0

ELEKTRONSKI FAKULTET

NIŠ

Sistemi za akviziciju podataka Projektni zadatak

RS232 – RS485 Konvertor

Profesor: Branislav Petrović Student:

________________________ Uroš Smiljanić 12371

NIŠ, jun 2012

1

SADRŽAJ: Opis projektnog zadatka ......................................................................................................................... 2

RS232 protokol ........................................................................................................................................ 2

RS232 protokol – data stream ................................................................................................................ 3

Baud rate – brzina prenosa serijske veze ................................................................................................ 3

Serijski port, čitanje poruke, half i full dupleks RS232 veza .................................................................... 4

RS3232 driver .......................................................................................................................................... 5

Povezivanje na RS232 liniju – DB9 konektor ........................................................................................... 6

Asinhroni serijski protokol RS485 ........................................................................................................... 8

RS485 prenos – velika otpornost na šum ............................................................................................... 9

RS485 prenos – diferencijalni prenos ................................................................................................... 10

Tabela karakteristika RS232 i RS485 protokola .................................................................................... 10

RS485 driver .......................................................................................................................................... 11

Kako RS485 komunikacija radi .............................................................................................................. 11

RS232 – RS485 konvertor – Šema, štampana ploča, opis rada i načini testiranja ................................ 12

Razlozi za korišćenje RS232 – RS485 konvertora .................................................................................. 15

Literatura: ............................................................................................................................................. 16

2

Opis projektnog zadatka

Projektni zadatak se odnosio na projektovanja RS232 – RS485 konvertora. Zadatak je obuhvatao projektovanje šeme konvertora, kao i projektovanje štampane pločice konvertora. Projektovanje je urañeno u programu Altium Designer Summer 09.

RS232 protokol

Godine 1969 u kompaniji Electronic Industries Association razvijena je komponenta RS-232C, a u specifikaciji su opisani signali na dvadesetpeto-pinskom konektoru za serijski prenos podataka. RS-232C je postao opšte prihvaćen kao “standardni” serijski port za digitalne ureñaje. U punom nazivu stoji da je to interfejs za povezivanje DTE (DataTerminal Equipment) i DCE (Data Comunication Equipment) korišćenjem serijske razmene binarnih podataka.

DTE označava opremu za slanje ili prihvatanje informacija korišćenjem RS-232C serijskog porta. To uključuje kompjutere, terminale, štampače, plotere itd. DCE označava ureñaje koji se zovu modemi, oni vrše modulaciju signala na izlazu predajnika i demodulaciju ispred prijemnika. Termin modem skraćenica je od punog naziva “modulator/demodulator”. Obično se RS-232C koristi za rad na kraćim rastojanjima i srednjim brzinama.

RS232 standard u potpunosti definiše jednu vrstu asinhrone serijske komunikacije:

• Informacija se šalje u vidu niza bitova na fizičkoj liniji veze • Naponski nivo -12V je br. 1 ili marker. Naponski nivo +12V je br. 0 ili prazno

mesto

• Dužinu reči, od 5 i 8 bitova, LSB ide prvi • Neaktivna linija je 1 ili -12V • Poruka počinje START bitom 0, t.j. +12V

• Poruka se završava STOP bitom 1, t.j. -12V • Nakon bitova poruke ide parity bit, za proveru

• Dozvoljene brzine prenosa su 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bita u sekundi

3

RS232 protokol – data stream

Baud rate – brzina prenosa serijske veze

Dozvoljene brzine prenosa su 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 b/s.

9600 � �⁄ � � 19600 � 1.041 � 10�� � 0.1 ��

Jedan 8 bitna reč (byte) se preko RS232 prenosi za (1+ 8 + 1+ 1)* 0.1 ms = 1.1 ms, 1000 bajtova u sek. Pažnja, samo 8 bitova je korisna informacija. 3 bitaSTART, STOP i PARITY su nužno zlo. Ova 3 bita su protocol overhead, prave gužvu na liniji, a ne nose informaciju ali, moraju biti tu.

Dozvoljene dužine veze:

4

Serijski port, čitanje poruke, half i full dupleks RS232 veza

Brzine prenosa moraju biti usaglašene izmeñu dva ureñaja. Serijski port ima brži clock od onog kojim se bitovi prenose, time se svaki bit može čitati na sredini ili više puta pre nego što prijemnik odluči koje je njegovo stanje. Nakon detekcije START bita interni tajmer definiše kada čitati koji bit. Zbog ovoga brzine kod oba ureñaja moraju biti identične.

RS232 protokol ima dve odvojene linije za prenos podataka čime je omogućen prenos poruka u oba smera, u istom trenutku, paralelno.

Ako protokol za prenos podrži ovu mogućnost imamo pun (full) dupleks. Ipak, ako softver za vezu ne podržava ovu mogućnost imamo samo half dupleks.

Ako serijski protokol definiše jedan ureñaj koji uvek inicira prenos (master), a drugi samo odgovara (slave) tada nema istovremenog prenosa podataka u oba smera i to je half dupleks.

5

RS3232 driver

T – transmit, pinovi za slanje podataka

• T1IN – Ulaz predajnika podataka (TTL/CMOS nivoi)

• T2IN – Ulaz predajnika podataka (TTL/CMOS nivoi) • T1OUT – Izlaz predajnika podataka (RS – 232 nivoi) • T2OUT – Izlaz predajnika podataka (RS – 232 nivoi)

R – receive, pinovi za prijem podataka

• R1IN – Ulaz prijemnika podataka (RS – 232 nivoi) • R2IN – Ulaz prijemnika podataka (RS – 232 nivoi)

• R1OUT – Izlaz predajnika podataka (TTL/CMOS nivoi) • R2OUT - Izlaz predajnika podataka (TTL/CMOS nivoi)

6

Povezivanje na RS232 liniju – DB9 konektor

DB9 konektor predstavlja standard koji posedeuje svaki PC, kao i mnogi drugi ureñaji.

Mikroprocesori rade na 5V, 5V (1) i 0V (0), što znači da je potrebno koristiti neko elektronsko kolo (driver) radi regulisanja naponskih nivoa jer je RS232 standard definisan naponskim nivoima -12V (1) i +12V (0).

RS232 driver vrši promenu nivoa i invertovanje signala. Ovaj driver ne traži dodatno napajanje pošto od +5V pravi +12V i -12V.

7

Dva PC preko RS232 standarda mogu da se povežu na dva načina.

• No hardware handshake • Full hradware handshake

8

Asinhroni serijski protokol RS485

RS485 protokol je nastao kao zamena za RS232 protokol. Dve njegove glavne prednosti u odnosu na RS232 protokol jesu te što podržava prenos podataka na veće daljine i to što podržava više ureñaja na jednoj liniji. Ovaj protokol je osmišljen kao multidrop za razliku od RS232 koji je osmišljen kao point to point.

Karakteristike RS485:

• Informacija se šalje u vidu niza bitova na fizičkoj liniji veze (isto kao kod RS232) • Šalje se isti RS232 niz podataka, START, STOP, parity... • Podaci se šalju diferencijalno preko dve oklopljene i upletene parice (RxD/TxD-P i

RxD/TxD-N). Ovo omogućava veću daljinu prenosa • RS485 ima samo jednu liniju za prenos pa je moguća samo half dupleks

komunikacija, podaci idu u oba smera ali ne istovremeno

• Povezuje se više ureñaja u multidrop konfiguraciji

9

RS485 prenos – velika otpornost na šum

Jedna od bitnih karakteristika RS485 protokola je ta što poseduje veliku otpornost na šum. Ovo se postiže na tri načina i to:

1. Diferencijalnim prenosom 2. Prenosom podataka preko dve upletene parice 3. Parice za prenos podataka su oklopljene

Diferencijalnim prenosom podataka se eliminiše problem podizanja signalne mase. Prenosom preko upletenih parica se eliminiše uticaj magnetnog polja, a oklopljavanjem parica se eliminiše i uticaj električnih polja.

10

RS485 prenos – diferencijalni prenos

RS485 prijemnik je sposoban da oseti razliku od 200mV izmeñu ova dva signala. Razlika u signalnim masama više nema uticaj na prenos podataka.

Tabela karakteristika RS232 i RS485 protokola

11

RS485 driver

R – receiver, prijemnik diferencijalnog signala

• R0 – ulazni podaci

• RE – dozvola prijema

D – transmiter, predajnik diferencijalnog signala

• DI – izlazni podaci • DE – dozvola predaje

Pinovima RE - dozvola prijema i DE – dozvola predaje se uvek komplementarno upravljaja.

Kako RS485 komunikacija radi

1. Po definiciji svih protokola baziranih na RS485 standardu, svi RS485 primopredajnici počinju rad u stanju visoke impedanse

2. Nadalje, po većini high level protokola samo jedan od primopredajnika je master i samo on može da započne prenos slanjem upitnika (query) ili neke komande 2.1. Postoje tipovi high level protokola koji se zasnivaju na RS485 protokolu i koji

dozvoljavaju više master-a na jednoj liniji veze. To je slično Ethernet vezi, ali tada high level protokol mora da prepozna koliziju na liniji, po potrebi odmah ponovi ili odloži za kasnije novo slanje. Ovakav tip protokola usled brojnih kolizija u praksi koristi samo 37% propusnog opsega veze.

12

RS232 – RS485 konvertor – Šema, štampana ploča, opis rada i načini testiranja

Namena ovakvog konverotra je komunikacija izmeñu PC-ja i nekog drugog ureñaja koristeći samo dve žice u half duplex režimu rada. Selekcija moda za slanje ili primanje signala se vrši preko RTS pina. Ovaj konvertor je projektovan tako da bude što je moguće jednostavniji, tako da se na njemu ne mogu naći neke od mogućnosti ili načina realizacije koje se mogu naću u komercijalnim proizvodima, kao što je np. galvanska izolacija itd.

Integrisano kolo MAX3232 se koristi da konvertuje signale sa ili na TTL nivo. Integrisano kolo MAX485 konvertuje TTL signale na signale koje koristi RS485 standard. RTS linija se koristi za promenu moda transmisije MAX485 kola. RTS signal se prvo konvertuje u TTL nivo preko MAX3232 kola, a zatim se taj signal šalje na pinove DE i RE. Dve diodice služe za prikazivanje trenutnog stanja interfejsa.

13

Šema konvertora:

Štampana ploča konvertora:

14

Nakon povezivanja svih elemenata i uključivanja konvertora crvena dioda (LED2) bi trebala da sija. Napon izmeñu pinova 15 i 16 na kolu MAX3232 i izmeñu pinova 5 i 8 na kolu MAX485 bi trebao da bude 3.3V.

Jedan od načina za testiranje konvertora je sledeći. Potreban je samo PC, pošto u ovoj fazi testiranja nije potreban ureñaj koji koristi RS485. Konektujemo PC i konvertor preko RS232 kabla. Nakon toga u Windows-u startujemo Hiperterminal ili neki drugi terminal program, podesimo brzinu prenosa na 9600bps, 8N1 i handshaking na None. Klikom na hook on i hook off ikonicu trebalo bi da se promeni stanje zelene diodice. Ukoliko nakon klika na ikonicu hook on otkucamo neki text u prozoru terminala, trebalo bi da primetimo brzu promenu napona izmeñu K1 i K2.

Da bi videli da li konvertor radi kako treba moramo da pošaljemo neke podatke i da ih ispravno primimo. Za realan test nam je potreban neki ureñaj koji koristi RS485 standard. Ukoliko imamo dva RS485 ureñaja možemo i na još jednostavniji način da proverimo da li konvertor radi kako treba. Potrebno je samo da povežemo oba ureñaja, startujemo dva terminal programa i onda proveravamo da li drugi program prima ono što šaljemo iz prvog. Kod ovog testiranja samo ne smemo da zaboravimo da podesimo odgovarajuće modove za slanje i prijem za oba interfejsa, što znači da moramo da podesimo odgovarajuće stanje RTS signala.

Kada je konvertor u modu TX i kada šalje podatke možemo primetiti promene napona izmeñu A i B pinova.

Sa programerske tačke gledišta komunikacija preko RS485 je ista kao serijska komunikacija. Jedina razlika jeste u tome što je potrebno podesiti odgovarajuće stanje RTS linije pre slanja ili primanja podataka. RTS linija se veoma često koristi kod half-duplex konvertora za promenu moda za slanje ili primanje podataka, tako da većina programa može da se koristi bez ikakvih promena.

Modovi za prenos podataka:

• RTS high – mod za primanje podataka • RTS low – mod za slanje podataka

15

Razlozi za korišćenje RS232 – RS485 konvertora

RS232 je jedan od najviše korišćenih, najlakših za realizaciju i najlakših za razvoj protokola. Generalno se koristi za većinu standardnih aplikacija koje koriste MCU, ali on ima neka ograničenja. Najveća dužina kabla je 15m. Dobrim ožičavanjem, niskim brzinama prenosa podataka i ureñajima sa malim šumom bi mogli ovu dužinu da povećamo, ali ne mnogo. Glavni problem ovde je to što se povećava šum na zajedničkoj masi prilikom povećanja dužine kabla. Još jedan problem je to što RS232 omogućava komunikaciju izmeñu samo dva ureñaja. Za komunikaciju izmeñu više od dva ureñaja nam je potrebna neka druga komunikacija.

RS485 standard rešava ove probleme. Glavna razlika je u tome što RS485 vrši transfer podataka u zavisnosti od potencijalne razlike izmeñu dve žice za komunikaciju. Polaritete definiše logičko stanje signala. Podaci se mogu poslati na udaljenost do 1220m i sa brzinom do 10Mbs. Na RS485 liniju se može priključiti do 32 ureñaja.

16

Literatura:

• http://www.eeweb.com

• http://www.airborn.com.au

• http://freecircuitdiagram.com

• http://www.rmv.com

• http://aquaticus.info

• http://www.chipswinner.com/ends/MAX232.pdf

• http://en.wikibooks.org/wiki/Serial_Programming/MAX232_Driver_Receiver