برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

شرح :

از طریق پورت سریال شما میتوانید تبادل اطلاعات با avr-microcontroller و كامپیوتر داشته باید. تقریبا همه avr-microcontroller    یک  UART(Universal Asynchronous Reciever/Transmitter)داخلی دارند (ناهنگام‌ همگانی   دریافت کننده/فرستنده‌) بر روی خود میکرو کنترلر (برای قبول at1200 attiny و برخی microcontrollers). انتقال اطلاعات از میان  microcontroller و كامپیوتر به صورت سریال و آسنکرون (مختلف‌ الزمان)‌ است, سریال بدان معنی است كه بیت ها یکی پس از دیگری ارسال می شوند , و آسنکرون‌ بدان معنی است كه هیچ علامت‌ زمان‌(Clock) در ابتدا یا انتهای اطلاعات ارسال یا دریافت نمی شوند. یک بایت‌ در 10 بیت ارسال می شود ،1 بیت شروع و 8 بیت اطلاعات و 1 بیت ایست ، همانطور که در شکل زیر می بینید.

 

 

این معیار استاندارد ارسال ‌دادهها سریال نامیده می شود که معیار RS232" "نام دارد.طبق این موازین(" صفر "0) منطقی سطح ولتاژی میان) -15V) و(-5V) دارد و " 1 " منطقی بین(5V+) و سطح ‪(+15V) دارد. avr-microcontrolers از 5ولت پالس سطح TTL  برای ارسال اطلاعات استفاده می کنند. بنابراین سیگنال ها در ابتدا می بایست که تبدیل شوند و این مى تواند به وسیله max232 ,امکان پذیر باشد و فقط به یک منبع ولتاپ 5 ولت نیاز دارد برای تبدیل علامت‌ سطح TTL  به سطح rs232 و بلعكس .

 

نکته: مخابره اطلاعات از طریق‌ rs232  به دستگاهها می تواند حد اکثر تا 15 متر انجام گیرد .بیشتر از از به خاطر تلفات انرژی امکان پذیر نمی باشد.

 

» سخت افزار

در شکل زیر می توانید شماتیک اتصال یک مبدلRS232   را با یک AT  میکروکنترلر  مشاهده کنید.

 

 

» نرم افزار

از طریق نرم افزار BASCOM شما به راحتی می توانید دستوراتتان را روی میکروکنترلر AVR  بنویسید (نرم افزاری است برای ارتباط با avr-microcontroller )زیرا بیس کام چند فرمان برای ارتباط سریال دارد. برای مثال در زیر برنامه ای وجود دارد, که با زحمت کمی می تواند روی میکروی شما بارگیری شود. این برنامه در ترمینال متن چاپ کرده است.برای آزمایش برنامه شما می توانید از شبیه ساز بیسكام یا hyperterminal, یا برنامه ای که در انتها قرار داده شده است استفاده کنید.

تنظیمات برای پورت Com  به شرح روبرو هستند:

: COM1,9600,N,8,1.

AVR BASCOM Code

فرق پروتکل rs232 و پروتکلrs485



مقدمه :

امروزه از دهها نوع واسط ارتباط سریال استفاده می شود که بیشتر برای استفاده در شبکه های صنعتی و کاربردهای خاص توسعه داده شده اند. تعدادی از مشهورترین آنها می توان به I2C , CAN , LAN , SPI , Flex , MOST و I2S اشاره کرد. سپس اترنت و USB و دیگر رابط های پرسرعت سریال مانند FireWire و HDMI را می توان مثال زد. دو تا از قدیمی ترین واسط های سریال RS232 و RS485 هستند. هرچند این پروتوکل ها قدیمی هستند اما هنوز در برنامه های کاربردی بسیاری مورد استفاده قرار می گیرند.

 

واسط های سریال :

هدف کلی یک واسط سریال ارائه یک مسیر برای انتقال دیتا به صورت بی سیم و یا  بر روی کابل است. گذرگاه موازی (Parallel) هنوز در برخی از کاربردها استفاده می شود. اما از آنجایی که امروزه حجم داده های بسیار زیاد شده است برای انتقال داده ها باید از روشی استفاده شود که خیلی پرسرعت تر باشد و آن استفاده از ارتباط سریال است که توانایی انتقال داده با سرعت بالاتر و در مسیرهای طولانی تر را دارد.

واسط های سریال می توانند سطوح منطقی استاندارد را بین فرستنده و گیرنده ایجاد کنند ، محیط انتقال و کانکتورها و مشخصه زمانی و نرخ داده را تعریف کنند. در برخی از موارد آنها می توانند ارتباط سریال را به موازی و ارتباط موازی را به سریال تبدیل کنند.

استاندارد RS در لایه فیزیکی ارتباط سریال به کار گرفته می شوند. تعریف سطح منطقی ، محیط انتقال و کانکتورها بخش لایه فیزیکی (PHY) و یا لایه شماره 1 از مدل شبکه میان ارتباطی باز یا OSI مخفف Open Systems Interconnection است. هر مورد اضافه مانند دستکاری داده ها بخش لایه کنترل دسترسی میانی (MAC) یا لایه 2 مدل OSI است.

پروتکل RS232 :

یکی از قدیمی ترین واسط های سریال به طور عام RS232 نامیده می شود. این واسط در اصل در سال 1962 به عنوان راهی برای اتصال تجهیزات پایانه های دیتا (DTE) مانند متصل کردن چاپ کننده پیغام های تلگراف الکترومکانیکی به تجهیزات ارتباطی دیتا (DCE) طراحی شد. در سال های بعد از این روش برای ارتباط ویدئوها ، کامپیوترها و مودم ها نیز استفاده شد. اولین رایانه های شخصی که به RS232 به داشتن پورت سریالی برای ارتباط با یک پرینتر یا دستگاههای جانبی دیگر معروف بودن. امروزه از RS232 در تجهیزات جانبی رایانه ها ، ابزارهای علمی و انواع تجهیزات کنترل صنعتی استفاده می شود.

نام رسمی این استاندارد: انجمن صنایع الکترونیک / انجمن صنایع مخابرات یا EIA/TIA-232-F مخفف (Electronic Industries Association/Telecommunications Industries Association) است. حرف F در انتهای نام مشخص کننده آخرین به روز رسانی این استاندارد است.

استاندارد سطح منطقی 1 را در ولتاژ بین -3 و -25 ولت و سطح منطقی صفر را در بین +3 و +25 ولت تعریف می کند (مانند شکل پایین). به عبارت دیگر منطق یک نمایانگرسطح منفی و منطق صفر نمایانگر سطح مثبت می باشد. سطح منطقی یک ، حالت گذار  یا وضعیت ساکن می گویند وبه منطق صفر حالت آزاد یا فاصله می گویند. ولتاژ بین +-3 ولت نامعتبر است که این فاصله 6 ولتی حاشیه ی امنیتی بزرگی از لحاظ نویز پزیری برای واسط ایجاد می کند. به عبارت دیگر نویزهایی با ولتاژ بین -3V و +3V روی سیستم هیچ تاثیری ندارند. (البته این مسونیت در کابل های با ظرفیت خازنی پایین و یا کابل های تا طول 20 متر است). واسط RS232 به صورت تک پایانه عمل می کند. به این معنی که تنها می توان یک فرستنده و یک گیرنده در یک واسط RS232 داشت (برای شبکه کردن تجهیزات نمی توان استفاده کرد)



 

کابل مورد استفاده در پروتکل RS232 حداقل باید دارای 3 رشته سیم باشند که یک سیم برای خط ارسال داده یا TX و یک سیم برای خط دریافت داده یا RX و سیم سوم نیز به عنوان سیم ولتاژ مرجع استفاده می شود. این کابل واسط می تواند از سیم های موازی ساده یا از سیم های جفت به هم تابیده شده باشند. طول کابل حداکثر نرخ انتقال داده (انتقال بیت در ثانیه) را محدود می کند و به طور کلی نباید از 15 متر تجاوز کند. با این حال طول کابل را در نرخ های انتقال پایین تر می توان طولانی تر در نظر گرفت. امروزه هدف اصلی این است که از کابلی استفاده شود که ظرفیت خازنی بین سیم هایش بیشتر از 2500Pf نباشد. که این باعث می شود تا نرخ انتقال داده تقریباً تا 20kbits/s قابل افزایش باشد. مثلا با کابل شیلد شده CAT-5 بدون خارج شدن از حوزه استاندارد می توان به طول کابل 50 متر، ویا با استفاده از کابل CAT6  می توان با با باود ریت 2400 به فاصله حدود 300 متر نیز دست یافت. در خطوط انتقال نیاز است تا امپدانس سمت فرستنده با امپدانس سمت گیرنده برابر باشند در غیر این صورت اختلاف پتانسیلی که بر اثر اختلاف امپدانس به وجود می اید باعث ایجاد یک جریان گردشی در خط انتقال داده می شود که این اتفاق باعث خراب شدن دیتای ارسالی می شود. حالا اگر طول کابل از یک حدی بیشتر شود نویزهای محیطی که در مسیر کابل قرار دارند دارای پتانسیل یکسانی نیستند و باعث اختلاف پتانسیل در دو سر کابل می شوند و به همین دلیل است که در RS232 طول کابل باید محدود باشد.

استاندارد یک کانکتور 25 پین به نام DB25 تعریف کرده است که برای ارسال و دریافت دیتا به صورت سریال در انواع خطوط کنترل طراحی شده است. البته این کانکتور کاربرد کمی دارد. اما در عوض امروزه از کانکتور 9 پین به نام DB9 بیشتر استفاده می شود.

 

در ابتدا نرخ انتقال داده بین تجهیزات الکترومکانیکی بسیار پایین بود. حداقل نرخ انتقال 75bits/s بود و معمولاً از نرخ انتقال 150bits/s و 300bits/s استفاده می شد. امروزه نرخ انتقال داده با استفاده از این پروتکل تا 115.2kbits/s می تواند افزایش یابد. نرخ های استاندارد عبارتند از 1200 ، 2400 ، 4800 ، 9600 ، 19200 ، 38400 و 115200 بیت بر ثانیه. در کابل های کوتاه کم ظرفیت (ظرفیت خازنی) نرخ انتقال داده می تواند تا چندین مگابیت بر ثانیه بدون اشکال انتقال یابد.

بیشترین طول [m]

بیشترین طول (FT)

نرخ Baud  (Bd)

15

50

19200

150

500

9600

300

1000

4800

900

3000

2400



 بسیاری از اتصالات RS232 یک طرفه یا simplex هستند. با این حال با استفاده از سیگنالینگ خاص و کنترل ولتاژهای موجود انتقال دو طرفه یا half-duplex امکان پذیر می شود.

کنترل سیگنال ها در واسط ارتباطی نوع پروتکل را برای ارسال و دریافت دیتا مشخص می کند. این سیگنال ها می گویند که دو تجهیز که با هم در ارتباط هستند در وضعیت اشغال ، ارسال ، آماده یا دریافت هستند. تجهیز فرستنده دیتا که به آن DTE گفته می شود و می تواند دستگاهی مانند کامپیوتر و تجهیز گیرنده دیتا که به آن DCE گفته می شود و می تواند دستگاهی مانند پرینتر باشد. حالا به پیغام هایی که توسط سیگنال های مورد استفاده در اتصال نه پین بین دستگاه فرستنده و دستگاه گیرنده مبادله می شود توجه کنید :

تشخیص حامل دیتا (DCD) : دستگاه DCE به DTE اعلام می کند که یک سیگنال ورودی معتبر دریافت می کند.

آماده بودن دیتا (DSR) : دستگاه DCE به DTE اعلام می کند که متصل شده است و آماده دریافت است.

دریافت دیتا (RD) : این یک سیگنال واقعی است که از DTE دریافت شده است.

درخواست برای ارسال (RTS) : این یک سیگنال از DTE است که به DCE اعلام می کند آماده انتقال دیتا است.

انتقال داده (TD) : این سیگنال انتقال داده شده از DTE است.

ترخیص به ارسال (CTS) : این خط از DCE به DTE اعلام می کند که برای دریافت دیتا آماده است.

آمادگی پایانه دیتا (DTR) : این خط از DTE به DCE نشان دهنده آمادگی برای ارسال و یا دریافت داده ها است.

شاخص حلقه (RI) : این خط در اتصال به مودم های قدیمی تر مورد استفاده قرار می گرفت ، اما امروزه استفاده نمی شود.

سیگنال زمین : از این اتصال برای ایجاد زمین مشترک برای تمام سیگنال ها استفاده می شود.

در شکل پایین اتصالات کابل از DTE به DCE نشان داده شده است. به اتصال بین پین های خط کنترل توجه کنید. سیگنال های روی این پین ها در پاسخ به یکدیگر در پروسه ای که به آن کنترل جریان یا دست دادن (handshaking) گفته می شود (عمل handshaking توسط سیگنال های کنترلی RTS و CTS انجام می شود) رخ می دهد.

 

اغلب تجهیزات سریال از رابط سریالی استفاده می کنند که به آن فرستنده گیرنده ناهمزمان جامع (UART) مخفف universal asynchronous receiver transmitter گفته می شود. این آی سی معمولاً از خط فرستنده و مدار گیرنده مجزا است و این امکان را به وجود میاورد که در یک لحظه یک کلمه دیتا با تعداد بیت بیشتر از 8 تا را ارسال کند. وظیفه آی سی UART تبدیل سریال به موازی و موازی به سریال ، اضافه کردن بیت های شروع و پایان و بیت علامت به ابتدا و انتهای بایت های داده ، بیت تشخیص خطا و ایجاد نرخ داده می باشد.

داده اغلب از کاراکترهای ASCII تشکیل شده است ، اما هر کلمه می تواند با تعداد بیشتر از 8 بیت انتقال یابد (به شکل زیر توجه کنید). UART معمولاً می تواند اندازه های مختلف یک کلمه دیتا را پیکربندی کند (بین 5 تا 8 بیت) ، تعداد 1 یا 1.5 یا 2 بیت توقف به کلمه دیتا اضافه کند ، و یا نوع (فرد یا زوج یا عدم وجود) بیت توازن (parity) را کنترل کند. نرخ داده بین 75bits/s تا 115.2kbits/s قابل انتخاب است.

 

پروتکل RS485 :

این پروتکل نیز با استاندارد EIA/TIA تعریف شده است ، این واسط حالا TIA-485 نیز نامیده می شود. از این پروتکل نه تنها برای ارتباط سریال بین دستگاه و دستگاه استفاده می شود بلکه از آن برای ارتباط سریال بین چندین دستگاه نیز می توان استفاده کرد. پیکربندی و مشخصات و دامنه نرخ انتقال دیتا در آن بسیار فراتر از قابلیت های پروتکل RS232 است. در پروتکل RS485 از تفاضل ولتاژ روی دو خط انتقال استفاده می شود. به طوری فرستنده و گیرنده از نوع تفاضلی هستند.

سطح منطقی یک از -200mV بزرگتر است و سطح منطقی صفر از +200mV بزرگتر است. یک سطح ولتاژ در یک خط انتقال نوعی از حداقل +-1.5V و تا حداکثر +-6V هستند. میزان حساسیت ورودی گیرنده +-200mV است. نویزهای در محدوده ی +200mV و -200mV بر روی خط انتقال دیتا بی تاثیر هستند. فرمت تفاضلی اساساً تاثیر نویز را بر روی سیستم انتقال از بین می برد. به این ترتیب که فرستنده تفاضلی روی خط 1 سیگنال TXD را ایجاد و روی خط 2 سیگنال معکوس سیگنال فوق را ایجاد می کند. گیرنده نیز تفاضل این دو سیگنال را به RXD دستگاه تحویل می دهد. به این صورت نویزهای محیط که به صورت مشترک روی دو سیم 1 و 2 قرار می گیرند در ورودی گیرنده تفاضلی حذف می شوند ، اما سیگنال اصلی که با دامنه معکوس روی دو سیم ارسال شده اند با صحت کامل در گیرنده دریافت می شوند. همچنین به این شیوه اثر تشعشع خط فرستنده روی گیرنده نیز از بین می رود.

طبق استاندارد کابل مورد استفاده باید از نوع زوج به هم تابیده باشد (در این نوع کابل بدلیل موقعیت فیزیکی کابل، در هر چرخش، تاثیر نویز کاهش پیدا می کند) و می تواند حداقل دارای دو سیم باشد ، اما یک سیم نیز به عنوان مرجع استفاده می شود. در مواردی که انتقال به صورت دوطرفه همزمان (full-duplex) انجام می شود از یک سیم چهارم نیز در کابل واسط استفاده می شود. کابل واسط ممکن است دارای غلاف (shield) یا بدون غلاف باشد ، که کابل بون غلاف رایج تر است. مشخصه امپدانس نامی معمولاً 100 یا 120 اهم است. برای اطمینان از وضعیت خط مقاومت های انتهای خط مورد نیاز هستند ، که از بروز خطا در دیتا جلو گیری شود.

در استاندارد کانکتور خاصی برای RS485 معرفی نشده است. در این پروتکل از کانکتورهای معمولی می توان استفاده کرد.

طول کابل مقدار حداکثر نرخ انتقال دیتا را مشخص می کند. اما به دلیل سطح ولتاژ منطقی پایین تر و استفاده از سیستم تفاضلی ، نرخ انتقال با توجه به طول کابل می تواند تا 10Mbits/s افزایش یابد. معمولاً طول کابل می تواند تا 1200 متر در نظر گرفته شود. در کابلی با طول 1200 متر می توان دیتا را با نرخ 100kbits/s انتقال داد. به عنوان راهنما برای تعیین اندازه طول کابل و نرخ انتقال دیتا از یک اصل کلی استفاده می شود و آن اصل عبارت است از حاصل ضرب طول کابل بر حسب متر در نرخ انتقال داده بر حسب بیت بر ثانیه نباید از 108 بیشتر شود. به عنوان مثال در یک کابل به طول 20 متر نرخ داده حداکثر باید 5Mbits/s باشد.

واسط RS485 می تواند با یک کابل تک زوج در ارتباط ساده نیمه دو طرفه (half-duplex) مورد استفاده قرار گیرد. در ارتباط دو طرفه کامل (Full-duplex) که در آن هر دو تجهیز می توانند هم زمان داده ارسال و دریافت کنند با استفاده از یک کابل دو زوج (چهار سیمه) انجام می شود. معمولاً پروتکل RS485 به صورت یک گذرگاه چند نقطه ای و یا به صورت شبکه پیکربندی می شود. استاندارد حداکثر 32 فرستنده و 32 گیرنده را برای پیکربندی در یک شبکه مشخص کرده است. برای استفاده از ماژول های بیشتر و همچنین برای دستیابی به فواصل طولانی تر باید به ازای هر 200 متر یک تکرار کننده یا REPEATER جهت تقویت و بازسازی سیگنال قرار داده شود. هنگامی که در خط انتقال هیچ انتقال داده ای صورت نمی گیرد فرستنده ها از خط جدا هستند. تمام گیرنده ها به خط متصل هستند و انتهای خط گذرگاه داده نیز با یک مقاومت بسته می شود.

 

استاندارد پروتکل ارتباطی خاصی را تعریف نکرده است. استاندارد پروتکل UART است که گاهی اوقات استفاده می شود. در اکثر کاربردها یک پروتکل منحصر به فرد در همان کاربرد تعریف شده است.

در عمل چند تغییرات برای این دو استاندارد یافت می شود. استاندارد RS422 که تغییر یافته ی استاندارد RS485 است قادر است تا 10 گیرنده را پشتیبانی کند و ولتاژ سطح منطقی آن +-2V تا +-6V است. استاندارد RS423 نیز یک رابط سریال است که توسط یک زوج سیم (یک خط برای انتقال داده و یک خط برای زمین مشترک استفاده می شود) داده ها را انتقال می دهد. این استاندارد دارای یک ورودی تک انتهایی و تا حداکثر 10 خروجی تفاضلی است. ولتاژ سطح منطقی RS423 در صفر منطقی برابر 3.6V تا 6V و در یک منطقی برابر -3.6V تا -6V است. با وجود این سطوح ولتاژ سرعت انتقال در استاندارد RS423 حدود چهار برابر بیشتر از استاندارد RS232 است.

کاربردها :

استاندارد TIA-232 در حاضر برای طیف گسترده ای از کاربردهای انتقال داده با نرخ دیتای کم و مسیر کوتاه استفاده می شود. از این استاندارد به ویژه در محیط های پر نویز مانند کارخانه ها استفاده می شود. طول کابل معمولاً باید کمتر از 20 متر باشد. بنابر این در تجهیزاتی مانند مودم های کم سرعت ، تجهیزات کنترل صنعتی مانند PLCها و ابزار و ماشین آلات مانند CNCها ، روبات ها ، تجهیزات جانبی کامپیوتر و همچنین ارتباط میکروکنترلر با کامپیوتر (با استفاده از آی سی MAX232)مورد استفاده قرار می گیرد.

رابط TIA-485 نیز در کاربردهای با سرعت بالاتر و مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می گیرد. از این استاندارد در بسیاری از موارد به همراه استاندارد RS232 استفاده می شود مانند پایانه ای فروش (POS) ، ابزارهای اندازه گیری ، ماشین های بزرگ اتوماسیون. در شبکه هایی که به صورت گذرگاه داده تعریف شده اند مانند PROFIBUS و MODBUS نیز از این استاندارد استفاده می شود.

در جدیدترین تجهیزات از رابط USB به طور گسترده استفاده می شود. با این حال آن نیاز دارد تا از یک رابط به یک رابط دیگر تبدیل شود تا بتوان از تجهیزات دیگر استفاده شود.مبدل های مختلفی که در دسترس هستند عبارتند از مبدل USB به TIA-232 یا TIA-485 ، TIA-232 به TIA-485 ، و بالعکس.

خلاصه :

به طور کلی RS-232 برای مسافت های کوتاه استفاده می شود. ساده و کم هزینه می شود و برای استفاده از آن قطعات فرستنده و گیرنده و آی سی های UART و رابط ها به طور گسترده در دسترس هستند. برخی از فرستنده ها اجازه سرعت انتقال تا 2 یا 3 مگا بیت بر ثانیه را می دهند. اغلب آی سی ها شامل مبدل DC به DC هستند که می توانند تغذیه های مثبت و منفی را برای تغذیه آی سی های مورد نیاز تعمین کنند.

از RS485 در کاربردهایی که نیاز به انتقال دیتا به فواصل دور و با سرعت بیشتر و با قابلیت شبکه شدن تجهیزات به صورت دو طرفه است استفاده می شود. برای این استاندارد هم قطعات مورد نیاز در دسترس هستند. در این استاندارد فرستنده و گیرنده ها را می توانند در یک شبکه تا 32 دستگاه افزایش داد و سرعت انتقال دیتا بین این دستگاهها می تواند تا 40Mbits/s افزایش یابد. همچنین در اینجا هم آی سی های مبدل DC به DC وجود دارند که می توانند ولتاژ تغذیه مورد نیاز را تولید کنند.

منبغ مورد استفاده:http://www.elmicro.ir

http://eleele.blogfa.com/post-729.aspx

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :