Přednáška UART, RS232, 422, 485

Přednáška UART, RS232, 422, 485

A4M38AVS Aplikace vestavěných systémů ,2013, J. Fischer, katedra měření, ČVUT - FEL, Praha

A4M38AVS, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření

1

STM32F100 - UART

Nested Nestedvect vectIT ITCtrl Ctrl

11xxSystick SystickTimer Timer 11xxDMA DMA 77Channels Channels

CRC CRC

FlashI/F I/F Flash

ARMLite LiteHi-Speed Hi-SpeedBus Bus ARM Matrix / Arbiter (max 24MHz) Matrix / Arbiter (max 24MHz)

Sériová komunikace: UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter USART Universal synchronous -Asynchronous Receiver Transmitter UART Power Cortex-M3 PowerSupply Supply Cortex-M3 (USART) Reg 1.8V CPU 16-128kB Reg 1.8V CPU 16-128kB POR/PDR/PVD 24 MHz Flash Memory POR/PDR/PVD 24 MHz Flash Memory v STM32F100 XTAL XTALoscillators oscillators 32KHz 32KHz++3~25MHz 3~25MHz napěťové 4kB-8kB 4kB-8kBSRAM SRAM Int. RC oscillators Int. RC oscillators JTAG/SW JTAG/SWDebug Debug 40KHz úrovně 0, +3 V 40KHz++8MHz 8MHz 20B 20BBackup BackupRegs Regs

Clock ClockControl Control Bridge Bridge

Up Upto to80 80I/Os I/Os 1x 1xSPI SPI 1x 1xUSART/LIN USART/LIN Smartcard/IrDa Smartcard/IrDa Modem-Ctrl Modem-Ctrl


(max 24MHz)

Up Upto to16 16Ext. Ext.ITs ITs

ARM Peripheral Bus

1x6x 1x6x16-bit 16-bitPWM PWM

Synchronized SynchronizedAC ACTimer Timer

Bridge Bridge

PLL PLL

RTC RTC//AWU AWU 2x 2xWatchdog Watchdog

ARM Peripheral Bus

(independent (independent&&window) window)

(max 24MHz)

33xx16-bit 16-bitTimer Timer

1x16-bit 1x16-bittimer timerwith with22 IC/OC/PWM IC/OC/PWM 2x16-bit 2x16-bittimer timereach each with 1 IC/OC/PWM with 1 IC/OC/PWM

HDMI HDMICEC CEC 2x 2xSPI SPI

22xx12bit 12bitDAC DAC 1x 12-bit ADC 1x 12-bit ADC 16 16channels channels// 850ksps 850ksps

2x 2xUSART/LIN USART/LIN Smartcard Smartcard//IrDa IrDa Modem ModemControl Control

Temp TempSensor Sensor

2x 2xI2C I2C

2

Obvod UART vyslání znaku ´1´ doba = 10 x ( 1 / Br ) , nast. - 8 dat, 1 stop bit

UART sériový přenos dat synchronizace – start bit do 0 datové bity začíná se od D0 (LSB !) přenos typicky 8 datových bitů D0 až D7)

1/ Br

31 = "1"

Možná nastavení: (vždy jen – 1 start bit) 5 až 8 datových parita ( žádná, sudá, lichá) stop bity (1, 1,5, 2 ), v některých obvodech UART i 9 bitů

1

0

0

0

1

1

0

přenos jednoho znaku 1

2

3

4

T

D0

D1 D2

0

stop

start

start D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 stop

"S"

5

6

7

8

9

10

D3

D4

D5

D6 parita stop

1

přenos dalšího znaku

0 start

start

přenos 7 dat, parita, 1 stop) Nastavení na cvičení: 8 datových, bez parity, 1 stop bit znak

znak

znak

znak

přenos více znaků, prodlevy A4M38AVS, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření

3

Modulační rychlosti Modulační rychlosti používané pro přenos pomocí UART nejčastěji používaná rychlost 9600 Bd (Baudů) UART v STM32F100 podporuje i vyšší rychlosti 50 300 stovky kBaud T


2 400

19 200

75

600

3 600

28 800

110

1200

4 800

38 400

134.5

1 800

7 200

57 600

150

2 000

9 600

115 200

4

Rozhraní RS-232 Přenos dat sériovým kanálem s využitím UART (na PC COM port) mezi dvěma zařízeními, přenos typu bod – bod Rozhraní RS-232 pro zvýšenou šumovou imunitu (šum. imunita -viz. min.před.) (napětí na výstupu budiče vysílače UOH = 5 V až 15 V, UOL = - 5 V až - 15 V na vstupu přijímače UIH = 3 V až 15 V, případně UIL = - 3 V až - 15 V klidová nap. úroveň na vodiči data TXD log 1 (! pro kontrolu funkčnosti ve cv.) tedy UOL = - 5 V až - 15 V záporné napětí (velikost podle typu budiče) při přenosu se objevují kladné napěťové úrovně UOH = 5 V až 15 V (podle -“-) přenos dat v negativní logice – budič vysílače a přijímač jsou invertující přenos řídících signálů – v pozitivní logice MAX 232

MAX 232

TxD

RxD US


MP1

MP2

RxD

TxD

5

RS-232 INTERFACE (materiál TI) +12 V

+5 V

+5 V to 15 V

'0' +3 V

RS

0V CL

-12 V

-3 V -5 V to -15 V

'1' max. 1 ms

Unbalanced circuitry Output drive voltage: Logic “0” = 5 … 15V; Logic “1” = -5 … -15V Receiver level: Logic “0” > 3V: Logic “1” < -3V


Output voltage slew rate max. 30V/µS (EMI !) Maximum data rate: 20kbps (120 kbps de facto standard) Load capacitance < 2500 pF includes receiver input (approx.. 15 - 20 m cable length)

6-5

6

Signály RS-232 č. kontaktu v konektoru DSUB- 9 označ. název signálu význam FG Frame ground ochranná zem 3 TXD Transmit Data výstup vysílaných dat 2 RXD Receive Data vstup přijímaných dat 7 RTS Request to Send DTE může přijímat data z DCE 8 CTS Clear to Send DCE může přijímat data z DTE a vysílat je 6 DSR Data Set Ready DCE je připraveno 5 SG Signal Ground signálová zem 1 DCD Data Carrier Detect DCE rozpoznalo funkční připojení linky 4 DTR Data Terminal Ready DTE je připraveno k funkci 9 RI Ring Indicator DCE indikovalo výzvu (vyzvánění) V úloze na cvičení využití pouze datových signálů TXD a RXD signály RTS, CTS, DSR mohou být používány pro řízení přenosu (handshake) alternativní způsob handshake „XONN“ , „XOFF“ s využitím pouze signálů TxD a RxD posílání řídicích znaků A4M38AVS, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření

7

Rozhraní RS-232 Použitelnost RS -232 pro přenos na vzdálenost jednotek metrů, (pro 9600 Bd typ. - 12 metrů) Měření osciloskopem na rozhraní RS- 232 zem osciloskopu – na GND procesoru, živý vstup osciloskopu- hrot sondy na měřený signál ( jasné,.. ale…minulé zkušenosti). pozor – v PC („set top“) GND RS232 bývá propojena na GND PC, ochranný vodič – kolík v zásuvce, propojení zařízení dalším signálem, např. může být problém při měření s napájením zařízení při použití starého dvouvodičového rozvodu napájecí sítě ( 230 V/50 Hz) osciloskop – GND ochrana (napájení) propojení GND vstupu osciloskopu (výklad tabule)


8

Rozhraní RS-232, převod UART- USB Převodníky USB – RS-232 použitelnosti 500 kBaud, (konektor RS-232 převodníku přímo do konektoru RS232 mikropočítače, bez kabelu) omezení rychlosti – problém – budič RS-232 hrany, přídavná zátěž kapacitou kabelu) Pozn. použití rozhraní UART mezi mikropočítači s přenosem v úrovních TTL či UART – převodník UART/USB v úrovních TTL (CMOS) i jednotky MBaud Obvody firmy FTDI typu FT232B, FT232R, FT2232D USB – Full speed FT2232H – USB High speed STM32

UART

TxD RxD TTL úrovně

FT232R UART/ USB

USB

Převodníky USB- RS232 – (např. obvod FT232RL doplněný MAX232 – převodník úrovní) (poč. obchody cena 200 Kč +, nejblíže např. www.nc.cz) potřeba pro úlohu


9

Realizace rozhraní RS- 232 na cvičení Převodník úrovní TTL/ RS-232 obvody obdobné MAX 232, konkrétně ADM232L Analog devices, napájení +5 V ( funkční i při + 3 V- mimo kat. parametry)


10

Vysílač, přijímač RS-232, pojmy Pojem „vstup vysílače“, „výstup přijímače“ +5V

ADM 232 L Tx in

Tx out

vysílač

1 2 3 4

RS 232 2

Rx out přijímač

Rx in

3

Tx D Rx D

5 6 7 8

C1 + V+ C1 C2 + C2 VT2out R2in

Vcc GND T1out R1in R1out T1in T2in R2out

16 15 14 13 12 11 10 9

STM32F100 UART Rx D Tx D

5

Vysvětlení (analogie) ruční vysílačka, vstup vysílače – akustický signál - mikrofon – výstup vysílače (anténa) vstup přijímače (anténa) – výstup přijímače (reproduktor) RxD přijímaná data - data na vstupu mikroproc. (z R out - ADM232) TxD vysílaná data – data na výstupu mikroproc. (do T in ADM232) A4M38AVS, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření

11

Konektory pro RS-232

1 2 3 4 5

Rx D Tx D

GND

GND

Rx D Tx D

konektor COM – port na PC, DSUB 9 ( Cannon konektor 9 pinů, kolíky) 3 TXD Transmit Data výstup vysílaných dat 2 RXD Receive Data vstup přijímaných dat deska mikropočítače připojena prodlužovacím kabelem – propojení pin č. 2 dutinka č. 2 na kolík č. 2 kabelem propojení DSUB 9 dutinky na kolíky. propojení 1 na 1, 2 na 2,…

5 4 3 2 1 +5V

6 7 8 9 pohled na kolíky (PC)

ADM 232 L

9 8 7 6 pohled na dutinky (vývojový kit uP)

1 2 3 4

2 3

Tx D Rx D

5 6 7 8

C1 + V+ C1 C2 + C2 VT2out R2in

Vcc GND T1out R1in R1out T1in T2in R2out

16 15 14 13 12 11 10 9

Rx D Tx D

5


12

UART a rozhraní RS-422 Rozhraní RS 422 možnost zvýšit rychlost přenosu až na: 10 Mb/s (vedení o délce několika metrů), 2 Mb/s při délce vedení 60 m 100 kb/s při délce vedení 1200 m. Diferenciální budiče – vstup. sig. – převod na rozdílové napětí UD pro Di = H výstup A připojí na napájení + 5 V a B na GND (zem) vysílače . pro Di = L naopak. Vedení – kroucený dvoudrát. Zakončení odporem dle char. imped. ved Z0. obvykle 100 až 120 Ohmů Pro propojení dvou zařízení s UART – duplexní provoz – potřeba 2x RS- 422

Am26LS31 DI

A


+ UD

B GND1

Am 26LS32

RT

DO

GND2

13

Rozhraní RS-422 odolnost proti rušení  Diferenciální přijímač rozliší rozdílové napětí 200 mV. Funkční i při přítomnosti souhlasného rušivého napětí (rozdíl potenciálu GND1 a GND2) na vstupu až ± 7 V. RS 422 - pro sériový přenos od vysílače obvykle k jednomu přijímači. RS 422 je vhodné i pro paralelní přenos tam, kde se požaduje vysoká rychlost přenosu informace. Např. přenos 8 datových signálů paralelně pomocí 8-mi rozhraní RS-422. Poznámka pro pomoc při vývoji: pro jednoduché případy (a pouze pro kontroly funkčnosti zařízení) a velmi malé vzdálenosti lze výstup A chápat jako neinvertující výstup v TTL logických úrovních (velikost napětí UOH závisí na použítí zakončovacího odporu) a napojit jej na vstup logického obvodu, Výstup B – chování jeko invertující výstup TTL Am26LS31 DI

A


+ UD

B GND1

Am 26LS32

RT

DO

GND2

14

Rozhraní RS-485 pro přenos pomocí UART Rozhraní RS-485 (podoba s RS- 422) propojení jednotek kroucený dvoudrát a GND ale obousměrná komunikace, zakončení na obou koncích odporem dle char. impedance vedení Z0. neaktivní jednotka má výstupy v třetím stavu (signál DE) na společné vedení – sběrnici – je možné připojit až 32 jednotek poloduplexní komunikace, nutná arbitráž, jednotka master řídící komunikaci Obousměrný budič např. 75176 možné použití i s napájením 3,3 V, např. obvod ADM 3485 Analog Devices

B

DI RO RE

A

A

DE

+ -

RT

RT

B T

T

T

T

Použití v průmyslových systémech pro přenos na větší vzdálenosti (10- ky až 100- ky metrů, použití i pro propojení jen dvou jednotek – nadřízená (master) a podřízená jednotka A4M38AVS, 2013, J.Fischer, ČVUT - FEL, kat. měření

15

Comparison of RS-422 and RS-485 (materiál TI) RS-422

RS-485 Rt 100 Ω

Rt 100 Ω

1 generator up to 10 receivers simplex operation -7V to +7V 4 kΩ 100 Ω < 150 mA to GND

Max common mode voltage Receiver input impedance Minimum generator load Generator short circuit current


Rt 100 Ω

up to 32 unit loads Half duplex operation -7V to +12V 12 kΩ 60Ω <250 mA to -7V / +12V

6-19

16

Přednáška UART, RS232, 422, 485

Recommend Documents