COM порт глазами ремонтника. Ремонт, настройка, диагностика. Часть 1, теория.

Разъёмы RS-232C DE-9

Порт RS232C DE-9 (обычно неправильно называемый DB-9) доступен на некоторых ПК и многих других устройствах. Последовательный порт RS-232 когда-то был стандартной функцией ПК, который использовался для подключения к модемам, принтерам, мышкам, хранилищам данных, источникам бесперебойного питания и другим периферийным устройствам.

RS-232 – это стандарт, появившийся ещё в 1960 году для последовательной передачи данных. Он формально определяет сигналы, соединяющие DTE (оконечное оборудование данных), такое как компьютерный терминал, и DCE (оборудование передачи данных), такое как модем. Стандарт RS-232 обычно использовался в компьютерных последовательных портах.

RS-232 по сравнению с более поздними интерфейсами, такими как RS-422, RS-485 или Ethernet, имеет более низкую скорость передачи, более короткую максимальную длину кабеля, большие колебания напряжения, большие стандартные разъемы, отсутствие возможности многоточечного соединения. В современных персональных компьютерах USB давно вытеснил RS-232 из большинства функций периферийного интерфейса. Многие компьютеры вообще не оснащены портами RS-232 и должны использовать либо внешний USB-to-RS232 конвертер или внутреннюю плату расширения с одним или несколькими последовательными портами для подключения к периферийным устройствам RS-232.

Тем не менее, благодаря своей простоте и повсеместному распространению, интерфейсы RS-232 все еще используются – например в промышленных машинах, сетевом оборудовании и научных инструментах, где достаточно короткодействующего, двухточечного, низкоскоростного проводного соединения для передачи данных.

Этот интерфейс последовательного порта ПК является несимметричным (соединяет только два устройства через последовательный кабель RS232), скорость передачи данных составляет менее 20 кбит / с. Горячая замена не поддерживается, но иногда разрешена. В настоящее время для ПК используется только 9-контактный разъем.

Распиновка разъёмов COM-порта

Распиновка никакой связи не имеет с распинанием, хотя, как проводки, вольно бегущие в одной оболочке кабеля, разбирают на стороны и жёстко припаивают к своим штырькам, сходно с распинанием. Штырёк, по-английски «pin», булавка, поэтому и распиновка, слово уже это компьютерно-связистский «проанглийский» жаргонизм. Означает — распайка проводов по штырькам на разъёме.

Форма разъёма, порядок проводков (штырьков) в нём, назначение каждого штырька, а также номиналы напряжений и смысл сигналов в каждом — это часть интерфейса. Обычно вся эта информация собирается в отдельный документ, называемый спецификацией порта. Такая простая и понятная табличка на одну страницу. В других разновидностях интерфейсов что-то такое может называться «протоколом». А здесь ещё просто называют «распиновкой».

Разъёмы RS-232 25 pin

Передача данных RS-232 состоит из временных рядов битов. Поддерживаются как синхронная, так и асинхронная передача, но асинхронный канал, отправляющий пакеты из семи или восьми битов, является наиболее распространенной конфигурацией на ПК. Устройства RS-232 могут быть классифицированы как оконечное оборудование данных (DTE) или оборудование передачи данных (DCE) – это определяет, какие провода будут отправлять и получать каждый сигнал. Персональные компьютеры обычно оснащены упрощенной версией интерфейса RS-232.

Сигналы контактов RS232 представлены уровнями напряжения относительно общей схемы (питание / логическая земля). В состоянии ожидания (MARK) уровень сигнала отрицательный относительно общего, а в активном состоянии (SPACE) уровень сигнала положительный относительно общего провода. RS232 имеет множество линий подтверждения связи (в основном используется с модемами), а также определяет протокол связи.

Интерфейс RS-232 предполагает наличие общего заземления между DTE и DCE. Это разумное предположение, когда короткий кабель соединяет DTE с DCE, но с более длинными линиями и соединениями между устройствами, которые могут находиться на разных электрических шинах с разным заземлением, это может быть неверно. Данные RS232 биполярны.

Стандарт определяет максимальное напряжение холостого хода 25 В, но общие уровни сигналов составляют 5 В, 10 В, 12 В и 15 В. Цепи, управляющие интерфейсом, совместимым с RS-232, должны выдерживать неопределенно долгое короткое замыкание на землю или на любой уровень напряжения до 25 вольт. От +3 до +12 вольт указывает состояние ВКЛЮЧЕНО или 0, в то время как от -3 до -12 В указывает состояние ВЫКЛЮЧЕНО 1 состояние.

Некоторое компьютерное оборудование игнорирует отрицательный уровень и принимает нулевой уровень напряжения как состояние ВЫКЛ. Фактически, состояние ВКЛ может быть достигнуто с меньшим положительным потенциалом. Это означает что цепи с питанием от 5 В постоянного тока могут напрямую управлять цепями RS232, но общий диапазон, в котором сигнал RS232 может быть передан / принят, может быть значительно сокращен.

Уровень выходного сигнала обычно колеблется от +12 В до -12 В. Мертвая зона между + 3В и -3В предназначена для поглощения линейного шума. В различных определениях распиновки, подобных RS-232, эта мертвая зона может отличаться. Например, определение для V.10 имеет мертвую зону от + 0,3 В до -0,3 В. Многие приемники, разработанные для RS-232, чувствительны к перепадам напряжения 1 В или меньше.

Порт и память

То есть, программа прочитает данное из памяти в процессор, что-то с ним сделает, может быть получит из этой информации какие-то новые данные, которые запишет в другое место. Или само данное просто перепишет на другое место. Во всяком случае в памяти информация, которая однажды была записана может быть либо прочитана, либо стёрта. Ячейка получается как сундучок, стоящий у стенки. А вся память состоит из ячейки каждая ячейка имеет свой адрес. Точно как сундучки, стоящие в ряд у стенки в подвале скупого рыцаря.

Ну и порт можно себе представить тоже как ячейку. Только такая ячейка сзади имеет окошко, ведущее куда-то за стенку. Можно записать в неё информацию, а информация возьмёт, и улетит в окошко, хотя какое-то время будет находиться в ячейке так же, как и в обычной ячейке оперативной памяти.

Или наоборот, в ячейку-порт информация может «прилететь» из окошка. Процессор это увидит и прочтёт эту новую появившуюся информацию. И пустит её в дело — перепишет куда-то, пересчитает вместе с какими-то другими данными. Даже может записать её в другую ячейку. Или в другую ячейку-порт, тогда эта поступившая по первому порту информация может «улететь» в окошко второго порта, — ну это уж как распорядится процессор. Вернее, программа, которая в этот момент процессором командует и данные, записанные в памяти и приходящие из портов, обрабатывает.

Просто и красиво. Эти порты так и назвали сразу — порты ввода-вывода. Через одни из них данные отправляются куда-то, через другие — откуда-то принимаются.

Ну а дальше начинается движение по кругу. Вот есть одно устройство, и есть другое. И вот есть цепочка символов, каждый из которых состоит из отдельных двоичных битов, и эту цепочку нужно передать. Как передавать? Можно по линии из 8 проводочков сразу передавать по целому символу — один проводок = один бит, потом код другого, потом третьего, и так, пока не передашь всю цепочку.

А можно было разворачивать каждый бит не в пространстве (по проводочкам), а во времени: сначала передать один бит символа, потом второй и так восемь раз. Ясно, что во втором случае нужны какие-то дополнительные средства, чтобы символы так разворачивать во времени.

Разъёмы RS-366

Sample RS232 serial port device. How serial mouse works

Typical PC mouse controlling system has the following parts: sensors -> mouse controller -> communication link -> data interface -> driver -> software. Sensors are the movement detectors which sense the mouse movement and button swiches which sense the button states. Mouse controller reads the state of those sensors and takes acount of current mouse position. When this information changes the mouse controller sends a packet of data to the computer serial data interface controller. The mouse driver in the computer received that data packet and decodes the information from it and does actions based on the information.

Разъёмы RS-422 9-pin

^ Теория (можно пропустить)

Специальная программа посылает данные в компьютерный порт ввода-вывода (378h). При помощи определенных электронных элементов этот порт связан с внешним, в данном случае, LPT портом, который выводит эти данные «наружу» в виде электрических сигналов.

Управление классическими 8-ю светодиодами осуществляется по порту 888 (378h), а управление четырьмя дополнительными — по порту 890 (37Ah). (Базовый порт 378h)

При этом управление по порту 890 происходит немного по-другому, т.к. три из четырех каналов являются инвертирующими.

Вся картина выглядит так:
Соответствие битов портов ввода-вывода и контактов LPT порта ( * — выводы с инверсией)

Увидеть светодиод, подключенный непосредственно к контактам (пинам) LPT порта, можно в статье «Светодиодное испытание LPT порта».

Разъёмы RS-422 37-pin

RS422 – это сбалансированный последовательный интерфейс для передачи цифровых данных. Преимущество сбалансированного сигнала – большая помехоустойчивость. EIA описывает RS422 как интерфейс DTE-DCE для соединений точка-точка.

RS422 был разработан для больших расстояний и более высоких скоростей передачи, чем RS232. В простейшей форме пара преобразователей RS232 в RS422 (и обратно) может быть использована для формирования «удлинителя RS232». Скорость передачи данных до 100K бит / сек и расстояние до километра. RS422 также предназначен для многоабонентских (групповых) устройств, где только один драйвер подключен и передает по шине до 10 приемников.

И RS-422, и RS-485 используют витую пару (то есть 2 ​​провода) для каждого сигнала. В обоих используется один и тот же дифференциальный привод с одинаковыми колебаниями напряжения: от 0 до + 5 В, но RS-422 – это многоточечный стандарт, позволяющий использовать один драйвер и до 10 приемников, а RS-485 – до 32 устройств (драйверы, приемники или приемопередатчики).

Поскольку основные приемники RS-423-A и RS422-A электрически идентичны, можно соединить оборудование, использующее приемники и генераторы RS423-A на одной стороне интерфейса, с оборудованием, использующим генераторы и приемники RS422-A с другой стороны интерфейса, если выводы приемников и генераторов правильно сконфигурированы, чтобы приспособиться к такой компоновке.

Параллельные и последовательные

И скорость передачи будет другая:

• Во-первых, если передача по проводам в обоих случаях одинаковая, то второй случай окажется в 8 раз медленнее за счёт этой самой поочерёдной передачи битов одного байта.
• Во-вторых, нужно либо время на саму выполнение программной процедуры разворачивания байта в биты или дополнительные технические схемы такой развёртки.

Получается, у каждого варианта свои плюсы, но и свои минусы.

1. Сразу по восемь бит (то есть побайтно) передавать быстрее, но проводочков надо в восемь раз больше
2. По одному биту передавать — нужно всего один информационный проводок, зато будет в 8 раз медленнее.

Вот и назвали в первом случае передачу параллельной, а во втором случае — последовательной.

Разъёмы RS-423

RS-423 похож на TIA / EIA-232-F, но отличается уменьшенным размахом выходного сигнала драйвера и более высокой скоростью передачи данных. RS-423 – это электрический стандарт, определяющий только требования к драйверу и приемнику – для этого интерфейса нет общей распиновки. Определены несимметричный драйвер и балансный ресивер. TIA / EIA-423-B определяет однонаправленный, многоточечный (до 10 приемников) интерфейс. Преимущества перед TIA / EIA-232-F включают: работу с несколькими приемниками, более высокую скорость передачи данных и общие источники питания (обычно 5 В).

Полезное: Распиновка и маркировка советских радиодеталей

Разъёмы RS-449

Интерфейс RS449 – это не самостоятельный интерфейс. Расположение выводов разъема изначально было разработано для поддержки RS422 для симметричных сигналов и RS423 для несимметричных сигналов. И должен он был стать преемником RS232. Это высокоскоростной цифровой интерфейс, в отличие от RS232, который использует сигналы относительно земли, приемники RS449 V.11 ищут разницу между двумя проводами. Скручивая два провода и создавая «витую пару», любой паразитный шум, улавливаемый одним проводом, будет улавливаться на другом, поскольку оба провода улавливают одинаковый шум, и дифференциальный интерфейс RS449 просто меняет уровень напряжения относительно земли. но не меняет по отношению друг к другу. Приемники смотрят только на разницу в уровне напряжения между каждым проводом, а не на землю.

Дифференциальные сигналы для RS449 помечены как «A и B» или «+ и -». В случае RS449 провод A или + не соединяется с B или -. Провод A всегда подключается к A, а B подключается к B или + к + и – к -. Распространенные названия: EIA-449, RS-449, ISO 4902.

Слоты расширения материнской платы

(не совсем про кабели, но пригодится)

8ми битный слот

16ти битный слот

Разъёмы EIA-449

Разъёмы RS-485

EIA-485 (ранее RS-485 или RS485) – это электрическая спецификация физического уровня модели OSI для двухпроводного, полудуплексного, многоточечного последовательного соединения. Стандарт определяет дифференциальную форму сигнала. Разница между проводами в напряжении – вот что передает данные. Одна полярность напряжения указывает на уровень логической 1, обратная полярность указывает на логический 0. Для правильной работы разность потенциалов должна быть не менее 0,2 В, но любое приложенное напряжение между +12 В и -7 В уже позволит корректно работать приемнику. EIA-485 лучше описать как несимметричный интерфейс, поскольку сбалансированный обычно подразумевает, что напряжения на дифференциальных проводах сбалансированы относительно земли или потенциала земли (например, + 5 В и -5 В), но EIA-485 обычно составляет + 5 В и 0 В.

EIA-485 определяет только электрические характеристики драйвера и приемника. Он не указывает и не рекомендует какой-либо протокол передачи данных. Поскольку он использует дифференциальную линию по витой паре (например, EIA-422), то может охватывать относительно большие расстояния (до 1200 метров). Рекомендуемое расположение проводов – это соединенная серия двухточечных узлов, линия или шина. В идеале, на двух концах кабеля должен быть оконечный резистор подключенный к двум проводам, и два резистора с питанием для смещения линий, когда линии не управляются. Без оконечных резисторов отражения быстрых фронтов драйвера могут вызвать множественные фронты данных, которые могут вызвать повреждение данных. Величина каждого оконечного резистора должна быть равна сопротивлению кабеля (обычно 120 Ом для витых пар).

Интерфейс портов

А вся система такой передачи — в одном случае так, в другом — этак, называется интерфейс. Один интерфейс параллельный, другой — последовательный. Почти одно и то же, порты, один параллельный, другой последовательный.

Чем понятие порт отличается от понятия «интерфейс»? В современной технике слова не только появляются, они растут и получают «образование». И как и у людей, могут становиться узкими специалистами, а могут стать «дилетантами». Вот такое типичное слово-дилетант — «интерфейс». Потому что оно — «каждой дыре затычка». Интерфейсы бывают:

• аппаратные
• программные
• передачи данных
• пользовательские
• и так далее

А смысл слова — что-то между чем-то. Интер — между, фэйс — лицо. Красиво получилось, поэтому и везде употребляется. Например, пользовательский интерфейс системы Windows — это экранное лицо системы, предназначенное для общения с человеком.

И оно состоит из нарисованной на экране картинки + правила работы каждого элемента картинки (например, нажми на кнопочку на экране мышкой — она нажмётся) + правила реагирования каждого элемента и всей системы в целом + все аппаратные средства, участвующие в диалоге (мышь, клавиатура, экран) + все программы, обеспечивающие диалог как со стороны всей системы, так и со стороны отдельных устройств (драйверы).

Не упомянули только о человеке, но так как он тоже часть взаимодействия, то должен иметь знания и навыки работы в системе, а для этого существуют обучающие программы, справочные системы… И вот изо всего этого и встаёт красивое и ёмкое слово: интерфейс.

В нашей теме интерфейс обозначает вещи немного более простые.

Это аппаратные + программные средства передачи + правила передачи. Аппаратные — понятно. А вот программные средства на компьютерах и в современных средствах связи присутствуют всегда и везде. Даже бывает так: сначала на какой-то аппаратной базе создаётся нечто функциональное, которое выполняется не сразу, а с применением специально написанных программ. А программы все настраиваются.

И постепенно, по мере работы новой функции (или функционального блока), программы которые его «делают» — а они от аппаратных средств отличаются тем, что их можно легко настраивать — доводятся до какого-то состояния оптимальной настройки. Что уже больше и не надо настраивать. И тогда программу в новой версии функционального блока могут заменить на аппаратно выполненный заменитель программной части. Например, «зашить» оптимально работающую хорошо настроенную программу в постоянную память. Или придумать специальную логическую схему, которая выполнит точь-в-точь то же самое, что делала оптимально настроенная программа — не шарахаясь и не забывая иногда все свои полезные настройки.

Поэтому интерфейс такой часто и называют — программно-аппаратным.

Правила передачи нужны для того, чтобы на обоих концах взаимодействия одни и те же вещи понимались (и обрабатывались) одинаково. Мы говорим о передаче импульсов? Значит нужно, чтобы импульсы были строго одинаковыми.

Например, чтобы 1 битовый приходил в виде +12 или +15 вольт перепада напряжения от нуля. И чтобы была в виде прямоугольничка, или острого всплеска — пик которого обязательно был не меньше, ну, + 5 вольт, а верхнее ограничение вводить, допустим, не очень обязательно. Это потому, что при передаче импульсов на какие-то расстояния электрические сигналы имеют свойство ослабевать и «размазываться».

Разъёмы RS-530

EIA-530 или RS-530 – это стандарт сбалансированного последовательного интерфейса, в котором обычно используется 25-контактный разъем. RS530 – это не фактический интерфейс, а общая спецификация разъема. Распиновка разъема может использоваться для поддержки RS422, RS423, V.36 / V.37 / V.10 / V.11 (не V.35!) И X.21.

TIA-530 (1987) полагается на EIA (RS) -422/423 и использует дифференциальную сигнализацию в формате DB25 – RS232 – Передача EIA-530 (и другие сигналы) использует витую пару проводов (TD+ и TD-) вместо TD и заземление, как в RS232 или V.24. Этот интерфейс используется для синхронных протоколов HIGH SPEED. Использование дифференциальной сигнализации обеспечивает более высокую скорость при использовании длинных кабелей.

Этот стандарт применим для использования при скоростях передачи данных в диапазоне от 20 000 до номинального верхнего предела 2 000 000 бит в секунду. Однако оборудование, соответствующее этому стандарту, не должно работать во всем этом диапазоне скоростей передачи данных. Они могут быть разработаны для работы в более узком диапазоне в зависимости от конкретного применения. Все сигналы EIA-422 симметричные, за исключением LL (вывод 18), RL (вывод 21) и TM (вывод 25), которые используют EIA-423 (несимметричный).

TIA-530-A (1992) немного отличается, изменением контактов 6 и 20 на EIA-423 (несимметричный), добавив кольцевой индикатор (RI) на контакт 22 с помощью EIA-423 и заземляющий контакт 23.

Особенности соединительного кабеля

В качестве соединительного кабеля из-за отсутствия необходимости использования всех контактов обычно берется витая пара, отдельные провода которой запаиваются на контакты вилки и розетки разъема. Из-за довольно компактной конструкции места пайки целесообразно дополнительно заизолировать кембриком или термоусадочной трубкой.

Максимальная дальность связи по стандарту не должна превышать полутора десятков метров. В случае необходимости ее увеличения следует переходить на экранированный вариант кабеля.