Всем доброго времени суток. Если Вы прочитав дальше текст, захотите написать – езжай к специалистам, то сначала посмотрите откуда я, а потом где это и думаю все поймете 🙂
E70 3.5i американец 2010 г. Катушки, форсунки, свечи не менял в последнее время. Вдруг недавно после выключения зажигания помпа начинает на всю работать, да и во время работы двигателя она тоже жужжит на всю мощность. При этом вентилятор молчит, двигатель не перегревается (смотрю через приборку). По началу датчик уровня масла работал исправно, из за помпы садился аккум и датчик ibs работал, показывая что аккум разрядился. Сейчас же ни датчик уровня масла (пишет измерение невозможно), ни датчик ibs не работают (не показывает разряженность аккумулятора, не отключает потребителей для экономии). Генератор до этого исправно давал 14.7 В, сейчас же стабильно 13.5-13.7В.
При диагностике Реинголдом вываливается букет из ошибок по шине BSD – генератор, датчик ibs, датчик уровня масла и помпа, но если ошибки удалить то первоначально появляется ошибка только по помпе, потом сразу по всей шине.
1. Пробовал отключать все абоненты – ничего не меняется, ошибки висят
2. Подключал только датчик уровня масла – работает, масло показывает
3. Остальные комбинации ничего на дают
Бывает иногда после удаления ошибок и чтения машины заново, вылезают ошибки по всем 4 абонентам, НО по помпе именно 2 ошибки:
1. 378F Интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом, сообщение: электрический насос охлаждающей жидкости: отсутствует
2. 3B9A Интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом, сообщение: электрический насос охлаждающей жидкости: отсутствует
Все штекера и соединения в порядке. Больше склоняюсь к генератору потому что хоть и работает, но напряжения мало стал давать и датчику ibs, потому что вообще не подает признаков жизни. Помпа хоть и работает на всю но двигатель не перегревается, а датчик масла при подключении только него работает. Помпа в диагностике не выходит на связь. Прокачать систему тоже не хочет. НО я так понял если дело в помпе, то отключив фишку с нее, остальные абоненты должны заработать, но этого не происходит
Из имеющегося подкидывал только датчик масла, но шина также дает ошибки. Остального нет.
Самое главное – хочется найти причину точную, а не менять все подряд, благо каждый из абонентов не дешев. Буду благодарен за любую помощь
Всем доброго времени суток. Если Вы прочитав дальше текст, захотите написать – езжай к специалистам, то сначала посмотрите откуда я, а потом где это и думаю все поймете 🙂
Катушки, форсунки, свечи не менял в последнее время. Вдруг недавно после выключения зажигания помпа начинает на всю работать, да и во время работы двигателя она тоже жужжит на всю мощность. При этом вентилятор молчит, двигатель не перегревается (смотрю через приборку). По началу датчик уровня масла работал исправно, из за помпы садился аккум и датчик ibs работал, показывая что аккум разрядился. Сейчас же ни датчик уровня масла (пишет измерение невозможно), ни датчик ibs не работают (не показывает разряженность аккумулятора, не отключает потребителей для экономии). Генератор до этого исправно давал 14.7 В, сейчас же стабильно 13.5-13.7В.
При диагностике Реинголдом вываливается букет из ошибок по шине BSD – генератор, датчик ibs, датчик уровня масла и помпа, но если ошибки удалить то первоначально появляется ошибка только по помпе, потом сразу по всей шине.
1. Пробовал отключать все абоненты – ничего не меняется, ошибки висят
2. Подключал только датчик уровня масла – работает, масло показывает
3. Остальные комбинации ничего на дают
Бывает иногда после удаления ошибок и чтения машины заново, вылезают ошибки по всем 4 абонентам, НО по помпе именно 2 ошибки:
1. 378F Интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом, сообщение: электрический насос охлаждающей жидкости: отсутствует
2. 3B9A Интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом, сообщение: электрический насос охлаждающей жидкости: отсутствует
Все штекера и соединения в порядке. Больше склоняюсь к генератору потому что хоть и работает, но напряжения мало стал давать и датчику ibs, потому что вообще не подает признаков жизни. Помпа хоть и работает на всю но двигатель не перегревается, а датчик масла при подключении только него работает. Помпа в диагностике не выходит на связь. Прокачать систему тоже не хочет. НО я так понял если дело в помпе, то отключив фишку с нее, остальные абоненты должны заработать, но этого не происходит
Из имеющегося подкидывал только датчик масла, но шина также дает ошибки. Остального нет.
Самое главное – хочется найти причину точную, а не менять все подряд, благо каждый из абонентов не дешев. Буду благодарен за любую помощь
Интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом помпа
Часто задаваемые вопросы по структурам шин: Все модели, начиная с E38 и MINI
Представленный документ не дает исчерпывающих сведений о передаче данных. Далее даются краткие ответы на часто задаваемые вопросы:
1. Почему шин так много?
3. Что означает «High-Speed» и «Low-Speed» или «Высокий и низкий уровень» у шин CAN?
4. Что такое «кольцо», «звезда» и «шина» применительно к шинам передачи данных?
5. Что означает «подшина», «ведущее устройство» и «исполнительное устройство»?
6. К каким стандартам относятся шины «K-Bus» и «P-Bus»?
7. Зачем нужна шина «I-Bus Japan»?
8. Почему шины I-Bus и K-Bus могут быть также подшинами?
9. Что такое синхронный или асинхронный канал у шины MOST?
11. Что представляет собой провод активизации?
12. Почему шина PT-CAN на одних сериях имеет провод активизации, а на других не имеет?
13. Для чего служат согласующие сопротивления?
14. Что означает «K-Line», «TxD1» и «TxD2»?
15. Что означает «BSD»: интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом?
16. Что означает «D-CAN»: Diagnostics-on-CAN?
17. Что означает «FlexRay»: шинная система FlexRay?
1. Почему шин так много?
Существует три ответа на этот вопрос:
1. На самом деле шин не так много, потому что: все шины CAN берут свое начало от шин PT-CAN и K-CAN.
PT-CAN имеет высокую скорость передачи данных.
K-CAN имеет низкую скорость передачи данных.
Многие внутрисистемные шины CAN (подшины) названы по этим системам. Поэтому существует так много обозначений шин.
Аналогичная ситуация с шиной K-Bus: шина P-Bus и I-Bus идентичны шине K-Bus.
2. Шины разрабатывались с расчетом на разную скорость передачи данных.
— Шины со средней скоростью: PT-CAN и K-CAN, а также родственные им шины
— Шины с низкой скоростью: например, шина LIN
3. Исторически шины разрабатывались по отраслевым стандартам или по внутренним стандартам BMW:
— Отраслевые стандарты: CAN, LIN-Bus, MOST и FlexRay.
Целью было связать в одну сеть блоки управления привода и ходовой части.
Чтобы эти блоки управления могли общаться между собой, необходимо было определиться со стандартом шины. Стандарт задает, какие сообщения будут пересылаться между блоками управления и как это должно происходить.
Составляющими сообщения по CAN являются: SOF, CRC, ID, DEL, ACK, KBT, EOF, IFS
В автомобиле имеется несколько шин CAN с разными скоростями передачи данных. Шины CAN с разными скоростями передачи данных соединены между собой межсетевыми преобразователями (шлюзами).
3. Что означает «High-Speed» и «Low-Speed» или «Высокий и низкий уровень» у шин CAN?
«High-Speed» и «Low-Speed» означают скорость передачи данных по шинам CAN. На BMW приняты 2 скорости шин CAN:
«высокий уровень» и «низкий уровень» обозначают два провода двухпроводной шины. Например,
— «K-CAN высокого уровня» или «PT-CAN высокого уровня»:
провод для сигнала с более высоким значением напряжения.
— «K-CAN низкого уровня» или «PT-CAN низкого уровня»:
провод для сигнала с более низким значением напряжения.
Передача данных по 2 проводам более надежна, меньше зависит от помех и электромагнитных полей.
CAN High-Speed: PT-CAN или F-CAN
График показывает оба уровня передачи данных по PT-CAN или F-CAN.
CAN Low-Speed: K-CAN
На диаграмме показаны оба уровня сигналов, передаваемых по шинам K-CAN (см. выше).
Примечание: K-CAN в случае неисправности может продолжать работать в качестве однопроводной шины.
Когда у шины K-CAN выходит из строя один провод, данные продолжают передаваться по второму проводу. Поэтому шины K-CAN более надежны.
4. Что такое «кольцо», «звезда» и «шина» применительно к шинам передачи данных?
Блоки управления могут быть подсоединены к шине разными способами:
Линейное расположение блоков управления
Шины CAN имеют такую структуру.
Поэтому к ней часто «прицепляют» подшины (см. ниже).
Расположение блоков управления кольцом
У BMW такую структуру имеет шина MOST. Межсетевыми преобразователями выступают M-ASK или CCC.
можно однозначно определить, какой блок за каким следует.
требуются меры по обеспечению надежности на случай выхода одного блока управления из строя.
Расположение блоков управления звездой
На BMW E65, E66 такую структуру имеет система ISIS (ISIS: единая интеллектуальная система безопасности). Центральным блоком в звезде является SGM (модуль безопасности и межсетевого обмена).
У первых E65 и E66 SIM (информационный модуль безопасности) был центральным блоком управления в звезде.
высокие скорости передачи данных.
Высокая надежность: выход из строя одного блока управления не отражается на других блоках.
5. Что означает «подшина», «ведущее устройство» и «исполнительное устройство»?
Данные, передаваемые между задающим и исполнительным блоками, нагружают только подшину и оставляют свободной шину высшего уровня.
Для подшин существует много обозначений: «Local-CAN», «Private-CAN». Сами названия говорят о том, что речь идет о подчиненных шинах.
Ведущие и исполнительные устройства имеются также в шинной сети MOST: главный блок является ведущим. Он управляет всеми функциями. Исполнительные устройства лишь выполняют функции.
При диагностике диагностическая система BMW выполняет роль ведущего устройства. Все блоки управления при этом являются исполнительными устройствами: ЭБУ передают данные в тестер BMW. Во время диагностики тестер BMW является «ведущим устройством».
6. К каким стандартам относятся шины «K-Bus» и «P-Bus»?
K-Bus и P-Bus являются разработкой BMW и относятся к особому стандарту.
7. Зачем нужна шина «I-Bus Japan»?
У E65, E66 в экспортном исполнении для Японии JNAV и TEL не подстраивались под шину MOST (по техническим причинам). Поэтому эти блоки управления подключены к шине I-Bus Japan и соединены с шиной MOST через FBI (FBI: гибкий интерфейс шин).
8. Почему шины I-Bus и K-Bus могут быть также подшинами?
В принципе, любая шина может играть роль подшины. Важно только, чтобы подшина была подключена к шине высшего порядка через межсетевой преобразователь. Два примера:
E83, E85, E86, E87, E90: Шина K-Bus является подшиной между DWA и SINE.
Примечание: На рисунках подшины показываются пунктирными линиями.
Шины I-Bus, K-Bus и F-CAN могут выступать в роли подшин. На рисунках подшины показываются пунктирными линиями.
9. Что такое синхронный или асинхронный канал у шины MOST?
Шина MOST имеет различные каналы для передачи данных по оптоволоконному кабелю:
— синхронная передача данных: ТВ (передача цифровых аудиосигналов), CD, DVD.
— асинхронная передача данных: NAV и ТВ (передача, например, телетекста и списка станций).
— передача контрольных данных: состояние, диагностика, сообщения от межсетевого преобразователя.
10. Что означает «синхронно и асинхронно» применительно к шине byteflight? Шина byteflight сочетает в себе синхронную и асинхронную передачу данных для обеспечения надежности при передаче критической с точки зрения безопасности информации:
— синхронная передача данных: отдельные блоки управления циклично (регулярно) посылают сообщения.
— асинхронная передача данных: параллельно синхронной передаче посылаются сообщения, обусловленные каким-либо событием.
Преимущество сочетания синхронной и асинхронной передачи данных по шине byteflight :
Все блоки управления регулярно посылают данные, и шина byteflight при этом не перегружается (перегрузка является одним из возможных недостатков синхронной передачи).
Срочные сообщения могут иметь приоритет при пересылке.
11. Что представляет собой провод активизации?
Шина PT-CAN нуждается в проводе активизации. Без него шина PT-CAN функционировать не может. Провод активизации (контакт 15 Wake-up частично вплетен в ленточный кабель шины PT-CAN (3-жильный ленточный кабель). У E90 провод активизации частично проходит вне плоского ленточного кабеля PT-CAN. На схемах в SI Описание систем (SBT) провод активизации показан линией между двумя проводами PT-CAN: PT-CAN высокого уровня и PT-CAN низкого уровня.
12. Почему шина PT-CAN на одних сериях имеет провод активизации, а на других не имеет?
Автомобили с бортовой сетью 2000 в большинстве случаев имеют провод активизации для блоков управления, подключенных к шине PT-CAN. На этих автомобилях блок управления CAS (система доступа в автомобиль) активизирует остальные блоки управления на шине PT-CAN с помощью сигнала активизации при включении контакта 15.
На ранних сериях устанавливается шина PT-CAN без провода активизации. Это объясняется тем, что на ранних сериях (например, на E85) каждый блок управления имеет собственный вход для контакта 15. Т. е. каждый блок управления активизируется через вход для контакта 15 при включении контакта 15. В отдельном проводе активизации не было необходимости.
Согласующие сопротивления нужны шинам для того, чтобы не допустить отражения сообщений. Без согласующих сопротивлений сообщения и сигналы, передаваемые по шине, отражаются. При неисправности согласующего сопротивления передача данных по шине нарушается.
Согласующие сопротивления подбираются к шинам:
Шина PT-CAN нуждается в иных согласующих сопротивлениях, нежели шина F-CAN.
Согласующие сопротивления в различных блоках управления зависят от комплектации.
14. Что означает «K-Line», «TxD1» и «TxD2»?
Эти 3 обозначения относятся к различным диагностическим кабелям:
Этот диагностический протокол рассылается со скоростью 115 Мбит на все блоки управления.
На протокол OBD реагируют все влияющие на состав ОГ блоки управления. Влияющими на состав ОГ являются все блоки управления, которые обеспечивают соблюдение норм токсичности ОГ. Межсетевой преобразователь распознает подключение контрольного дисплея (Scan-Tools) по протоколу OBD. При подключении контрольного дисплея к гнезду диагностического разъема межсетевой преобразователь посылает протокол OBD по шине PT-CAN. Отвечают только влияющие на состав ОГ блоки управления.
По TxD2 на специальный контрольный дисплей проверяющего пересылаются все официально предписанные данные протокола OBD.
Все остальные блоки управления диагностируются через блок управления, который выполняет функции межсетевого преобразователя (например, KOMBI).
Технические причины создания обоих кабелей TxD: Через гнездо диагностического разъема считываются данные только тех блоков управления, которые влияют на состав ОГ. Т. е. возможные неисправности других блоков управления не определяются.
В гнезде диагностического разъема тестера BMW оба кабеля перемыкаются. Т. е. с помощью диагностической системы BMW считываются и анализируются данные с обоих кабелей TxD.
15. Что означает «BSD»: интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом?
BSD называется «интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом», так как биты передаются и принимаются не параллельно, а друг за другом.
Блок управления двигателем «общается» через интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом со следующими узлами (в зависимости от серии, двигателя и комплектации):
— Регулировка напряжения генератора
Регулировка напряжения генератора через интерфейс передачи данных последовательным двоичным кодом происходит следующим образом. При каждом запуске двигателя блок управления двигателем через BSD опрашивает генератор. Генератор посылает на блок управления двигателем данные, содержащие тип, мощность и название изготовителя.
По этим данным блок управления двигателем рассчитывает заданные значения для работы генератора.
— Контрольная лампа заряда
На автомобилях с BSD прямое соединение генератора с контрольной лампой заряда отсутствует. Генератор посылает данные только на блок управления двигателем. Блок управления двигателем включает контрольную лампу заряда.
Блок управления предпусковым подогревом и блок управления DDE общаются друг с другом через BSD следующим образом:
— Блок управления DDE задает мощность подогрева для свечей накаливания устройства предпускового разогрева (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и напряжения бортовой сети). Блок управления DDE записывает данные, имеющие отношение к диагностике блока управления предпусковым подогревом.
— Блок управления предпусковым подогревом контролирует активизацию отдельных свечей накаливания. Он распознает неисправности свечей накаливания (например, короткое замыкание на массу, обрыв, слишком высокую температуру выходного каскада). Блок управления предпусковым подогревом сообщает о возможных неисправностях на блок управления DDE. Блок управления DDE записывает код неисправности.
> только с двигателем N52
Двигатель N52 имеет электроприводной насос охлаждающей жидкости (механический с приводом от клинового рифленого ремня больше не используется). Электрический насос охлаждающей жидкости при необходимости регулируется блоком управления двигателем (через BSD).
Датчик состояния масла определяет качество, количество и температуру масла в двигателе (англ. » Q uality, L evel, T emperature»). Эти данные через BSD посылаются на блок управления двигателем. Блок управления двигателем анализирует эти данные.
16. Что означает «D-CAN»: Diagnostics-on-CAN?
Основанием для этого перехода является новое положение законодательства США, согласно которому начиная с 2008 года все выпускаемые автомобили должны быть оборудованы интерфейсом D-CAN.
D-CAN имеет скорость передачи данных 500 кбит/с и выполнен на основе 2-жильного кабеля. Для диагностики необходим оптический программирующий прибор (OPS) или оптический контрольно-программирующий прибор (OPPS), а также новый переходный кабель (кабель с зеленой маркировкой и надписью «CAN included»), поскольку диагностическая головка не имеет разъема D-CAN.
17. Что означает «FlexRay»: шинная система FlexRay?
Поводом к созданию FlexRay послужили растущие технические требования к коммуникационной системе, объединяющей в сеть блоки управления в автомобиле, и понимание того, что для инфраструктурных систем необходимо открытое и универсальное решение.
Для совместной разработки FlexRay был учрежден консорциум, в который вошли почти все крупные мировые производители автомобилей и их смежники, а также изготовители полупроводниковой техники и системные эксперты в сфере коммуникационных технологий.
FlexRay обеспечивает высокоскоростную передачу данных в режиме реального времени между электрическими и мехатронными компонентами автомобиля. Со скоростью передачи данных в 10 Мбит/с интерфейс FlexRay работает намного быстрее шин передачи данных, применяемых сегодня для связи с блоками управления систем кузова и привода/ходовой части.
— скорость передачи данных 10 Мбит/с (для сравнения, CAN: 0,5 Мбит/с)
— малое время цикла 2,5 мс (для сравнения, CAN: 10 мс)
— возможность реализации простой и понятной шинной структуры (например, без межсетевых преобразователей)
— гарантированная передача сообщений в режиме реального времени (для сравнения, CAN: режим реального времени не предусмотрен)
— синхронизация блоков управления
В пространственно распределенной системе регулирования разные блоки управления могут принимать заданные значения одновременно.
— за счет детерминизма и дополнительного 2-го канала
KALTUEBERWACHUNG_SL_LV — габариты спереди слева KALTUEBERWACHUNG_SL_RV — габариты спереди справа KALTUEBERWACHUNG_SL_RH — габариты cзади справа KALTUEBERWACHUNG_SL_LH — габариты сзади слева KALTUEBERWACHUNG_AL_L — ближний свет справа KALTUEBERWACHUNG_AL_R — ближний свет слева KALTUEBERWACHUNG_BL_L — стоп-сигнал слева KALTUEBERWACHUNG_BL_M — доп. стоп-сигнал KALTUEBERWACHUNG_BL_R — правый стоп-сигнал KALTUEBERWACHUNG_BLK_LH — задний левый указатель поворота KALTUEBERWACHUNG_BLK_LV — передний левый указатель поворота KALTUEBERWACHUNG_BLK_RV — передний правый указатель поворота KALTUEBERWACHUNG_BLK_RН — задний правый указатель поворота KALTUEBERWACHUNG_FL_L — дальний свет слева KALTUEBERWACHUNG_FL_R — дальний свет справа KALTUEBERWACHUNG_KZL — освещение номерного знака справа KALTUEBERWACHUNG_KZL_LI — освещение номерного знака слева KALTUEBERWACHUNG_NSL_L — левый противотуманный KALTUEBERWACHUNG_NSL_R — правый противотуманный KALTUEBERWACHUNG_NSW_L — левый противотуманный KALTUEBERWACHUNG_NSW_R — правый противотуманный KALTUEBERWACHUNG_RFS_L — левый задний ход KALTUEBERWACHUNG_RFS_R — правый задний ход KALTUEBERWACHUNG_SL_LH — задний левый габаритный KALTUEBERWACHUNG_SL_LHI — внутр задний левый габаритный KALTUEBERWACHUNG_SL_LV — передний левый габаритный KALTUEBERWACHUNG_SL_RH — задний правый габаритный KALTUEBERWACHUNG_SL_RHI — внутр задний правый габаритный KALTUEBERWACHUNG_SL_RV — правый передний габаритный
Разработка коммуникационного ПО для последовательного порта
Цель лабораторной работы
Целью лабораторной работы является знакомство с последовательным интерфейсом UART и его реализацией на ПК (COM-порт), а также получение навыков разработки и использования ПО для обмена данными с периферийным устройством.
Задачи лабораторной работы
Задание на лабораторную работу
1. Архитектура последовательного порта
1.1. Стандарт последовательной передачи RS-232
Данный стандарт был введен в действие организацией EIA (США) в 1969 г. под названием RS-232-C (Recommended Standard).
Стандарты RS-XXX являются условно стандартными, поскольку аббревиатура RS содержит “мягкое” слово “Recommended Standard” – “рекомендованный стандарт”. Эти рекомендации исходят от американской организации EIA, RS-232-подобный стандарт описан в ГОСТ 18145-81.
Первоначально протокол, описанный в стандарте, предназначался для подключения к аппаратуре, предназначенной для передачи данных (Data Terminal Equipment – DTE) устройств, отвечающих за непосредственное соединение с линией передачи (Data Communication Equipment – DCE). Полное название “Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду”. Каждое слово в названии значимое, оно определяет интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных.
В качестве первого устройства, как правило, выступал компьютер, а в качестве второго – модем, соединенный с линией связи. В дальнейшем область применения протокола расширялась. Он использовался для подключения к компьютеру периферийных устройств прикладного назначения (принтер, сканер, мышь и др.), а также для связи компьютеров между собой.
В настоящее время основная область его применения – связь со специализированными устройствами автоматизации (счетчики электроэнергии, расхода ресурсов и т. п.).
Последовательный интерфейс RS-232 – это промышленный стандарт для последовательной двунаправленной асинхронной передачи данных между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.
Подавляющее большинство сетей использует наиболее мощный по числу узлов в сети и наиболее скоростной по передаче данных порт RS-485.
RS-232 широко используется в промышленных средствах автоматизации. Он обеспечивает соединение «точка к точке» между последовательным портом контроллера и приборами. Часто, за счет усовершенствования передатчика и кабеля, достигаются большие длина линии и скорость, чем зафиксировано в стандарте.
Популярность интерфейса RS-232C объясняется его универсальностью по диапазону скоростей передачи информации (от 50 до 115000 бит в секунду), “прозрачностью”, т.е. отсутствием запрещенных к передаче кодовых комбинаций, наличием специализированных БИС и ИС, на которых достаточно эффективно реализуется данный интерфейс, простотой конструкции соединительных кабелей.
Микросхемы, на основе которых строится интерфейс RS-232C, обычно называют универсальными асинхронными приемниками – передатчиками (universalasynchronousreceivertransmitter или UART).
1.1.1 Основные параметры и характеристики RS-232
Обычно, ПК имели в своем составе два интерфейса RS-232C, которые обозначались COM1 и COM2. Была возможна установка дополнительного оборудования, которое обеспечивало функционирование в составе ПК четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS-232C.
В современных ПК разъемы для последовательного интерфейса на корпусе системного блока отсутствуют. Как правило, они заменены на набор выводов прямо на материнской плате.
Работа коммуникационных портов реализована на универсальных асинхронных приемопередатчиках UART. Для СОМ порта компьютера используется 9-ти штырьковый разъем DE9p. В этом разъеме используется шесть сервисных сигналов и два канала обмена последовательными данными.
Интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с девятью или двадцатью пятью контактными разъемами типа DE-9, DB-25, CANNON 9, CANNON 25 и т.д:
Назначение линий в соответствии со стандартом RS-232 приведено в таблице:
Обозначение
Расшифровка
Описание
PG
Protective Ground
защитное заземление (экран)
TxD
Transmitted Data
данные, передаваемые DTE
RxD
Received Data
данные, принимаемые DTE
RTS
Request To Send
сигнал запроса передачи к DCE
CTS
Clear To Send
сигнал готовности DCE к приему данных от DTE
DTR
Data Terminal Ready
готовность DTE к приему данных от DCE
DSR
Data Set Ready
Сигнал готовности DCE к приему и передаче данных
DCD
Data Carrier Detect
DCE принимает данные от удаленного DCE (обнаружена несущая)
RI
Ring
DCE принимает сигнал вызова из линии
SG
Signal Ground
сигнальное заземление, нулевой провод
Нумерация контактов в разъемах:
Контакт
Обозначение
Направление
Описание
1
SHIELD
…
Shield Ground – защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля
2
TXD
->
Transmit Data – выход передатчика
3
RXD
Request to Send – выход запроса передачи данных
5
CTS
Data Terminal Ready – выход сигнала готовности терминала к обмену данными
Интерфейс UART (Uuniversal Asynchronous Rreceiver/Ttransmitter) так же можно отнести к разновидности интерфейса RS-232, с той разницей, что он является наиболее “полной” его разновидностью.
Скорость передачи данных по интерфейсу UART может достирать до 2764800 бит/с. Принципиальными отличиями в структуре интерфейса UART является то, что если в интерфейс RS-232 значение “Стоп-бит” могло принимать значения 1; 1,5 и 2, то интерфейс UART имеет значения “Стоп-бит” только 1 и 2. Дополнительно в интерфейсе UART добавлено понятие “Направление бит” и “Уровень холостого хода”. Направление бит означает какие биты информации передаются первыми – старшие (MSB) или младшие (LSB). Уровень холостого хода, в отличие от интерфейса RS-232, в котором при отсутствии передачи информации, уровень на шине принимает низкое значение или уровень логического нуля, в интерфейсе UART при отсутствии передачи информации, уровень на шине может принимать как низкое значение (уровень логического нуля), так и высокое значение (уровень логической единицы).
Рис. Уровни сигналов UART по стандарту RS-232c
Исходные состояния порта
1.1.3 Передача данных через UART
При передаче данных символы передаются из буфера передатчика последовательно (первым пришел – первым вышел).
За последним битом данных символа может следовать бит паритета, служащий для обнаружения ошибки передачи битов данных. Последним передается стоповый бит, который необходим для временного разделения переданных символов.
Стоповый бит разделяет два переданных символа. При необходимости можно увеличить этот интервал до 2 стоповых битов, если конечное устройство не успевает разделять символы.
Передача символов “0” “0” с проверкой на четность (EVEN), с одним стоповым битом
Сигнал на информационной линии интерфейса RS‑232C
Отображаемый информационный сигнал
Количество стоповых бит может быть увеличено пользователем ПК до 2. Стартовый бит единственен.
На основании полученной эпюры напряжения можно определить логическую последовательность передаваемых информационных разрядов:
где [стартовый(младший…старший)стоповый] биты.
В дальнейшем принятую последовательность необходимо преобразовать в кодировку ASCII. Результатом проделанных действий является выделенное слово “relay”.
Следует учитывать, что передача начинается с младших бит, а заканчивается старшим битом!
1.1.4 Контроль четности
При использовании контроля четности посылаются сообщения, подсчитывающие число единиц в группе бит данных. В зависимости от результата устанавливается бит четности. Приемное устройство также подсчитывает число единиц и затем сверяет бит четности.
Для обеспечения контроля четности компьютер и устройство должны одинаково производить подсчет бита четности. То есть, определиться устанавливать бит при четном (even) или нечетном (odd) числе единиц. При контроле на четность биты данных и бит четности всегда должны содержать четное число единиц. В противоположном случае бит соответствует контролю на нечетность.
Часто в драйверах доступны еще две опции на четность: Mark и Space. Эти опции не влияют на возможность контроля ошибок. Mark означает, что устройство всегда устанавливает бит четности в 1, а Space – всегда в 0.
Обнаружение ошибок Проверка на четность – это простейший способ обнаружения ошибок. Он может определить возникновение ошибок в одном бите, но при наличии ошибок в двух битах уже не заметит ошибок. Также такой контроль не отвечает на вопрос какой бит ошибочный. Другой механизм проверки включает в себя Старт и Стоп биты, циклические проверки на избыточность, которые часто применяются в соединениях Modbus.
Пример В примере показана структура передаваемых данных со синхронизирующим тактовым сигналом. В этом примере используется 8 бит данных, бит четности и стоп бит. Такая структура также обозначается 8Е1. Примечание: Тактовый сигнал – для асинхронной передачи это внутренний сигнал
Старт-бит Сигнальная линия может находится в двух состояниях: включена и выключена. Линия в состоянии ожидания всегда включена. Когда устройство или компьютер хотят передать данные, они переводят линию в состояние выключено – это установка Старт-бита. Биты сразу после Старт-бита являются битами данных.
Стоп-бит Стоп-бит позволяет устройству или компьютеру произвести синхронизацию при возникновении сбоев. Например, помеха на линии скрыла Старт-бит. Период между старт и стоп битами постоянен, согласно значению скорости обмена, числу бит данных и бита четности. Стоп-бит всегда включен. Если приемник определяет выключенное состояние, когда должен присутствовать стоп бит, фиксируется появление ошибки.
Установка Стоп-бита Стоп бит не просто один бит минимального интервала времени в конце каждой передачи данных. На компьютерах обычно он эквивалентен 1 или 2 битам, и это должно учитываться программе драйвера. Хотя, 1 стоп бит наиболее общий, выбор 2 бит в худшем случае немного замедлит передачу сообщения.
(Есть возможность установки значения стоп бита равным 1.5. Это используется при передаче менее 7 битов данных. В этом случае не могут быть переданы символы ASCII, и поэтому значение 1.5 используется редко).
1.1.5 Ослабление электрических сигналов при передаче по линиям связи
Электрические сигналы после прохождения по кабелю ослабляются и искажаются. Ослабление растет с увеличением длины кабеля. Этот эффект сильно связан с электрической емкостью кабеля. По стандарту максимальная нагрузочная емкость составляет 2500 пФ. Типичная погонная емкость кабеля составляет 130 пФ, поэтому максимальная длина кабеля ограничена примерно 17 м.
1.1.6 Проблемы с источником питания
Перед соединением двух компьютеров через RS-232, каждый из которых питается от различных источников, рекомендуется выровнять напряжения между их сигнальными землями перед подключением.
1.1.7 Преобразование уровней RS-232 в TTL уровень с помощью MAX232
Семейство микросхем MAX220-MAX249 линейных приемо-передатчиков предназначены для интерфейсов EIA/TIA-232E и V.28/V.24, особенно в устройствах, где отсутствуют напряжения ±12 В.
На приведенном рисунке для сравнения отображены сигналы TTL serial и RS-232, снятые при передаче значения одного байта.
1.1.8 Микросхема MAX232
MAX232 — интегральная схема, преобразующая сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. MAX232 работает приемопередатчиком и преобразует сигналы RX, TX, CTS и RTS
Микросхема MAX232 быстро стала индустриальным стандартом. Многие разработчики используют ее, несмотря на то, что параметры микросхем с однополярным питанием значительно улучшились. Конфигурация выводов MAX232 представлена на рис. Полезно понимать, что происходит с уровнями напряжения. Когда схема MAX232 получает на вход логический «0» от ТТЛ, она преобразует его в напряжение от +3 до +15 В, а когда получает логическую «1» — преобразует её в напряжение от −3 до −15 В, и по тому же принципу выполняет обратные преобразования от RS-232 к ТТЛ.
Тип линии и логический уровень RS-232
Напряжение RS-232
Напряжение от ТТЛ к MAX232 или обратно
Линия данных, логический «0»
от +3 В до +15 В
0 В
Линия данных, логическая «1»
от −3 В до −15 В
5 В
1.1.9 Соединительные кабели
Все DTE-DCE кабели прямого соединения, контакты соединяются один к одному. Кабели DTE-DTE и DCE-DCE – кросс-кабели.
Схема подключения DTE-устройства к DCE-устройству показана на рис. Однако, изменив порядок соединения линий, можно добиться соединения двух DTE-устройств, что позволяет образовать между ними канал передачи данных.
Так как большая часть линий стандарта требуется для синхронизации работы DTE и DCE, то при соединении двух устройств DTE (двух компьютеров) эти линии остаются незадействованными. Для корректной работы микросхемы порта необходимо их замыкание на соответствующие парные выводы на ближнем конце. Таким образом, данное соединение требует кабеля, состоящего как минимум из 7 линий.
В настоящее время наиболее широко используется упрощенный способ соединения, в которой используется трехпроводная линия связи (линия приема, передачи и сигнальной земли). Схемы подключения устройств по стандарту RS-232: a) DTE-DCE, б) DTE-DTE (полный нуль-модемный кабель), в) DTE-DTE (упрощенный вариант)
1.1.10 Нуль-модемное соединение двух COM-портов
При таком соединении терминалы соединяются между собой непосредственно через СОМ-порты. Так как компьютеры обладают большой скоростью обработки данных, то синхронизировать их работу не нужно. Предполагается, что режим синхронизации обмена (Handshaking): 0-None, то есть сервисные сигналы не влияют на процедуры обмена данными. Для этого используется нуль-модемный кабель. Нуль-модемный кабель для Handshaking = 0 (None)
Так как режим синхронизации обмена на СОМ портах может быть включен, то часто сервисные сигналы СОМ портов замыкают самих на себя, тем самым исключая их влияния на процедуру обмена.
Нуль-модемный кабель для любых режимов Handshaking
Можно использовать полный кабель, но при этом СОМ-порты должны быть настроены на аппаратную синхронизацию обмена. Данный режим используется, когда устройство не успевает перерабатывать информацию, полученную по СОМ-порту. Этот режим позволяет останавливать обмен данных на время обработки полученной информации. Нуль-модемный кабель для аппаратного режима синхронизации Handshaking=2
системный блок ПК и два 9-ти штырьковых разъема
Нуль-модемный кабель. На обоих его концах установлен разъем типа “female”.
1.2 Программирование последовательного порта
1.2.1 Инициализация последовательного порта
При проведении инициализации порта коммуникации (“открытии”) устанавливаются все характеризующие его режим параметры:
Длина слова – это число битов, которое образует основную единицу данных. Помимо варианта, когда обмен ведется привычными порциями по 8 битов, возможно использование 7 битов, что достаточно для стандартных файлов ASCII (в которых все символы имеют коды, не превышающие ASCII 128), в то время как для передачи численных данных достаточно порций по 4 бита.
Важно учитывать следующие основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS-232C:
Обмен данными по описанным выше принципам требует предварительного согласования приемника и передатчика по количеству используемых разрядов в символе, правилам формирования контрольного разряда и длительности передачи бита данных.
Последнее согласование обеспечивается путем стандартизации ряда скоростей: 50, 75, 100, 110, 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 000 или 115 000 бит в секунду. Установленная скорость должна отличаться от номинальной не более чем на 2 %, что гарантированно обеспечивается применением генераторов с кварцевыми резонаторами.
1.2.2 Взаимодействие с COM-портом в ОС Windows с помощью WIN API
ОС Windows зарезервировала имена от СОМ1 до СОМ9 для работы с физическими СОМ-портами.
Правильнее обращаться с последовательными портами через встроенные в Windows функции WinAPI (API Application Programming Interface, интерфейс программирования приложений). Их полное описание можно найти в справочной системе MS SDK Help files, поставляемой со многими системами разработки приложений. Функции для работы с коммуникационным оборудованием описаны в разделе Communications файла Win32 Programmer’s Reference.
Ядро Windows самостоятельно обрабатывает все события, возникающие при работе последовательных портов, настраивает прерывания и программирует контроллеры портов ввода/вывода, принимает и передает байты данных. Прикладной программе остается читать принятые данные из буфера приемника, а предназначенные для передачи – записывать в буфер передатчика. Эти операции обычно выполняют блоками с периодичностью, зависящей от скорости приема/передачи и объема буферов.
Последовательность операций работы с COM-портом Работа с портом средствами функций WinAPI аналогична работе с файлом. Для работы создается идентификатор открытого порта (хэндл).
Функция для открытия порта:
Для того чтобы функции чтения и записи в порт выполнялись в асинхронном режиме (не было зависания программы по причине ожидания символа из порта) необходимо установить таймауты приема и передачи для порта.
Функция для получения данных считывает данные побайтно:
Обработка событий COM-порта
дописать про асинхронную обработку и многопоточный режим по материалам PCPORTS Агуров, П. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования / П. Агуров. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 496 с. и по std::thread c++
Функция SetCommMask указывает стандартному драйверу порта отслеживать определенные события. Становится возможным узнать о каждом случае возникновения события порта.
Пример листинга
Следующий пример открывает handle для COM1 и заполняет DCB структуру информацией о текущей конфигурации. Сама DCB структура затем модифицируется и используется для реконфигурации устройства
Алгоритм программирования СОМ-порта с помощью API-функций:
Структура DCB определяет основные настройки СОМ порта. COMMPROP структура сообщает информацию о свойствах коммуникационного устройства.
Для того чтобы параллельно с чтением данных из порта сохранялась возможность работы программы пользователя (обработка действий пользователя, если они предусмотрены) функции чтения данных необходимо запускать не непрерывно, а по таймеру. Альтернативным вариантом является вынесение чтения из порта в отдельный поток выполнения программы.
Функция заполняет переданную ей структуру PortInfo информацией о установленных в системе COM портах.
Очищает входной и выходной буфер данных COM-порта.
Закрывает ранее установленное соединение с COM-портом.
2. Подготовка рабочего окружения
2.1 Установка и настройка MSYS2
2.2 Установка набора компиляторов GCC для C/C++
Если MSYS2 не обновляется и выдает ошибку “неизвестный ключ”
Если вы не обновляли MSYS2 на своём ПК с начала июня 2020 года, при попытке обновления вы получите такую ошибку:
Для этого введем следующие команды
И, на всякий случай, очистим хранилище PGP ключей и обновим его содержимое:
После этого запускаем обновление:
Обязательно, перезагрузите ПК, иначе консоль не запуститься после обновления pacman.
2.3 Проверка окружения
После установки необходимо проверить текущее местоположение в файловой система – домашний каталог активного пользователя. С помощью команды pwd :
2.4 Компиляция и флаги
3. Задание на лабораторную работу
Режим с выводом дополнительной информации
Диалог создания пары связанных виртуальных портов
Выбираем номер порта
Устанавливаем тип TCPClient
Указываем IP-адрес удаленного сервера (обязательно тот, который указан на скриншоте) и номер порта (аналогично). Выбираем COM-порт, который будет проброшен
Connector и TcpClient сконфигурированы
4. Требования к содержанию и оформлению отчета
Отчет оформляется на листах формата А4 а соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. Отчёт о лабораторной работе должен содержать:
