СОМ-порт (COMmunication Port) – це порт послідовної передачі даних, який зявився в перших моделях IBM PC для підключення миші, сканера, модему, дігитайзера СОМ-портдо досі відноситься у радіоаматорів до найбільш шанованим засобам сполучення зовнішніх пристроїв, хоча в останніх моделях компютерів і ноутбуків він вже відсутня

Дальність звязку по СОМ-порту безпосередньо залежить від швидкості зєднання і можетдостігать 15 .. 300 м При великій довжині кабелю рекомендується застосовувати гальванічну опторазвязку, щоб не пошкодити компютер в разі сильних промислових перешкод або при великій різниці «земляних» потенціалів

СОМ-порт забезпечує асинхронний обмін даними по стандарту RS-232C (Recommended Standard-232C, 1969 р) У 1987 р була розроблена нова версія стандарту EIA-232-D, а в 1991 р – ще одна EIA/TlA-232-E Незважаючи на зміну назв, електронщики раніше говорять «RS-232» для всіх без винятку варіантів цього послідовного інтерфейсу

Розєми RS-232 бувають на 9 контактів (DB-9, EIA-574) і на 25 контактів (DB-25, EIA-232, повний набір сигналів) Нормою «де-факто» вважається вилка DB-9M в компютері і розетка DB-9F в приєднуємося кабелі (Мал 41, а)

Рис 41 Зовнішній вигляд розємів інтерфейсу RS-232: а) вилка і розетка DB-9 б) розєм RJ-45 на 8 контактів в) розєм RJ-45 на 10 контактів

У промислових модемах для портів RS-232 іноді застосовують «телефонні» розєми на 8, 10 (EIA-561, Рис 41, б, в) і на 26 контактів (Табл 41)

Таблиця 41 Розкладка сигналів в розємах інтерфейсу RS-232

Важливе зауваження Нумерація контактів вилок і розеток DB-9, DB-25 дзеркальна по відношенню один до одного Однак, зустрічаються різновиди цих розємів з «перевернутої» маркуванням контактів, коли вилка нібито відповідає розетці і навпаки Щоб не заплутатися в позначеннях, треба орієнтуватися строго по Рис 41, а, не звертаючи увагу на дрібні цифри, які виробники наносять прямо біля контактів розєму

Вимоги до рівнів сигналів для передавачів і приймачів СОМ-порту різні (Мал 42, а, б) Це повязано з необхідністю забезпечити підвищену завадостійкість при великій довжині кабелю Реальна амплітуда вихідних сигналів СОМ-порту стаціонарних компютерів складає ± (9 .. Ю) В, але для прийому сигналів в більшості випадків достатньо рівнів 0 .. +3 В [4-1]

Рис 42 Рівні сигналів інтерфейсу RS-232: а) на передачі б) на прийомі

Схеми зєднання MK з СОМ-портом можна розділити на 4 групи:

• прийом даних від компютера без розвязки (Мал 43, а .. м)

• прийом даних від компютера з гальванічною ізоляцією (Мал 44, a .. e)

• передача даних у компютер без розвязки (Мал 45, а .. к)

передача даних у компютер з гальванічною ізоляцією (Мал 46, а .. ж) У всіх наступних схемах мається на увазі, що для передачі даних від компютера використовується лінія TxD, а від МК – лінія RxD Це дозволяє задіяти вбудований в більшість MK апаратний контролер послідовного інтерфейсу UART Іноді для передачі даних від компютера використовують лінії DTR або RTS, а для прийому – лінії DCD, RI, DSR, CTS Однак у цьому випадку програмісту доведеться придумувати свій алгоритм передачі даних

Рис 43 Схеми неізольованого введення сигналів з СОМ-порту в MK (початок):

а) діод VD1 захищає MK від негативної напруги Дільник R1, R2 знижує амплітуду сигналу на вході MK c +10 В приблизно до +43 В

б) діод VD1 захищає MK від негативної напруги Резистор R1 створює навантаження по струму для СОМ-порту Резистор Л2огранічіваетток через внутрішній захисний діод MK

в) стабілітрон VD1 при подачі від СОМ-порту негативної напруги обмежує амплітудно -07 В, а при подачі позитивного напруги – до +47 .. +51 В Щоб знизити струм через внутрішній діод MK, треба послідовно з входом поставити резистор 200 Ом

г) транзистор VT1 служить інвертором сигналу і захистом від великих позитивних напруг Діод VD1 в свою чергу захищає транзистор VT1 від негативних напруг

д) аналогічно Рис 43, г, але з зовнішнім (а не внутрішнім) навантажувальним резистором R2, а також з відсутністю резистора між базою і емітером транзистора VT1 Схема розрахована на постійне підключення кабелю до СОМ-порту, інакше знижується завадостійкість, тому що база транзистора VT1 буде «висіти в повітрі»

Рис 43 Схеми неізольованого введення сигналів з СОМ-порту в MK (, продовження):

е) аналогічно Рис 43, г, але без захисного діода на вході, оскільки транзистор VT1 по даташіту витримує велике зворотна напруга «база – емітер» до 6 В Зустрічаються різновиди елементів схеми: Rx = 10 кОм, R2 = 12 .. 15 кОм

ж) аналогічно Рис 43, г, але з інвертором на польовому транзисторі VT1 Резистор R2 закралася транзистор VT1 при відстикувався кабелі від СОМ-порту Порогова напруга стабілітрона VD1 не повинно перевищувати максимально допустиме для затвора транзистора VT1

з) створення пари MK з компютером через захисний КМОП-інвертор на мікросхемі DD1 На її вхід може подаватися позитивне напруга до +15 В Негативне вхідна напруга шунтируется внутрішнім діодом мікросхеми DD1, при цьому струм обмежується резистором R1 Логічний інвертор DD1 можна замінити повторителем на мікросхемі К561ПУ4, але тоді доведеться внести зміни в програмі в частині инвертирования вхідного сигналу

і) аналогічно Рис 43, з, але з ТТЛ-тригером Шмітта, що входять в мікросхему DD1 Резистор R1 обмежує вхідний струм, резистор R2 узгодить рівні ТТЛ – КМОП

к) схема ПХомера Світлодіод HL1 відображає наявність сигналу позитивного рівня з СОМ-порту Яскравість світіння задається резистором R1 При негативному рівні вхідного сигналу світлодіод поводиться як стабілітрон Конденсатори C1 . C3 знижують ВЧ-перешкоди Діод VD1 захищає транзистор VT1 від великого зворотної напруги на базі

Рис 43 Схеми неізольованого введення сигналів з СОМ-порту в MK (закінчення):

л) типова схема підключення входів MK до компютера через драйвер DA1 із стандартної серії «232» Висока перешкодостійкість і значні відстані (до 300 м при швидкості 300 біт / с) забезпечуються тригерами Шмітта на входах DD1 Розмах вхідних сигналів TxD, RTS може досягати ± 30 В, швидкість передачі даних до 120 .. 200 Кбіт / с Драйвери серії «232» випускаються різними фірмами, але параметри можуть дещо відрізнятися

м) найпростіший варіант сполучення декількох MK з одним СОМ-портом Резистор R1 обмежує загальний струм через внутрішні діоди MK на рівні 02 .. 04 мА

Рис 44 Схеми ізольованого введення сигналів з СОМ-порту в MK (початок):

а) ізоляція кіл СОМ-порту за допомогою інтегральних ключів мікросхеми DA1 фірми Maxim Integrated Products Для нормальної роботи потрібні три джерела живлення: +5 В (1), + 10 В, -10 У відносно ланцюга GND розєму СОМ-порту і одне джерело живлення +5 В (2) щодо «землі» MK Замість лінії TxD може використовуватися будь-яка інша вихідна лінія СОМ-порту, слід тільки враховувати інвертування сигналу мікросхемою DA1 \

б) паралельний оптоізолірованний знімання інформації з вихідний лінії СОМ-порту, зокрема, з DTR Діод VD1 призначений для захисту оптопари VU1 від великого негативного напруги і, відповідно, для зниження струмового навантаження на СОМ-порт

Рис44 Схеми ізольованого введення сигналів з СОМ-порту в MK (закінчення):

в) резистор R1 задає струм через випромінювач оптопари VU1 Світлодіод HL1 захищає оптопару від негативної напруги, а також показує вимкнений стан оптопари і забезпечує приблизно однаковий струм в ланцюзі TxD незалежно від полярності сигналу

г) аналогічно Рис 44, в, але без світлової індикації і із збільшеною швидкістю передачі даних у звязку із застосуванням інтегральної оптопари VU1

д) аналогічно Рис 44, б, але з іншими номіналами елементів і з заміною внутрішнього «pull-up» резистора MK зовнішнім навантажувальним резистором R2 \

е) аналогічно Рис 43, до, але з гальванічною опторазвязкой

Рис 45 Схеми неізольованого виведення сигналів з MK в СОМ-порт (початок):

а) найпростіша схема сполучення без інверсії сигналу Стабилитрон VD1 спільно з резистором R1 захищає MK на випадок помилок в монтажі зєднувального кабелю СОМ-порту

б) буферний транзистор VT1 інвертує сигнал, що дозволяє використовувати на виході MK лінію TxD каналу UART На колекторі транзистора VT1 формуються рівні, близькі до напруги харчування +5 В і до загального проводу Таке «низьковольтне» рішення ефективно при невеликих відстанях до компютера 1 .. 2 м

Рис 45 Схеми неізольованого виведення сигналів з MK в СОМ-порт (продовження):

в) буферний транзистор VT1 інвертує сигнал і формує на своєму колекторі рівні, близькі до напруги харчування +12 В і до загального проводу Резистор R2 закриває транзистор VT1 при рестарт MK

г) аналогічно Рис 45, б, але з транзистором VT1 структури р-п-р Резистор Л2формірует «нульовий» уровеньдля СОМ-порту при закритому транзисторі VT1 \

д) аналогічно Рис 45, б, але на польовому транзисторі VT1

е) пару з СОМ-портом через ОУ DA1, який працює в режимі компаратора напруги Двухполярной харчування ОУ способствуеттому, що вихідні рівні сигналу RxD стають близькими до ± 12 В

ж) ОУ DA1 отримує харчування ± 10 В від вихідних ліній СОМ-порту RTS, DTR На них програмно повинні встановлюватися напруги позитивної (RTS) і негативною (DTR) полярності

з) ОУ DA1 служить неінвертірующім підсилювачем Коефіцієнт передачі визначають резистори R1 R2 Харчування мікросхеми DA1 ± 10 В виробляється від противофазно налаштованих в програмі ліній СОМ-порту RTS, DTR Діодний міст VD1 .. VD4обеспечівает правильну полярність подачі живлення Сигнали на лініях RTS, DTR можуть бути як постійними, так і імпульсними, але обовязково інверсними по відношенню один до одного

і) аналогічно Рис 43, л, але MK працює на передачу інформації

к) тригер Шмітта DD1 є захисним буфером для MK Його можна замінити мікросхемою K561JIA7 або іншими инверторами / повторителями із серії 74HCxx Стійкість роботи при довгому сполучному кабелі перевіряється експериментально

Рис 46 Схеми ізольованого виводу сигналів з MK в СОМ-порт (початок):

а) гальванічна ізоляція на оптопаре VU1 Харчування +5 В для транзистора оптопари забезпечує сам СОМ-порт через стабілізатор DA1 У компютерній програмі треба передбачити установку позитивного напруги хоча б на одному з виходів DTR, RTS, CTS

б) в початковому стані транзистор оптопари VU1 закритий і на вхід RxD надходить негативна напруга з лінії TxD Якщо транзистор відкритий, то на вхід RxD надходить позитивне напруга з лінії DTR Резистор Л2устраняет наводки і перешкоди в ланцюзі бази VU1 \

в) оптопари VU1, Г6 £ включаються протівофазного сигналами з двох виходів MK Відповідно, в ланцюг RxD надходить або позитивне (+5 .. +10 В, RTS), або негативне (-5 .. – 10 В, DTR) напруга Резистором R1 підбирається струм через діоди обох оптопар

г) оптична розвязка через швидкодіючу мікросхему DA1 (швидкість до 10 Мбіт / с) Резистор R2 служить навантаженням каскаду з відкритим колектором Резистор R1 обмежує струм внутрішнього світлодіодного випромінювача DA1 Харчування +5 В подається окремо від MK

д) ізоляція кіл СОМ-порту за допомогою інтегральних ключів мікросхеми DA1 фірми Maxim Integrated Products Для нормальної роботи потрібні три напруги живлення: +12 В, -12 У відносно ланцюга GND розєму СОМ-порту і +5 В відносно загального проводу MK

ж) елементи HL1 і BL1 використовуються від компютерної механічної «миші» Транзистор VT1 підсилює і інвертує сигнал Фототранзистори в збірці BL1 включаються паралельно, щоб підвищити чутливість Лінії RTS і DTR служать джерелом живлення

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)