1.3.1 Интерфейс RS-232C

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные ( 00Д -- оконечное оборудование данных, или АПД -- аппаратура передачи данных; DTE -- Data Terminal Equipment), к оконечной аппаратуре каналов данных {АКД; DCE--Data Communication Equipment). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Полная схема соединения приведена на рис. 1.4; интерфейс позволяет исключить канал удаленной связи вместе с парой устройств АКД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис. 1.5).

Рисунок 1.5- Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики и приемники -- сигнал передается относительно общего провода -- схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах -- например, RS-422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне от -12 до -3 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON ("включено"), для линий последовательных данных -- MARK. Логическому нулю соответствует диапазон от +3 до +12 В. Для линий управляющих сигналов состояние называется OFF ("выключено"), а для линий последовательных данных -- SPACE. Диапазон от -3 до +3 В -- зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога (рис. 1.6). Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах от -12 до -5 В и от +5 до +12 В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.

Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.

Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием должно производиться при отключенном питании. Иначе разность невыровненных потенциалов устройств в момент коммутации может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов.

На аппаратуре АПД (в том числе на СОМ-портах) принято устанавливать вилки ПВ-25Р или более компактный вариант -- DB-9P. Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25-штырьковых разъемах эти контакты не используются).

На аппаратуре АКД (модемах) устанавливают розетки DB-25S или DB-9S.

Это правило предполагает, что разъемы АКД могут подключаться к разъемам АПД непосредственно или через переходные "прямые" кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены "один в один". Переходные кабели могут являться и переходниками с 9 на 25-штырьковые разъемы (рис. 1.7).

Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem, или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно по одной из схем, приведенных на рис. 1.8.

Рисунок 1.6 - Прием сигналов RS-232C

Рисунок 1.7 - Кабели подключения модемов

а б

Рисунок 1.8 - Нуль-модемный кабель: а -- минимальный, б -- полный

Если на каком-либо устройстве АПД установлена розетка -- это почти 100 % того, что к другому устройству оно должно подключаться прямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удаленное подключение через модем не предусмотрено.

В таблице 1.7 приведено назначение контактов разъемов СОМ-портов (и любой другой аппаратуры передачи данных АПД). Контакты разъема DB-25S определены стандартом EIA/TIA-232-E, разъем DB-9S описан стандартом EIA/TIA-574. У модемов (АКД) название цепей и контактов такое же, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.

Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения СОМ-порта PC. Для удобства будем пользоваться мнемоникой названий, принятой в описаниях СОМ-портов и большинства устройств (она отличается от безликих обозначений RS-232 и V.24). Напомним, что активному состоянию сигнала ("включено") и логической единице передаваемых данных соответствует отрицательный потенциал (ниже -3 В) сигнала интерфейса, а состоянию "выключено" и логическому нулю -- положительный (выше +3 В). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 1.8. Нормальную последовательность управляющих сигналов для случая подключения модема к СОМ-порту иллюстрирует рис. 1.9.

Таблица 1.7 - Разъемы и сигналы интерфейса RS-232C

¹Ленточный кабель 8-битных мультикарт. ²Ленточный кабель 16-битных мультикарт и портов на системных платах. ³Вариант ленточного кабеля портов на системных платах. ⁴Широкий ленточный кабель к 25-контактному разъему.

Рисунок 1.9 - Последовательность управляющих сигналов интерфейса

Установкой DTR компьютер указывает на желание использовать модем.

Установкой DSR модем сигнализирует о своей готовности и установлении соединения.

Сигналом RTS компьютер запрашивает разрешение на передачу и заявляет о своей готовности принимать данные от модема.

Сигналом CTS модем уведомляет о своей готовности к приему данных от компьютера и передаче их в линию.

Таблица 1.8 - Назначение сигналов интерфейса RS-232C

Снятием CTS модем сигнализирует о невозможности дальнейшего приема (например, буфер заполнен) -- компьютер должен приостановить передачу данных.

Сигналом CTS модем разрешает компьютеру продолжить передачу (в буфере появилось место).

Снятие RTS может означать как заполнение буфера компьютера (модем должен приостановить передачу данных в компьютер), так и отсутствие данных для передачи в модем. Обычно в этом случае модем прекращает пересылку данных в компьютер.

Модем подтверждает снятие RTS сбросом CTS.

Компьютер повторно устанавливает RTS для возобновления передачи.

Модем подтверждает готовность к этим действиям.

Компьютер указывает на завершение обмена.

Модем отвечает подтверждением.

Компьютер снимает DTR, что обычно является сигналом на разрыв соединения ("повесить трубку").

Модем сбросом DSR сигнализирует о разрыве соединения.

Из рассмотрения этой последовательности становятся понятными соединения DTR-DSR и RTS-CTS в нуль-модемных кабелях.