Большинство объектов управления и контроля на производстве в системах автоматики не обходится без телеуправления и телеконтроля. Другими словами современны объекты, механизмы управляются и контролируются посредством персонального компьютера, который может находится далеко от самих объектов. Скажим, такой пример, как управления печами в металлургии. Температура около печей достигает грндиозных отметок, человек в таких условиях не сможет работать, нажимать кнопки, задавать параметры машины. Ну и правильно, зачем пачкать руки и испытывать здоровье, когда есть автомат,  при помощи которого можно управлять объектами с теплого кабинета за чашкой чая. Привожу самый примитивный пример, который пришел в голову. Предположим, нужно управлять двигателем в тех самых условиях , возле металлургической печи. Не проблема. Ставим наш контролер (а ядро наша любимая AVR) не далеко от этого двигателя и тащим от контроллера три провода в уютный кабинет к ПК. Отсюда мы и будем управлять нашим двигателем через компьютер. Не только управлять, а и контролировать, например его ток через обмотки. Те три провода + некоторые детали и будут являться неким интерфейсом. Напомню интерфейс- связь, взаимодействие между чем- либо или кем - либо. В данном случае между контроллером и ПК.

  В этой статье мы рассмотрим интерфейс RS-232. Протокол обмена данных RS-232 – это последовательный интерфейс, предназначен для организации дуплексной (туда-сюда) связи МК с ПК. Это наиболее применимый интерфейс из всех существующих последовательных интерфейсов. Поскольку это последовательный интерфейс, то биты передаются по одному проводу один за одним: первый идет стартовый бит St (сигнализирует приемнику, что передача данных началась), затем 5-9 бит данных (чаще всего 8, так удобнее), бит проверки четности P (тут проверяется достоверность информации, на наличие ошибки) и наконец стоповый бит Sp (передача прошла успешно, все принято без потерь, приемник ждет новую посылку). Все это дело проиллюстрировано на рисунке 1.

 

Рисунок 1 Формат пасылки передачи данных в протоколе RS-232.

 

  И так, к главному, во всех микроконтроллерах AVR имеются в качестве периферийного узла блок UART (универсальный асинхронный приемо-передатчик), который и обеспечивает обмен данными по протоколу RS-232. Если микроконтроллеру нужно передать в ПК данное, то он просто засовывает его в специальный регистр UDR блока UART и это данное поступает в ПК бит за битом, последовательно. И наоборот, если ПК хочет передать данное МК, то послав данное оно попадает опять таки в регистр UDR блока UART. А у же дальше МК распоряжается с этим данным так, как диктует ему программа.

 

Таблица сравнения уровней TTL и уровней RS-232.

  Было бы все хорошо, если бы ни одно неудобство. У всех МК используется так называемая TTL логика (Транзисторно-Транзисторная Логика) и соответствующий им уровень напряжения, а в ПК уровень иной (показано в таблице).

 То есть, для того чтобы два оконечных устройства поняли друг друга, нужен некий преобразователь. Такой преобразователь есть и называется он микросхема МАХ232. Ее задача прообразовывать уровни TTL логики в уровни COM – порта. Микросхема MAX232 приведена на рисунки 2.

Если эту микросхему подключить так, как показано на рисунке 3, то получится наш RS-232. На рисунке:

выход RXd - вывод приема данных от передатчика;

выход Txd - линия передачи данных от передатчика к приемнику.

 

Рисунок 2 MAX232 внутренности микросхемы.    

  

  Конечно же мало кого интересует , что находится внутри этой микросхему. Поэтому перейдем к практически полезным вещам. Как показано на рисунке 3, линию Txd МК подсоединяем к входу Rxd ПК и наоборот выход Txd ПК подсоединяем ко входу Rxd ПК. Эти подсоединения идут посредством микросхемы MAX232? как это показано на рисунке 4. На этом же рисунки левая часть разем со стороны МК, правая разъем со стороны ПК. Со стороны ПК в качестве разъема используют обычный COM- порт и его 2,3 и 5 вывод. Нумерация выводов COM-порта отмечены  на нем же, поэтому здесь приводить не буду. Приобретете, посмотрите. Очень удобно микросхему преобразователя уравней MAX232 брать в смд-исполнении: минимизировать гобориты и упоковать всю эту схему (рисунок 4) в корпус COM -порта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 Соединения выводов в RS-232.

 

 

  Все что было описано выше имеет теоретический интерес. Практический интерес имеет схема на рисунке 4, которая у меня работает без сбоев. Можете распаивать , проверено!

  Это все о железках, теперь заставим работать RS-232 как нужно. То есть принимать и передавать данные в ПК.

Рисунок 4 RS-232, аппаратная часть.

 

   Алгоритм работы модуля  USART следующий: после инициализации самого модуля, процессор непрерывно спрашивает «А сейчас пуст буфер?». Имеется виду буфер приема и передачи данных UDR. И задает он этот вопрос в цикле, непрерывно, пока  буфер не очистится. Если он очистился (то есть письмо ушло к адресату), то процессор загружает туда новое данное и снова ожидает, когда оно уйдет. Сам буфер UDR представляет собой сдвиговый регистр. Попадая в него, данное выходит побитно, вперед старшим битом.  На самом деле UDR состоит из двух 8-битных регистров: один работает на прием данных, другой - на передачу. То есть два разных регистра носят одно и тоже имя и находятся по одному и тому же адресу пространства ввода/вывода. 

  Аналогично работает USART и по приему данных.

  Мы уже начали говорить о таком блоке МК как UART. Напомню, что это то главный узел в МК, который позволяет организовывать асинхронную последовательную приемо- передачу между МК и ПК. Попробуем как можно полнее и в тоже время кратко, пояснить работу этой периферии.

  Блок USART (UART) состоит из трех основных частей:  блок тактирования, блок передачи и блок приемника. Сами названия блоков поясняют их назначение.

  Для управления  блоками  USART используют три регистра: UCSRA (UCSRnA), UCSRB (UCSRnB) и UCSRC (UCSRnC). Формат каждого из них приведен на рисунках 5,6,7.

 

Рисунок 5 Формат регистра UCSRA и его биты                     Рисунок 6 Формат регистра UCSRB и его биты