RS-232
Vajalikud teadmised: [HW] Kontrollermoodul, [AVR] USART, [LIB] Jadaliides,
[LIB] Alfabeetiline LCD
Teooria
RS-232 on füüsilise andmesideliidese standard, mida kasutatakse binaarandmete edastamiseks. Standard on kasutusel peamiselt arvutite jadaportides, mida kutsutakse kõnekeeles ka “COM” portideks. Tänapäeval on RS-232 suures osas asendunud USB liidesega, kuid oma lihtsuse tõttu kasutatakse hobirakendustes RS-232 edukalt edasi, eriti veel siis, kui on olemas USB - RS-232 muundurid. RS-232 standard määrab ära pistikud, elektrilised parameetrid ja signaalide tähenduse, kuid mitte protokolli.
RS-232 liidest kasutatakse peamiselt koos UART nime kandva riistvaralise andmesidemooduliga, millel on protokoll standardiseeritud, kuid mis jällegi ei määra ära pistikuid jms. Seega RS-232 täiendab UART-i. Kuna UART on enamasti üks perifeeriamoodul mikrokontrolleris, mille digitaalsed sisendid-väljundid ei vasta RS-232 elektrilistele parameetritele, siis omavahel viiakse need kokku spetsiaalsete nivoomuunduritega. Üks tuntumaid RS-232 ja TTL/CMOS vahelisi nivoomuundureid on näiteks MAX232.
UART on lahtitõlgituna “universaalne asünkroonne vastuvõtja/saatja” (inglise keeles universal asynchronous receiver/transmitter). USART on peaaegu sama asi, kuid selle erinevusega, et andmeid edastatakse koos taktsignaaliga. UART-i võib nimetada ka jadaliideseks. Jadaliides on andmete ülekandmise mehhanism, kus iga bitt edastatakse ükshaaval. Näiteks selleks, et edastada 1 bait, edastatakse kindla ajaintervalliga 8 bitti. Ehk siis füüsiliselt toimub jadaliidese liinil, mis on 1 mikrokontrolleri viik, kindla ajavahemiku järel selle viigu pingeväärtuse muutus kõrgeks või madalaks. Jadaliidesega on üldjuhul ühendatud 2 seadet, millest üks edastab infot (viigu väärtust muutes) ja teine võtab seda vastu (viigu väärtust registreerides). Edastava viigu lühend on TX, vastuvõtval RX. Info liigub ühel liinil alati ühes suunas. Andmete teistpidi saatmiseks kasutatakse teist liini. Kui andmeid liigutatakse kahel liinil samaaegselt on tegu täisdupleks-siiniga.
Andmete edastamine toimub UART liideses kaadri (inglise keeles frame) kaupa, milles on andmebitte olenevalt seadistusest 5 kuni 9. Enamlevinud andmehulk on siiski 8 bitti, ehk 1 bait. Peale andmebittide edastatakse kaadriga ka lisabitte, mille abil toimub andmete saabumise ja lõppemise hetke äratundmine vastuvõtja poolel. Esimest neist nimetatakse startbitiks, mis on alati 0, teist aga stoppbitiks (või bittideks), mis on alati 1. Enne stoppbitti võib tulla ka paarsuse bitt, mida kasutakse andmete korrektsuse kontrolliks. Paarsuse bitt näitab, kas andmebittide hulgas on paaris või paaritu arv ühtesid. See, kumba näitu see omab, sõltub UART liidese häälestusest. Paarsuse bitti tänapäeval enam üldjuhul ei kasutata ja selle saab häälestuses ka ära keelata. Nii nagu saab paarsuse bitti seadistada, saab ka andmebittide ja stoppbittide arvu.
Peale kaadri struktuuri on veel üks tähtis parameeter - see on boodikiirus (inglise keeles baud rate), millega määratakse edastatavate sümbolite arv ühes sekundis. Bood näitab nimelt sümbolite arvu. UART puhul on 1 bood aga 1 bitt ja seepärast kaadri juures bittidest saigi räägitud. Põhimõtteliselt võib andmete edastamiseks kasutada ükskõik millist boodikiirust, kuid on olemas hulk üldkasutavaid boodikiirusi, mida tasub kasutada. Näiteks: 9600 bps, 19200 bps, 38400 bps, 57600 bps, 115200 bps.
Lisainformatsioonina võiks teada, et RS-232 standard sisaldab peale andmesignaalide (RX, TX) veel andmevoo-kontrolli viike DTR, DCD, DSR, RI, RTS ja CTS, mida kasutatakse seadmetevahelise suhtluse juhtimiseks. Näiteks võib seade nende kaudu teada anda, kas ta on valmis andmeid vastu võtma või mitte. Kuna RS-232 liidese originaaleesmärk oli ühendada arvuteid modemiga, siis mõned signaalid on (pigem olid) kasutusel telefoniliini seisundi näitamiseks.
Praktika
Kodulabori Kontrollermooduli plaadil on RS-232 isa-tüüpi pesa. Selle kaudu saab kontrolleri arvutiga või teise kontrolleriga ühendada. Arvutiga ühendamiseks tuleb kasutada tavalist pööramata kaablit, mille üks pistik on ema-tüüpi, teine isa-tüüpi. Teise kontrolleriga ühendamiseks tuleb kasutada kaablit, kus RX ja TX ning vookontrolli signaalid on risti keeratud ja mõlemad pistikud on ema-tüüpi. Pööratud kaablit nimetatakse ka nullmodemi kaabliks. Järgnevalt on toodud UART jadaliidese kasutamise näiteprogramm. Programm saadab käivitades RS-232 liidese kaudu tervituse ja kuvab sõnumeid, mis saabuvad. Kasutatud on LCD ja USART teeke.
// // Kodulabori Kontrollerimooduli arvutiga RS-232 kaudu liidestamine. // Näide kasutab Digitaalset sisend-väljundmoodulit koos LCD ekraaniga. // Arvuti terminalis sisestatud tekst kuvatakse LCD-l. // #include <homelab/usart.h> #include <homelab/module/lcd_gfx.h> // // USART liidese määramine // usart port = USART(0); // // Põhiprogramm // int main(void) { char c; unsigned char row = 1; // USART liidese seadistamine usart_init_async(port, USART_DATABITS_8, USART_STOPBITS_ONE, USART_PARITY_NONE, USART_BAUDRATE_ASYNC(9600)); // LCD ekraani seadistamine lcd_gfx_init(); // Ekraanil tervituse ütlemine lcd_gfx_write_string("Ootan teadet"); // Kursori teise rea algusesse viimine lcd_gfx_goto_char_xy(0, row); // Arvutile tere ütlemine usart_send_string(port, "Tere, kirjuta midagi!\r\n"); // Lõputu tsükkel while (true) { // Jadaliidesest märgi lugemine if (usart_try_read_char(port, &c)) { // Kas tegu on reavahetuse märgiga? if (c == '\r') { // Rea vahetamine row = 1 - row; // Rea tühjendamine eelmisest teatest lcd_gfx_clear_line(row); } else { // Märgi otse ekraanile väljastamine lcd_gfx_write_char(c); } } } }
Koodi näide teksti LCD-le (Kodulabor ver 3.x ja vanemad)
Windows XP operatsioonisüsteemiga on kaasas programm HyperTerminal. See avaneb Start menüüst Accessories → Communications → HyperTerminal valides. Ühenduse seadeteks valida 9600 bps, 1 start- ja 1 stoppbitt ilma paarsuse- ja vookontrollita. Kui HyperTerminal on avatud mikrokontrolleri tööle panemise ajal, tekib ekraanile tervitussõnum. Aknas sisestatud tähed kuvatakse aga alfabeetilise LCD ekraanil. Klahvi Enter vajutus muudab rida LCD ekraanil.