Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Начнем с того, что разберем технические аспекты взаимодействия ПК с микроконтроллерными устройствами.

Я уже упоминал о том, что средой обмена данными между UART служит RS-232, где логика отрицательная (логическая единица есть низкий уровень напряжения, см. рис. 16.1), а сами уровни двуполярные, причем с большим допуском: низкий уровень представлен напряжением от -12 до -3 В, а высокий от +3 до +12 В. В этих пределах любая линия передачи по этому стандарту надежно работает.

Как мы говорили в главе 16 , приемник RS-232 дополнительно снабжают схемой, которая фиксирует уровень не один раз за период действия бита, а трижды, при этом за окончательный результат принимается уровень двух одинаковых из трех полученных состояний линии ( мажоритарная схема), таким образом удается избежать случайных помех. И хотя длина линии связи по стандарту не должна превышать 15 м, но на практике это могут быть много большие величины. Если скорость передачи не выбирать слишком высокой, то RS-232 может уверенно работать на расстояниях в десятки и даже сотни метров (автору этих строк удавалось без дополнительных ухищрений наладить обмен с компьютером на скорости 4800 но кабелю, правда, довольно толстому, длиной около полукилометра). В табл. 18.1 приведены ориентировочные эмпирические данные по длине неэкранированной линии связи для различных скоростей передачи.

Эти данные ни в коем случае не могут считаться официальными — слишком много влияющих факторов (уровень помех, толщина проводов, их взаимное расположение в кабеле, фактические уровни напряжения, выходное/входное сопротивление портов и т. п.). Для экранированного кабеля длину можно увеличить примерно в полтора-два раза.

Замечание

В правильно построенной экранированной линии экран не должен быть одним из токоведущих проводов, т. е. контакты GND соединяются отдельным проводом в кабеле, а экран либо соединяется с GND только на одной стороне — там, где имеется более качественное настоящее заземление, либо — в случае, если сигнальная «земля» GND является «плавающей» относительно «настоящей» земли — вообще только с заземлением.

При «несанкционированной» длине кабеля связи, особенно на больших скоростях передачи, следует применять меры по дополнительной проверке целостности данных: контроль четности, и/или программные способы (вычисление контрольных сумм и т. п.).

RS-232 также стандартизирует всем известные разъемы типа DB. Полный список всех контактов для двух стандартных разъемов типа DB (9- и 25-контактного) приведен в табл. 18.2. Нумерация контактов DB-разъема обычно приведена прямо на нем. Отметим, что 25-контактный разъем был создан первоначально в расчете на развитие стандарта, но позднее стало ясно, что развития не предвидится, и создали 9-контактный, которого достаточно для всех нужд, и в настоящее время практически только он и используется. Кабельная часть для RS-232 обычно представляет собой гнездовую часть разъема («маму»), а приборная — штыревую («папу»). Потому, к примеру, разъем LPT, который тоже есть 25-контактный DB, перепутать с СОМ-портом невозможно: для LPT на компьютере установлена гнездовая часть, а для СОМ-порта — штыревая.

Смысл дополнительных линий в том, что они могут применяться для организации различных синхронных протоколов обмена (протоколов с handshakes — «рукопожатием»). В «чистый» UART они не входят, в контроллере их организуют выводами обычных портов (но они входят в отдельные микросхемы UART для реализации полного протокола RS-232, а также в USART). Большинство устройств их не задействует. Однако любое устройство, использующее «рукопожатия», можно подключить к устройству, не имеющему этой функции (потеряв, конечно, возможности синхронизации), если соединить на каждой стороне между собой выводы RTS и CTS, а также выводы DSR, DCD и DTR.

Для нормальной совместной работы приемника и передатчика выводы RxD и TxD, естественно, нужно соединять накрест — TxD одного устройства с RxD второго, и наоборот (то же относится и к RTS, CTS и т. д.). Кабели RS-232, которые устроены именно таким образом, называются еще нуль-модемными (в отличие от простых удлинительных). Их стандартная конфигурация показана на рис. 18.1. В варианте рис. 18.1, в дополнительные выводы подключены именно так, как описано ранее, для возможности соединения устройств с «рукопожатием».

Рис. 18.1. Схемы нуль-модемных кабелей RS-232:

а, б— различные полные варианты, в— минимальный вариант