарно передатчики и приёмники различных устройств в следующем порядке: TxD-RxD, nRTS-nCTS, nDTR-nDSR. В полной реализации кросс-кабеля RS-232 могут быть выполнены соединения nDTR-nDCD и nDTR-nRI.
В общем случае, для передачи данных достаточно коммутации TxD-RxD, ибо все остальные сигналы являются внеполосными (sideband) и могут участвовать в процессе обмена данными только на программном уровне (исключение составляет режим Auto-CTS в старших версиях UART класса 16С550, активируемый битом MCR[5]).
Схема соединения ноль-модемным кабелем двух устройств DTE по интерфейсу RS-232 показана на рис. 6.
Рис. 6. Схема соединения ноль-модемным кабелем по интерфейсу RS-232
В большинстве современных интерфейсных адаптеров RS-232 в качестве внешних разъёмов используются угловые вилки DRB-9MA, предназначенные для монтажа на печатную плату и фиксации в планке крепления к корпусу. В многопортовых адаптерах используются дополнительные планки с закреплёнными на них разъёмами DB-9M, к которым припаяны плоские шлейфы с шагом 1,27мм с запрессованными розетками IDC-10 на концах, рис. 7.
Рис. 7. Дополнительная планка с разъёмами DB-9M
Гнёзда IDC-10 имеют одно глухое отверстие на месте десятого контакта, выполняющее роль ключа. Ответная часть на печатной плате контроллера представляет собой штыревой соединитель PLD-10 с удалённым десятым контактом. Разъёмы для подключения двух дополнительных планок видны на задней стороне платы адаптера FG-PIO9845-6S-01-CT01, показанной на рис. 2.
Следует отметить, что разводка штыревых соединителей PLD-10 на большинстве адаптеров RS-232 унифицирована таким образом, что первый контакт гнезда IDC-10 на кабеле дополнительной планки соединяется с первым контактом внешнего разъёма DB-9M, второй контакт гнезда IDC-10 соединяется со вторым контактом разъёма DB-9M, и т.д. Таким образом, разводка штыревых соединителей по номерам контактов повторяет разводку внешних разъёмов DB-9M (рис. 8). Соответствующая распайка разъёма DB-9M показана на рис. 10 (первый контакт – красный провод шлейфа).
img src=«habrastorage.org/files/658/f59/b3c/658f59b3c3614cf68e2b2358a506fe0c.jpg»/>
Рис. 8. Разводка сигналов RS-232 на штыревом соединителе PLD-10
Рис. 9. Распайка разъёма DB-9M
Физический интерфейс RS-232 как на интерфейсных адаптерах, так и на материнских платах, традиционно реализует микросхема преобразователя уровней GD75232, или её полный аналог SN75185 [6, 7]. Эти микросхемы содержат 3 драйвера двухполярных сигналов RS-232 для цепей TxD, nDTR, nRTS и пять приёмников-преобразователей уровня RS-232 в сигнал ТТЛ. Каждая микросхема GD75232 / SN75185 использует три потенциала питания: VSS – минус 12В, VCC – 5В и VDD – 12В. Все напряжения измеряются относительно общего нуля – GND.
Существует традиционная схема подключения контроллера UART к порту RS-232 посредствам микросхемы GD75232 / SN75185; она представлена на рис. 10. Именно эта схема реализована в большинстве интерфейсных адаптеров RS-232, в том числе на платах Espada.
Рис. 10. Схема подключения контроллера UART к порту RS-232
Физический интерфейс RS-422 регламентирован стандартом TIA/EIA-422 определяющим уровни и форму сигналов дифференциальных сигналов, позволяющие передавать данные по витым парам проводов со скоростями до 10 Мбод (пропускная способность зависит от разрядности интерфейса и способа кодирования данных).
Примером использования сигналов RS-422 в параллельных интерфейсах является «высоковольтный» дифференциальный SCSI-интерфейс (HVD – High-Voltage Differential).
Последовательные асинхронные интерфейсы UART в промышленном оборудовании также часто используют физический интерфейс RS-422. В отличие от распространённого в промышленной и специальной технике дифференциального интерфейса RS-485 физический интерфейс RS-422 ориентирован на топологию соединений типа точка-точка.
Использование физического интерфейса RS-422 вместо RS-232 в последовательных портах позволяет увеличить скорость передачи данных на коротких соединениях, либо значительно увеличить дальность связи одного соединения.
Реализации интерфейса UART с физическим уровнем RS-422 в большинстве случаев используют четыре пары проводов: две пары для передачи данных в прямом и обратном направлении и две пары для вспомогательных сигналов RTS-CTS. Схема соединения двух устройств по последовательному интерфейсу RS-422, работающему по протоколу UART, приведена на рис. 11.
Рис. 11. Схема соединения по последовательному интерфейсу RS-422
Единой унифицированной разводки дифференциальных сигналов RS-422 в разъёмах DB-9 применительно к последовательным портам не существует. Предлагается рассмотреть разводку, реализованную фирмой Advantech в адаптере PCL-743 (рис. 1), показанную на рис. 12.
Рис. 12. Разводка разъёма DB-9M для интерфейса RS-422
Переоборудование адаптеров последовательных портов для реализации интерфейса RS-422 предлагается выполнить следующим способом:
1. демонтировать микросхемы преобразователей уровня RS-232,
2. соединить следующие сигналы контроллера UART со штыревыми соединителями PLD-10: TxD, RxD, nRTS, nCTS.
3. на входы nDCD и nDSR контроллера UART подать низкий уровень (GND), а на вход nRI – высокий уровень (+5В), либо выполнить соединение сигналов контроллера UART: nDTR-nDSR-nDCD-nRI,
4. на контакты 1 и 9 штыревого соединителя PLD-10 подать потенциал +5В для питания приёмо-передатчиков RS-422,
5. на штыревые соединители PLD-10 адаптера установить модуль приёмо-передатчиков RS-422, к которому подключаются гнёзда IDC-10 на шлейфах от разъёмов DB-9M, установленных на планке,
6. контакты 4 и 6 соединителя PLD-10 соединить с цепью GND.
Схематично принцип описанной модернизации адаптера отражает рис. 13.
Рис. 13. Переоборудование адаптера RS-232 для интерфейса RS-422
В результате описанных действий разводка сигналов в штыревых соединителях PLD-10 изменится согласно рис. 14.
Рис. 14. Разводка сигналов UART на штыревом соединителе PLD-10
Доработку предлагается выполнить на печатной плате адаптера монтажным проводом МГТФ или аналогичным, используя контактные площадки в объёме посадочного места микросхемы GD75232 / SN75185. Топология соединений для двух вариантов коммутации незадействованных сигналов nDTR, nDSR, nDCD, nRI контроллера UART показана на рис. 15. Расположение штыревых соединителей показано на примере адаптеров Espada FG-PIO9820 и FG-PIO9835.
а
б
Рис. 15. Топология связей после переоборудования адаптера
Учитывая унифицированную схему включения микросхем GD75232 / SN75185 (рис. 10), можно сделать вывод, что для выполнения доработки достаточно демонтировать эти микросхемы и выполнить монтаж перемычками из провода по аналогии с рис. 15. Вид печатной платы адаптера FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 после демонтажа микросхем GD75232 / SN75185 показан на рис. 16. Окончательный вид выполненных соединений по рис. 15, а и по рис.15, б на одной плате иллюстрирует рис. 17.
Рис. 16. Печатная плата адаптера FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 после демонтажа микросхем GD75232 / SN75185
Рис. 17. Печатная плата адаптера FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 с двумя вариантами доработки
Модуль приёмо-передатчиков RS-422 предлагается выполнить на отдельной плате с использованием микросхем передатчика AM26LS31C и приёмника AM26LS33AC [9, 10]. Принципиальная электрическая схема модуля приёмо-передатчиков RS-422 приведена на рис. 18. Модуль имеет четыре посадочных места под штыревые разъёмы PLD-10, два из которых предназначены для распайки на разъёмы адаптера, а два других – для установки разъёмов PLD-10R для подключения шлейфов от планки.
Рис. 18. Принципиальная схема модуля приёмо-передатчиков RS-422
Топология печатной платы, реализующей модуль приёмо-передатчиков RS-422 согласно электрической схеме, представленной на рис. 18, изображена на рис. 19. Печатная плата выполнена без внутренних слоёв и предназначена для установки микросхем AM26LS в корпусе SOIC-16, а также чип-компонентов, габариты которых указаны на электрической схеме. Электролитический алюминиевый конденсатор имеет диаметр 5 или 6 мм и высоту не более 8 мм. Светодиод может быть в исполнении 1206 или монтироваться в отверстия проволочными выводами.
Разъёмы, расположенные в левой части схемы, не устанавливаются на плату. В их отверстия распаиваются свободные концы штыревых разъёмов PLD-10, установленных на плате адаптера.
Резисторы номинала 120 Ом габарита 1206 выполняют функцию согласования волнового сопротивления, необходимую в кабельных соединениях большой длины. Резисторы номиналом 10 кОм установлены для обеспечения смещения уровня напряжения в сторону пассивного состояния при отсутствии источника сигнала в линии.
Последовательные резисторы номиналом 100 Ом предназначены для ограничения тока при сопряжении с контроллерами UART, не допускающими входные уровни сигнала с напряжением 5 вольт.
Последовательные резисторы с номиналом 22 Ома устанавливаются для защиты передатчиков от перегрузок по току. Если такая защита не нужна, вместо данных резисторов следует устанавливать перемычки габарита 0603.
Топология платы ориентирована на применение с адаптерами Espada.
Рис. 19. Топология печатной платы модуля приёмо-передатчиков RS-422
Модуль приёмо-передатчика RS-422 можно собрать, используя макетную плату с шагом отверстий 2,5 мм или 2,54 мм, установив микросхемы AM26LS31 и AM26LS33 в корпусе DIP-16. Этот вариант исполнения позволит избежать затрат на изготовление заказной печатной платы, наподобие показанной на рис. 19, но увеличит сложность и объём монтажных работ. Соединения на макетной плате придётся выполнять монтажным проводом.
Внешний вид собранных модулей приёмо-передатчиков интерфейса RS-422 показан на рис.20 (одноканальный вариант) и рис. 21 (двухканальное исполнение).
Одноканальный модуль не имеет токоограничительных резисторов номиналом 22 Ом, согласующих резисторов 120 Ом габарита 1206 и одного разъёма. Перечисленные компоненты используются во втором канале UART. Одноканальный вариант исполнения предназначен для доработки адаптеров с одним последовательным портом, построенных на микросхеме MCS9820. Изображение адаптера Espada FG-PIO9820-1S-01-CT01 с выполненной доработкой приведено на рис. 22.
Рис. 20. Одноканальный модуль приёмо-передатчиков RS-422
Рис. 21. Двухканальный модуль приёмо-передатчиков RS-422
Модули устанавливаются на адаптеры таким образом, что микросхемы AM26LS31 и AM26LS33 располагаются сверху. Это упрощает их замену в случае выхода из строя.
Рис. 22. Одноканальный адаптер последовательного интерфейса RS422
Двухканальный модуль приёмо-передатчика RS-422 предназначен для установки на адаптеры с двумя последовательными портами, построенными на микросхеме MCS9835. Расстояние между разъёмами на модуле соответствует печатной плате адаптеров Espada FG-PIO9835-2S-01-CT01 и FG-PIO9835-2S1P-01-CT01. Изображение адаптера Espada FG-PIO9835-2S1P -01-CT01 с выполненной доработкой приведено на рис. 23.
Рис. 23. Двухканальный адаптер последовательного интерфейса RS422
Доработанные адаптеры Espada были протестированы диагностическим программным обеспечением для работы с последовательными портами в ОС Microsoft Windows в составе рабочей станции (рис. 24). Тестирование выполнялось с использованием сетевого четырёхпарного кабеля UTP для межмашинного прямого соединения (ноль-модем), а также на заглушке, замыкающей тракт данных TxD на RxD и тракт управления RTS на CTS. В кабеле UTP каждая витая пара используется для передачи одного из дифференциальных сигналов. Две пары реализуют перекрёстное соединение TxD-RxD и RxD-TxD, а две оставшиеся пары – перекрёстное соединение RTS-CTS и CTS-RTS. В случае соединения по последовательному интерфейсу RS-422 устройств с некачественным заземлением корпусов, либо с изолированными корпусами, необходимо реализовать в кабеле дополнительную цепь, соединяющую корпуса. Это необходимо для выравнивания потенциалов между устройствами. В противном случае разность потенциалов может вывести из строя приёмо-передатчики интерфейса. Микросхема AM26LS33AC допускает отклонение входного напряжения от нуля не более чем на 15 вольт.
Рис. 24. Тестирование двухпортового адаптера RS-422
Тестовая заглушка представляет собой розетку DB-9F, заключённую в пластиковый разборный корпус для разъёмов D-Sub (рис. 25). Внутри корпуса выполнены следующие соединения: 1-4, 2-3, 6-9, 7-8.
Тестирование прошло без сбоев на системной скорости 115,2 кбод, соответствующей реальной скорости 1 Мбод (вследствие замены кварцевого резонатора и изменения делителя частоты).
Рис. 25. Тестовая заглушка
Одним из недостатков микросхем фирмы MosChip является ограничение частоты шины PCI 33МГц. Для работы на сегментах шины с тактовой частотой 66МГц (66,667МГц, период 15нс) можно использовать контроллеры других производителей. В качестве доступного решения с таким контроллером можно рекомендовать адаптер Espada FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01. Данный адаптер построен на микросхеме SB16C1052PCI фирмы SystemBase [8].
Контроллер SystemBase SB16C1052PCI поддерживает интерфейс исполнителя (Target) 32-разрядной шины PCI с частотой до 66МГц и реализует один или два последовательных порта с буферами FIFO большой ёмкости: 256 байт против 16 байт в традиционном контроллере класса 16C550.
Ради эксперимента для поддержки интерфейса RS-422 был доработан одноканальный адаптер FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01. При этом штатный порт RS-232 не подвергся изменениям. Путём перепайки резисторной перемычки RJ6 в положение 2-3 был активирован второй интерфейс UART контроллера SB16C1052PCI, выходящий на посадочное место микросхемы U3. Установка нулевого резистора R19 подключает 9 контакт второго порта (цепь nRI) к 9 контактной площадке посадочного места U3 (рис. 26). Разводка преобразователя уровня RS-232 и штыревого соединителя J2 аналогична схеме на рис. 10. Таким образом, путём выполнения доработки, показанной на рис. 15 и установки штыревого соединителя в посадочное место J2, получен интерфейс UART с разводкой на штыревой разъём, показанной на рис. 14.
Вид доработанного адаптера FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01 с установленным одноканальным модулем приёмо-передатчика RS-422 показан на рис. 27. Внешний разъём второго порта выполняется в виде вилки DB-9M с плоским шлейфом, на конце которого запрессовывается гнездо IDC-10 (рис. 9). Вилка DB-9M может быть установлена на планку или непосредственно в стенку корпуса при наличии соответствующей прорези.
В результате получился комбинированный двухпортовый адаптер RS-232 и RS-422. При этом оба последовательных порта работают на стандартном наборе скоростей.
Рис. 26. Топология преобразователей уровня RS-232 адаптера FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01
Рис. 27. Доработанный адаптер FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01
Выводы
• Интерфейс RS-422 позволяет строить интерфейсы последовательных портов, работающие со скоростями до 1 Мбод, а также даёт возможность значительно увеличить длину кабеля по сравнению с интерфейсом RS-232.
• Микросхемы серии MSC98xx фирмы MosChip допускают работу последовательных портов на скорости 1 Мбод, для чего требуется несложная доработка адаптера.
• Физический интерфейс RS-422 возможно реализовать на двух микросхемах и небольшом количестве пассивных компонентов, что является весьма недорогим техническим решением. Модуль приёмо-передатчика RS-422 может быть построен на небольшой печатной плате размерами 3х4 см.
• Для построения кабельной инфраструктуры RS-422 подходит стандартный сетевой кабель UTP или FTP с волновым сопротивлением 100 Ом.
Цитированная литература
1. MCS9820 PCI Single UART. Datasheet Rev. 2.0. MosChip Semiconductor, 22 May 2006.
2. MCS9835 PCI Dual UART with Printer Port. Datasheet Rev. 2.0. MosChip Semiconductor, 22 May 2006.
3. MCS9820 PCI Single UART. Datasheet Rev. 2.4. MosChip Semiconductor, 29 July 2007.
4. MCS9835 PCI Dual UART with Printer Port. Datasheet Rev. 2.4. MosChip Semiconductor, 31 July 2007.
5. PCI Local Bus Specification. Revision 3.0. – PCI Special Interest Group, 2002. – 344с.
6. GD65232, GD75232 Multiple RS-232 drivers and receivers. Texas Instruments SLLS206J. MAY 1995, REVISED NOVEMBER 2004.
7. SN75185 Multiple RS-232 drivers and receivers. Texas Instruments SLLS181D. DECEMBER 1994, REVISED JANUARY 2006.
8. SB16C1052PCI PCI Target Interface Controller with Dual UART. Datasheet Revision 1.00. SystemBase Co., Ltd. July 2009.
9. AM26LS31C, AM26LS31M Quadruple differential line driver. Texas Instruments SLLS114I. JANUARY 1979, REVISED FEBRUARY 2006.
10. AM26LS32AC, AM26LS32AI, AM26LS32AM, AM26LS33AC, AM26LS33AM Quadruple differential line receivers. Texas Instruments SLLS115D. OCTOBER 1980, REVISED MARCH 2002.
habr.com
Физические интерфейсы RS485 и RS422 : Техническая поддержка
В современном мире, очень большое количество промышленного оборудования работает через физические интерфейсы, для связи.
Физический уровень – это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).
Рассмотрим несколько популярных интерфейсов: RS-485 и RS422
1. Интерфейс RS-485
RS-485 (Recommended Standard 485), также EIA-485 (Electronic Industries Alliance-485) – один из наиболее распространенных стандартов физического уровня для асинхронного интерфейса связи.
Название стандарта: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems.
Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.
Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями:
– Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronic Industries Association)
– Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association)
Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом “RS“
Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил “RS” на “EIA/TIA” с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.
Стандарт определяет следующие линии для передачи сигнала:
A – неинвертирующая
B – инвертирующая
C – необязательная общая линия (ноль)
Несмотря на недвусмысленное определение, иногда возникает путаница, по поводу того какие обозначения (“A” или “B”) следует использовать для инвертирующей и неинвертирующей линии. Для того, чтобы избежать этой путаницы часто используются альтернативные обозначения, например: “+” / “-“
Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары – двух скрученных проводов.
В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) – его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе “1”, то на другом “0” и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при “1” она положительна, при “0” – отрицательна.
Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал.
RS-485 – полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.
Несмотря на то, что интерфейс RS-485 двухпроводной, существует его четырех проводная реализация.
При этом интерфейс не становится полнодуплексным, он также является полудуплексным.
Четырехпроводная версия выделяет задающий узел (master), передатчик которого работает на приемники всех остальных.
Передатчик задающего узла всегда активен — переход в третье состояние ему не нужен.
Передатчики остальных ведомых (slave) узлов должны иметь тристабильные выходы, они объединяются на общей шине с приемником ведущего узла. В двухпроводной версии все узлы равноправны.
Сеть построенная на базе RS-485 поддерживает по стандарту до 32 устройств “единичной нагрузки”
На рынке широко представлены устройства с другими значениями “нагрузки” – 1/2(т.е. уже 64 устройства), 1/4 (128 устройств) от единичной нагрузки.
При построении таких линий, возникает достаточно много сложностей, поэтому необходимо обладать должными знаниями для их проектирования.
2. Интерфейс RS-422
Последовательный дифференциальный интерфейс RS-422 (Recommended Standard 422) по своим особенностям очень походит на другой интерфейс передачи данных в сети – RS-485.
Они могут электрически совмещаться между собой, но всё же есть ряд существенных отличий.
RS-422 является полностью дуплексным интерфейсом (full duplex), поэтому передача данных может одновременно осуществлять в обоих направлениях. Например, подтверждение приёма пакетов данных происходит одновременно с приёмом последующих пакетов.
Дуплексность обеспечивается за счёт того, что используется одновременно два приёмопередатчика, один из которых работает на приём, другой – на передачу.
В то время как RS-485 применяется для организации сети со множеством абонентов, RS-422 используется обычно для налаживания передачи данных между двумя устройствами на длинных дистанциях.
Это обуславливается тем, что RS-422 поддерживает создание только одномастерных сетей, в которых в качестве передатчика может выступать только одно устройство, а остальные способны лишь принимать сигнал.
Максимальная дальность действия интерфейса RS-422 точно такая же, как и у RS-485, и составляет 1200 метров.
Интерфейс RS-422 используется гораздо реже, чем RS-485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии.
Каждый передатчик RS-422 может быть нагружен на 10 приемников.
2.1. Подключение интерфейса счетчика Альфа A1800 с полнодуплексным интерфейсом к модему RX.
Данные счетчики подключаются к модему RX по 4-х проводному интерфейсу RS422. Но не смотря на то, что в документации на этот счетчик, интерфейс называется 4-х проводной RS485, на самом деле это RS422.
Полнодуплексным типом интерфейса комплектовались счетчики до 2008 года. На данный момент практически все данные счетчики полудуплексные, но для точности лучше уточнить у поставщика или производителя.
3. Особенности
Несмотря на схожесть интерфейсов RS-485 и RS-422 они не совместимы друг с другом.
Нельзя к прибору с одним типом интерфейса подключать устройства или приборы с другим типом интерфейса.
Дополнительные данные:
Модемы RX с интерфейсом RS-485
Модемы RX с интерфейсом RS-422
GSM модемы TELEOFIS серии RX. Руководство по эксплуатации
Ссылки по теме:
Интерфейс RS-485
Интерфейс RS-422
teleofis.freshdesk.com
В чем отличия интерфейсов RS-232, RS-422 и RS-485?
Оглавление:
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
Одно сообщение, передаваемое по RS-232/422/485, состоит из стартового бита, нескольких бит данных, бита чётности и стопового бита.
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.
Бит четности (parity bit) – бит предназначенный для проверки четности. Служит для обнаружения ошибок. Может принимать следующие значения:
- Четность (EVEN), принимает такое значение, чтобы количество единиц в сообщении было четным
- Нечетность (ODD), принимает такое значение, чтобы количество единиц в сообщении было нечетным
- Всегда 1 (MARK), бит четности всегда будет равен 1
- Всегда 0 (SPACE), бит четности всегда будет равен 0
- Не используется (NONE)
Стоповый бит (stop bit) – бит означающий завершение передачи сообщения, может принимать значения 1, 1.5 (Data bit =5), 2.
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.
Как проверить работу RS-232?
При использовании 3 контактов достаточно замкнуть RXD и TXD между собой. Тогда все переданные данные будут приняты обратно. Если у вас полный RS-232, тогда вам нужно распаять специальную заглушку. В ней должны быть соединены между собой следующие контакты:
| DB9 | DB25 | Соединить |
|---|---|---|
| 1 + 4 + 6 | 6 + 8 + 20 | DTR -> CD + DSR |
| 2 + 3 | 2 + 3 | Tx -> Rx |
| 7 + 8 | 4 + 5 | RTS -> CTS |
Описание интерфейса RS-422
Интерфейс RS-422 похож на RS-232, т.к. позволяет одновременно отправлять и принимать сообщения по отдельным линиям (полный дуплекс), но использует для этого дифференциальный сигнал, т.е. разницу потенциалов между проводниками А и В.
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.
Как проверить работу RS-422?
Для проверки устройств с RS-422 лучше воспользоваться конвертером из RS-422 в RS-232 или USB (I-7561U). Тогда вы сможете воспользоваться ПО для работы с СОМ портом.
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.
Существует два типа RS-485:
- 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.
Как проверить работу RS-485?
Если у вас есть устройство с RS-485 и вы хотите его проверить, то самое простое это подключить его к компьютеру через преобразователь, например UPort 1150, и воспользоваться специальным ПО, о котором рассказывается далее.
Программы для работы с интерфейсами RS-232/422/485
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.
Производитель ICP DAS предлагает воспользоваться утилитой DCON Utility Pro с поддержкой протоколов Modbus RTU, ASCII и DCON. Скачать
Настройка модулей ICP DAS программой DCON Utility PRO
Устройства для конвертирования или преобразования RS-232/422/485
В таблице вы можете выбрать устройства для работы с интерфейсами RS-232/422/485.
Наверх к оглавлению
За более подробной информацией обращайтесь к специалистам IPC2U по телефону: +7 (495) 232 0207 или по e-mail: [email protected]
ipc2u.ru
характеристики, дальность, подключение, применение, видео
Последовательный дифференциальный интерфейс RS-422 (Recommended Standard 422) по своим особенностям очень походит на другой интерфейс передачи данных в сети — RS-485. Они могут электрически совмещаться между собой, но всё же есть ряд существенных отличий. Во-первых, RS-422 является полностью дуплексным интерфейсом (full duplex), поэтому передача данных может одновременно осуществлять в обоих направлениях. Например, подтверждение приёма пакетов данных происходит одновременно с приёмом последующих пакетов.
Максимальная дальность действия интерфейса RS-422 точно такая же, как и у RS-485, и составляет 1200 метров.
Дуплексность обеспечивается за счёт того, что используется одновременно два приёмопередатчика, один из которых работает на приём, другой — на передачу. В то время как RS-485 применяется для организации сети со множеством абонентов, RS-422 используется обычно для налаживания передачи данных между двумя устройствами на длинных дистанциях. Это обуславливается тем, что RS-422 поддерживает создание только одномастерных сетей, в которых в качестве передатчика может выступать только одно устройство, а остальные способны лишь принимать сигнал. В отличие от устаревшего также полнодуплексного RS-232, RS-422 характеризуется большими возможностями по дальности линии 1200 метров против 15 метров и значительно большей скоростью передачи данных.
К каждому передатчику RS-422 возможно подключение до 10 приёмников.
Максимальная скорость передачи данных достигает 10 Мбит/секунду. На самой большой удалённости от передатчика скорость может составлять 10 кб/с. В качестве провода используется витая пара. Для организации передачи данных на дистанции свыше 500 метров рекомендуется использовать экранированную витую пару, чтобы избежать влияния сторонних электромагнитных полей. Передача данных осуществляется посредством измерения дифференциального напряжения между двумя проводами витой пары. Оба провода симметричны по напряжению относительно земли.
Рабочие напряжения: от -10 В до +10 В. Как правило используются номинальные значения +6…+8 В.
RS-422 линии создают емкостную нагрузки на линию передачи данных, поэтому при проектировании это нужно учитывать и рекомендуется компенсировать данный эффект.
В качестве коннектора подключения чаще всего применяют DC-37 и DB-25
Для устранения наводимых помех в концах линии устанавливаются специальные резисторы, называемые терминаторами. Чувствительность приёмников обычно устанавливается не менее 200 мВ. RS-422 — это довольно устойчивый тип связи против помех, поскольку используется дифференциальный метод передачи данных.
pue8.ru
RS-422 (EIA-422) serial interface распиновка и описание @ pinouts.ru
RS422 was designed for greater distances and higher Baud rates than RS232. In its simplest form, a pair of converters from RS232 to RS422 (and back again) can be used to form an “RS232 extension cord.” Data rates of up to 100K bits / second and distances up to 4000 Ft. can be accommodated with RS422. RS422 is also specified for multi-drop (party-line) applications where only one driver is connected to, and transmits on, a “bus” of up to 10 receivers.
Both RS-422 and RS-485 use a twisted-pair wire (i.e. 2 wires) for each signal. They both use the same differential drive with identical voltage swings: 0 to +5V, but RS-422 is a multidrop standard, allowing for one driver and up to 10 receptors, and rs485 is a multipoint standard, allowing for up to 32 devices (drivers, receivers or transceptors)
Since the basic receivers of RS-423-A and RS422-A are electrically identical, it is possible to interconnect an equipment using RS423-A receivers and generators on one side of the interface with an equipment using RS422-A generators and receivers on the other side of the interface, if the leads of the receivers and generators are properly configured to accommodate such an arrangement and the cable is not terminated.
RS422 is a balanced serial interface for the transmission of digital data. The advantage of a balanced signal is the greater immunity to noise. The EIA describes RS422 as a DTE to DCE interface for point-to-point connections.
Technical Description
The data is coded as a differential voltage between the wires. The wires are named A (negative) and B (positive). When B >A then the output is a mark (1 or off) and when A >B then it is counted as a space (0 or on).
In general a mark is +1 Vdc for the A line and +4 Vdc for the B line.
A space is +1 Vdc for the B line and +4Vdc for the A line.
At the transmitter end the voltage difference should not be less than 1.5 Vdc and not exceed 5 Vdc.
At the receiver end the voltage difference should not be less than 0.2 Vdc. The minimum voltage level is -7 Vdc and maximum +12 Vdc.
| Max. Distance @ Rate | 1200 meter/ 4000 feet @ max. 100 kbps |
|---|---|
| Max. Rate @ Distance | 10 Mbps @ 12 meter/ 50 ft |
| Driver Output Resistance | 100 ohm |
| Receiver Input Resistance | 4 kohm min. |
| Max. Output Current | 150 mA |
The interface is normally terminated on a 4 wire screw block or on a Sub-D37 (RS449), but other interfaces are not uncommon.
RS449 gets it”s blazing speed from the fact that, unlike RS232 which uses signals with reference to ground, it”s receivers look for the difference between two wires. Now the secret, by twisting these two wires any stray noise picked up on one wire will be picked up on the other, because both wires pick up the same noise the differential just shifts in voltage level with reference to ground, but does not change with respect to each other. Remember the receivers are only looking at the difference in voltage level of each wire to the other not to ground. This is what makes all the new wire interfaces work, V.35, RS530, 10baseT, etc.
The biggest problem faced is how the cables are made
The differential signals for RS449 are labeled as either “A and B” or “+ and -“. In the case of RS449 wire A or + does not connect to B or -. Wire A always connects to A and B connects to B or + to + and – to -. If you do cross the wires you just inverted the data or clock in your interface. I have never seen any piece of equipment damaged from this, but they don”t work this way either.
Some specs:
| SPECIFICATIONS | RS423 | RS422 | |
|---|---|---|---|
| Mode of Operation | SINGLE – ENDED | DIFFERENTIAL | |
| Total Number of Drivers and Receivers on One Line | 1 DRIVER 10 RECVR |
1 DRIVER 10 RECVR |
|
| Maximum Cable Length | 4000 FT. | 4000 FT. | |
| Maximum Data Rate | 100kb/s | 10Mb/s | |
| Maximum Driver Output Voltage | +/-6V | -0.25V to +6V | |
| Driver Output Signal Level (Loaded Min.) | Loaded | +/-3.6V | +/-2.0V |
| Driver Output Signal Level (Unloaded Max) | Unloaded | +/-6V | +/-6V |
| Driver Load Impedance (Ohms) | >450 | 100 | |
| Max. Driver Current in High Z State | Power On | N/A | N/A |
| Max. Driver Current in High Z State | Power Off | +/-100uA | +/-100uA |
| Slew Rate (Max.) | Adjustable | N/A | |
| Receiver Input Voltage Range | +/-12V | -10V to +10V | |
| Receiver Input Sensitivity | +/-200mV | +/-200mV | |
| Receiver Input Resistance (Ohms) | 4k min. | 4k min. | |
pinouts.ru
Удобная, надежная передача данных с RS-422 и RS-485
Добавлено 20 сентября 2018 в 11:14
Сохранить или поделиться
В данной статье представлено введение в интерфейсы RS-422 и RS-485 и объясняется, почему вы можете захотеть использовать их в своих проектах.
Связанная информация
Большинство из нас знакомы с RS-232 – надежным, но неудобным стандартом, который навсегда связан с нашими воспоминаниями обо всё более устаревающем последовательном порте на компьютере. Вы можете быть менее знакомы с RS-422 и RS-485, которые действительно (как следует из названия) связаны с RS-232.
Однако не делайте ошибку, полагая, что эти более новые стандарты разделяют с ним характеристики, которые делают RS-232 настолько несовместимым с современными электронными системами. RS-422 и RS-485 являются основными улучшениями в теме RS-232; и тот, и другой может быть хорошим выбором для вашего следующего канала цифровой связи.
Во-первых, RS-422 или RS-485
Эти два стандарта обычно группируются вместе потому, что у них очень много общего. Но они, конечно, не идентичны, а устройства RS-422 и RS-485 не являются полностью взаимозаменяемыми. Во-первых, я расскажу о значительных различиях между этими двумя стандартами. Затем, в остальной части статьи, мы сможем сделать упрощение, ссылаясь к ним как «RS-422/485».
Оба стандарта (и RS-422, и RS-485) позволяют использовать несколько устройств на шине (т.е. вы не ограничены одним передатчиком и одним приемником). Однако RS-422 может использоваться только для многоабонентской шины, т.е. дифференциальная пара может иметь несколько приемников, но только один передатчик.
С RS-422 и одной дифференциальной парой вы получаете одностороннюю передачу (от ведущего к ведомым). Если ведомый должен иметь возможность отвечать мастеру, вам понадобится другая дифференциальная пара (и эта пара также будет иметь только один активный передатчик).Максимальное количество приемников на двухпроводной шине RS-422 равно 10 (ну, вроде… смотрите ниже обсуждение «единичных нагрузок»).
С другой стороны, с RS-485 вы можете иметь реальную многоточечную систему, где «точка» вместо «абонента» означает, что одна дифференциальная пара может поддерживать несколько передатчиков, а также несколько приемников.
Эта шина RS-485 обеспечивает двунаправленную связь, но она полудуплексная. Если вы хотите получить полный дуплекс, вам понадобится вторая дифференциальная пара.RS-485 также увеличивает емкость шины до 32 устройств.
(На самом деле, это не так просто – стандарт указывает максимум 32 «единичные нагрузки», но вы можете подключить гораздо больше 32 устройств, используя микросхемы RS-485, которые представляют собой на шине лишь малую долю единичной нагрузки. Это немного сложно, и честно говоря, это тот момент, когда я начинаю терять интерес… Но если вы более упорны, чем я, то можете прочитать подробности здесь.)
Полностью укомплектованная шина RS-485 представляет собой высокопроизводительный интерфейс. В дополнение к преимуществам, рассмотренным далее в этой статье, вы можете иметь множество приемопередатчиков, которые используют одни и те же два провода, а любое устройство на шине может отправлять данные на любое другое устройство на шине.
Другим важным моментом является то, что RS-485 является важным расширением RS-422. Другими словами, RS-485 добавляет и улучшает функциональность, но не конфликтует ни с чем в стандарте RS-422. Таким образом, устройство RS-485 может использоваться в сети RS-422, но устройства RS-422 не обязательно совместимы с существующей сетью RS-485.
Основы
RS-422/485 представляет собой четырех- или двухпроводный, полнодуплексный или полудуплексный, дифференциальный, среднескоростной последовательный интерфейс, который поддерживает многоабонентскую (RS-422) или многоточечную (RS-485) архитектуру шины. Вот некоторые комментарии к этим характеристикам:
- Вы не можете передавать и получать одновременно по одной и той же дифференциальной паре, поэтому двухпроводная версия ограничена полудуплексом. Полнодуплексная работа возможна, когда шина включает в себя две дифференциальные пары.
- Хотя базовый приемопередатчик RS-422/485 не ограничивает вас конкретным форматом последовательных данных, очевидным выбором здесь является UART (универсальный асинхронный приемник/передатчик), потому что в основном мы работаем с одной дифференциальной парой между передатчиком и приемником – у нас нет дополнительных линий для сигнала выбора ведомого (как в SPI) или для тактового сигнала (как в I2C).
- Информация передается через симметричные дифференциальные сигналы. Таким образом, RS-422/485 обеспечивает все преимущества, связанные с повышенной помехоустойчивостью, уменьшенной генерацией ЭМП (электромагнитных помех), более низким энергопотреблением, более высокой скоростью. Здесь вы можете подробнее о дифференциальной передаче сигналов.
Выходной дифференциальный сигнал, генерируемый передатчиком RS-422/485 от Maxim Integrated. - Возможно, «средняя скорость» – это слишком щедрое заявление в эту эпоху USB соединений 5 гигабит/секунду. Но на самом деле, вы не можете указать одну максимальную скорость передачи данных для RS-422/485, потому что на ограничение скорости, при котором связь становится ненадежной, влияют параметры системы.
- Основной фактор здесь – это длина кабеля; в этом примечании к применению от Texas Instruments говорится, что скорость передачи данных, умноженная на длину кабеля в метрах, должна быть не более 108. Таким образом, согласно этому правилу, шина с очень коротким кабелем может обрабатывать скорость 100 Мбит/с; но это примечание к применению от Maxim указывает, что обоснованный верхний предел составляет примерно 50 Мбит/с. Но опять же, Intersil и Linear Technology продают приемопередатчики RS-422/485, рекламируемые со скоростью 100 Мбит/с, поэтому справедливо предположить, что эта скорость передачи данных возможна, если у вас есть и правильные микросхемы, и благоприятные условия шины.
Выходной дифференциальный сигнал, генерируемый передатчиком RS-422/485 от Maxim Integrated.Мне это нравится
Характеристики RS-422/485 – большие длины кабелей, устойчивость к шуму и т.д. – делают его отличным выбором для промышленного применения. Однако часть моей задачи в данной статье – продемонстрировать, что RS-422/485 является хорошим выбором для многих электронных и электромеханических систем, даже если вам не нужны все функциональные возможности, которые он предлагает. Мой благосклонный взгляд на RS-422/485 основан, прежде всего, на трех соображениях: простота проектирования, отличная поддержка в технических описаниях микросхем и в примечаниях к применению, устойчивость к шуму.
Будь проще
Несмотря на многолетний опыт работы с различными протоколами последовательной связи, UART по-прежнему остается моим любимым. Он прост и надежен, он требует минимальных взаимосвязей, и я не удивлюсь, если обнаружу, что он поддерживается каждым микроконтроллером на рынке. Он может быть немного примитивен, но вы всегда можете написать прошивку для реализации любого управления потоком данным, идентификации устройства или проверки ошибок в вашем конкретном приложении.
В любом случае, я хочу сказать, что мне нравится использовать UART каждый раз, когда я могу, и RS-422/485 – отличный физический уровень для связи UART.
Поддержка со стороны экспертов
RS-422/485 включить в ваш проект просто: практически всё, что вам нужно, это микросхема конвертера/приемопередатчика, а их выбор велик. Эти устройства преобразуют типовые логические сигналы в дифференциальные сигналы RS-422/485, а также обрабатывают остальные докучливые детали, необходимые для обеспечения соответствия стандарту RS-422/485. И если вы не уверены в том, как точно спроектировать вашу конкретную шину связи, вы найдете множество рекомендаций в примечаниях к применению и в технических описаниях.
Шум
Проблемы с шумом не ограничиваются промышленными установками и авиационным оборудованием. Источники шума повсюду, и всегда полезно добавлять в ваши проекты устойчивости, особенно если у вас есть что-то вроде бесколлекторного двигателя постоянного тока прямо рядом с вашей платой. RS-422/485, в сочетании с некоторыми экранированными кабелями с витой парой, является эффективным, но относительно безболезненным способом проектирования помехоустойчивости в любой электронной системе.
Заключение
Я надеюсь, эта статья дала вам четкое представление о том, что такое RS-422/485, и почему он может быть хорошим интерфейсом связи для вашей следующей системы. В следующей статье я расскажу об электрических характеристиках и подробностях RS-422/485.
Оригинал статьи:
Теги
RS-422RS-485Дифференциальная параДифференциальная передача сигналовСохранить или поделиться
radioprog.ru
Интерфейс RS-422 на разъеме DB9 (четырехпроводный интерфейс) — ITcom сервисный центр Харьков
В условиях повышенных помех, либо при большой длине кабеля надежность интерфейса RS-232 может оказаться недостаточной для хорошего качества коммуникаций. В этих случаях используется симметричный дифференциальный полнодуплексный интерфейс RS-422.
| Вилка DB-9 | Розетка DB-9 |
Названия и функциональные назначения выводов RS-422 на разъеме DB9
| № вывода | Обозначение сигнала | Описание сигнала |
| 1 | Tx- (Z) | Инверсный дифференциальный выход |
| 2 | Tx+ (Y) | Прямой дифференциальный выход |
| 3 | Rx+ (A) | Прямой дифференциальный вход |
| 4 | Rx- (B) | Инверсный дифференциальный вход |
| 5 | GND | Ground (Земля) |
itcom.in.ua
