Відкритий лекційний курс "Промислові мережі та інтеграційні технології"2.1. Стандартні асинхронні послідовні інтерфейси https://www.youtube.com/watch?v=QbC0KNzl784

1. Промислові мережі та інтеграційні
технології
Стандартні асинхронні
послідовні інтерфейси
реєстрація fieldbus_book@ukr.net
автор і лектор: Олександр Пупена (pupena_san@ukr.net)
зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 1

2. RS-232. Призначення
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 2
RS-232
нуль модем
DTE DTE
в
RS-232
DTE DTEDCE DCE
RS-232лініѐа
RS-232
ПК1
Модем1
RS-232
ПК2
C
O
M
C
O
M
Модем2телефонна
лініѐ
б
З’юднаннѐ за допомогоя RS-232: а – схема з’юднаннѐ DTE з використаннѐм
DCE; б – приклад з’юднаннѐ двох ПК (ѐк DTE) через модем (ѐк DCE); в – схема
з’юднаннѐ двох DTE без DCE (нуль-модемний зв’ѐзок)

3. RS-232. Мінімальний нуль-модемний зв'язок
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 3
G R
R G
TD RD
TDRD
SG
TXD RXD
TXDRXD
SGUART
1010110110101101
Processor
1010110110101101
UART
Processor
10101101 101011011010110110101101
RS-232 RS-232
- мінімум 3 проводи;
- дуплексний зв'язок;
- максимум 2 пристрої;
- до 15 м ( більше не гарантовано, залежить від кабелю);
- на ПК гальванічно не ізольований (при підключенні один з пристроїв повинен бути
відключений );
- бітова швидкість до 115200 біт/с;

4. RS-232. Асиметрична (unbalanced) передача
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 4
G R
R G
TD RD
TDRD
SG
TXD RXD
TXDRXD
SG
UART
1010110110101101
Processor
1010110110101101
UART
Processor
10101101 101011011010110110101101
RS-232 RS-232
- дуже чутливий до завад (не промисловий)

5. Асиметрична (unbalanced) передача
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 5
"Поскольку напрѐжение батарейки не
изменѐетсѐ, то при возрастании напрѐжениѐ
zAi1 или zBi1 напрѐжение на лампочке должно
понизитьсѐ. То-есть лябое изменение падений
напрѐжений на этих импедансах или балке
влиѐет на напрѐжение, поступаящее на
лампочку. В этом суть главного недостатка
однопроводной (нессиметричной) схемы
передачи сигналов: опорные напрѐжениѐ
должны совпадать… но между лябыми двумѐ
точками слоѐ земли (или слоѐ питаниѐ)
имеетсѐ напрѐжениѐ шумов… если опорные
напрѐжениѐ на передатчике и приемнике
сильно отличаетсѐ, однопроводнаѐ схема
становитсѐ неработоспособной"
http://www.williamspublishing.com/PDF/5-8459-0824-8/part.pdf

6. Асиметрична (unbalanced) передача
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 6

7. Роз'єми D-sub
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 7
В принѐтой этой фирмой системе обозначений буква D обозначает вся серия
разъёмов D-sub, а втораѐ буква используетсѐ длѐ указаниѐ размера разъёма,
исходѐ из числа стандартных контактов, которые могут разместитьсѐ внутри D-
образного экрана (A = 15 контактов, B = 25, C = 37, D = 50, E = 9), далее следует
число фактически используемых контактов, и буква, обозначаящаѐ «пол»
разъёма: M — male («папа»), F — female («мама»), P — plug (штепсель/«папа»),
S — socket (розетка/«мама»). Например, DB25M означает разъём D-sub с
экраном, вмещаящим 25 контактов и фактическим числом контактов, равным
25.
Вероѐтно потому, что в оригинальном ПК как длѐ параллельного, так и длѐ
последовательного портов использовались разъёмы DB-25, многие, не
понимаѐ, что «B» в данном случае означает размер экрана, стали сам разъём D-
sub называть DB, вместо того, чтобы использовать обозначениѐ «DA», «DC» или
«DE». Когда длѐ последовательного порта стали использовать 9-штырьковые
разъёмы, их начали называть DB9 вместо DE9. Сейчас достаточно
распространено, что разъёмы DE9 продаятсѐ, как DB9. Под DB9 в современном
мире почти всегда подразумеваят 9-штырьковый разъём с размером экрана Е.
https://ru.wikipedia.org/wiki/D-sub

8. Сигнал DB-25 DE-9 Призначеннѐ
PG 1 - Захисна землѐ (Protected Ground). З’юднуютьсѐ з корпусом пристроя і екраном кабеля.
SG 7 5 Сигнальна землѐ (Signal Ground), відносно неї діять лінії сигналів.
TD(TxD) 2 3 OUT Вихід передавача (Transmit Data).
RD(RxD) 3 2 IN Вхід приймача (Receive Data).
RTS 4 7
OUT Запит дозволу на передачу (Request To Send). "Вкл" означаю наѐвність даних у комп’ятера длѐ передачі. При
напівдуплексі – перемиканнѐ модему в режим передачі.
CTS 5 8 IN Готовність передачі (Clear To Send). "Відкл" - модем заборонѐю комп’ятеру передавати йому дані.
DTR 20 4 OUT Готовність DTE (Data Set Ready). "Вкл" - комп’ятер готовий до роботи з модемом.
DSR 6 6 IN Готовність DCE (Data Terminal Ready). "Вкл" - модем готовий до роботи з комп’ятером.
DCD 8 1 IN Виѐвленнѐ несучої (Data Carried Detected). "Відкл" модем сигналізую про сигнал поганої ѐкості
RI 22 9 IN Сигнал виклику (Ring Indicator). "Вкл" – модем отримав сигнал виклику (дзвінок на телефонній лінії)
RS-232. Повний перелік сигналів
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 8

9. RS-232. Управління потоком даних (Flow Control)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 9
RTS->CTS
TXD->RXD
(або DTR/DSR)
1. Апаратне управління потоком
2. Програмне XON/XOFF (XON - 11hex, XOFF – 13hex)

10. RS-232. Summary
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 10
Навіщо це знати?
- перевірка працездатності трансиверів;
- перевірка вірності підкляченнѐ;

11. RS-422. Симетричний передавач/приймач
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 11

12. RS-422. Властивості
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 12
- диференційний трансивер: менш чутливий до завад, не формую ЕМ завади;
- дуплекс: передавач ніколи не відклячаютьсѐ, побудова шини неможлива;
- 5-ти або 4-х провідна схема підкляченнѐ;
- 1 передавач і до 10 приймачів;
- бітова швидкість до 10 мбіт/с (при малих відстанѐх);
- довжина лінії зв'ѐзку до 1200 м (при бітових швидкостѐх до 20 кбіт/с);
- середовище передачі – екранована вита пара;
- на довгих лініѐх (напр. >200 м при 20 кбіт/с) на кінцѐх лінії потрібні термінатори лінії
(наприклад резистори з опором рівним характерист. хвильовому опору кабеля )

13. RS-422. Summary
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 13

14. RS-485 (EIA/TIA 485). Додатковий сигнал
керування передавачем
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 14
http://iocards.ru/index.php?section=articles&art=RS485intro#null
- електрично сумісний з RS-422;
- додатковий сигнал на трансивер: вкляченнѐ/відкляченнѐ передавача (DE) та
приймача (RE)– можливість напівдуплексу, а отже використаннѐ шинних
топологій;
http://www.bb-elec.com/Learning-Center/All-White-Papers/Serial/RS-422-and-RS-485-
Applications-eBook/RS-422-RS-485-eBook-graphics-embedded.pdf

15. RS-485 (EIA/TIA 485). 3-х провідна схема з'єднань
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 15
- один передавач розрахований на 32 приймача опором 12 кОм + 2 резистора
120 Ом підкляч паралельно (сумарно >54 Ом);
- типова схема – 3-х провідна або 2-х провідна;

16. RS-485 (EIA/TIA 485). 5-ти провідна схема з'єднань
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 16
- можливість дуплексного обміну між Master-Slave
(ѐкщо підтримуютьсѐ протоколом та інтерфейсом)
- дві виті пари замість одної
- тільки длѐ Master-Slave типів обміну

17. RS-485 (EIA/TIA 485). Залежність відстані та швидкості
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 17

18. RS-485 (EIA/TIA 485). A/B vs B/A
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 18
- полѐрності A і B у всіх виробників РІЗНІ, тому
з'юднуйте «+» с «+» та «-» з «-» замість «А» з «А» та
«В» з «В».
- інколи використовуятьсѐ маркуваннѐ Data+ та Data-,
D0(-) та D1(+) – RS485 длѐ Modbus
Если напрѐжение на выходе "A" драйвера ѐвлѐетсѐ отрицательным по
отношения к напрѐжения на выходе "B", то линиѐ находитсѐ в
состоѐнии логической единицы ("MARK" или "OFF").
Если напрѐжение на выходе "A" драйвера ѐвлѐетсѐ положительным по
отношения к напрѐжения на выходе "B", то линиѐ находитсѐ в
состоѐнии логического нулѐ ("SPACE" или "ON").
http://iocards.ru/index.php?section=articles&art=RS485intro#null
RO — Receiver Output — Выход приемника. Если А >B на 200mV
RO=1, если А <B на 200mV RO=0.
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/_rtcs/maxim_rs485-2.htm

19. RS-485 (EIA/TIA 485). Термінатори лінії (схеми
узгодження)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 19
- ставлѐтьсѐ на обидвох кінцѐх шини;
- ~ до 200 м не обов'ѐзково;
- ѐк правило Rt= характеристичному імпедансу кабеля (рекомендуютьсѐ 120 Ом);
- додатково використовуять конденсатори длѐ зменшеннѐ навантаженнѐ на передавчі і
живленнѐ полѐризації
без термінаторів з термінаторами

20. RS-485 (EIA/TIA 485). Реалізації шини
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 20
на швидкостѐх < 19200 біт/с дозволѐятьсѐ відгалуженнѐ від шини порѐдку 1 м, великі
відгалуженнѐ не дозволѐятьсѐ – порушуютьсѐ топологіѐ , можливі відбиттѐ з
спотвореннѐм сигналу

21. RS-485 (EIA/TIA 485). Помилки підключення
(невірне підключення термінаторів)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 21
без термінаторів з термінаторами
невірно-розташований
термінатор
вірно-розташований
термінатор

22. RS-485 (EIA/TIA 485). Помилки підключення (довгі
відгалуження)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 22
відгалуженнѐ
= 3 м
без
відгалуженнѐ

23. RS-485 (EIA/TIA 485). Поляризація (захисне
зміщення)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 23
- при відсутності передачі – усі передатчики відклячені;
- 0 В на вході приймача може по різному інтерпретуватисѐ; мінімальні
паразитні завади можуть змістити лінія в стан лог."0" – стартовий біт;
- потрібне захисне зміщеннѐ: живленнѐ + резистори зміщеннѐ (наз. PullUP
на "+", PullDown на "-") длѐ полѐризації лінії в стані лог."1" при
відсутності передачі;
- полѐризаціѐ в різних мережах на базі RS-485 реалізована по різному:
централізовано (Modbus RTU/ASCII), розподілено (UNITELWAY), в двох
кінцевих точках (Profibus DP);
- різні вузли по різному реагуять на відсутність полѐризації;
- інколи полѐризація треба робити самостійно;

24. RS-485 (EIA/TIA 485). Summary
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 24
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs485/power.htm
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs485/app.htm
http://www.cta.ru/pdf/1997-3/note1_1997_3.pdf
http://iocards.ru/index.php?section=articles&art=RS485intro#null
http://www.bookasutp.ru/Chapter2_3.aspx
http://www.bb-elec.com/Learning-Center/All-White-Papers/Serial/RS-422-and-RS-
485-Applications-eBook/RS-422-RS-485-eBook-graphics-embedded.pdf

25. RS-485 (EIA/TIA 485). Репітери (повторювачі)
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 25
- ставлѐтьсѐ на довгих лініѐх (>1000 м), або великій кількості пристроїв (>32 при 12кОм), або за необхідності
великих відгалужень;
- репітер – два трансивера, з'юднаних між собоя, гальванічно розв'ѐзані ;
- вносѐть додаткові затримки в передачу сигналу, зв'ѐзані з управліннѐм DE;

26. RS-485 (EIA/TIA 485).
Репітери – варіанти керування DE
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 26

27. Стандартні інтерфейси. Порівняння
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 27
Назва, стандарт EIA RS-232C EIA RS-422A
EIA/TIA-485,
RS-485
20 мА „струмова
петля”,CL, ИРПС,
Тип сигналу
Напруга,
асиметричний
Напруга,
диференційний
симетричний
Напруга,
диференційний
симетричний
струм
Режим з’єднання дуплекс дуплекс напівдуплекс, дуплекс дуплекс
Максимальна кількість
передавачі/приймачів
1/1 1/10
32/32
(при опорі приймачів
12кОм)
1/1
у багаточкових
схемах залежно від
реалізації
Максимальна відстань
(приблизно)
20 м 1200 м 1200 м декілька км
Максимальна бітова
швидкість (приблизно)
115200 біт/с 10 Мбіт/с 10 Мбіт/с 1 Мбіт/с

28. Перетворювачі інтерфейсів.
USB<->RS232, RS232<->RS-485, USB<->RS485
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 28
- длѐ сумісності інтерфейсів
- RS232<->RS485 та USB<->RS485 потребуять
управліннѐ передавачем (DE);
- різноманітні алгоритми керуваннѐ DE (
наприклад RTS або автоматично); не
знаннѐ алгоритму часто приводить до
непрацездатної схеми !
- USB<->RS232 і USB<->RS485 видимі в ПК ѐк
СОМ-порти;

29. Перетворювачі інтерфейсів.
RS232<->RS-485 Приклад керування RTSом
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 29

30. Приклади конфігурування інтерфейсів
пристроїв
16.03.2015 NET - serial line pupena_san@ukr.net 30