Adaptateurs USB-série : pilotes, niveaux et pièges

Un adaptateur USB-série est un petit convertisseur qui transforme un port USB en port série RS-232, afin qu’un ordinateur dépourvu de port série puisse tout de même communiquer avec la console d’un routeur, un automate, une imprimante d’étiquettes, une balance ou un appareil de laboratoire. L’adaptateur contient une puce de conversion, et cette puce est toute l’histoire : elle détermine le pilote dont l’ordinateur a besoin, les niveaux de signal présents sur les broches, et si l’adaptateur continuera de fonctionner après la prochaine mise à jour du système d’exploitation. Choisissez le mauvais et vous n’obtiendrez rien, des caractères brouillés, ou du matériel endommagé à l’autre bout.

Ce qu’il y a à l’intérieur de l’adaptateur

Un adaptateur USB vers RS-232, c’est trois choses dans un boîtier moulé : une interface USB, une puce de contrôleur série, et un adaptateur de niveau qui produit de vraies tensions RS-232. La puce de contrôleur se présente à l’ordinateur comme un port COM virtuel. Le système d’exploitation charge un pilote pour cette puce, et le pilote fait apparaître le port comme un port série normal pour le logiciel terminal.

C’est pourquoi le pilote importe plus que le câble. La puce à l’intérieur détermine le pilote, et le pilote détermine si l’adaptateur fonctionne sur votre système d’exploitation. Les adaptateurs construits sur des puces bien prises en charge s’installent généralement à partir du système d’exploitation lui-même ou d’un paquet de pilotes signé. Les adaptateurs construits sur des copies non licenciées de ces puces peuvent être bloqués par le pilote du fabricant authentique, ce qui est la panne classique : l’adaptateur a fonctionné pendant des années, puis une mise à jour de pilote a cessé de le reconnaître.

Les puces contrefaites sont un vrai problème sur ce marché. Une puce de conversion qui n’est pas la pièce authentique peut signaler la même identité, si bien que le pilote authentique se charge, détecte la discordance et refuse le périphérique. Les symptômes incluent un port qui apparaît et disparaît, un périphérique qui affiche une erreur dans le gestionnaire de périphériques, ou un port qui s’ouvre mais n’envoie rien. La réponse pratique est d’acheter des adaptateurs construits sur des puces avec un pilote publié et maintenu, et de conserver ce programme d’installation de pilote avec l’équipement qu’il sert.

RS-232, TTL et la différence qui endommage le matériel

RS-232 n’est pas la même chose que le signal série sur une carte à microcontrôleur. RS-232 utilise des signaux asymétriques où une tension entre +3 V et +15 V est un zéro logique (espace) et entre -3 V et -15 V est un un logique (marque). Un port série TTL ou CMOS, comme on en trouve sur les cartes à microcontrôleur et de nombreux connecteurs embarqués, utilise des niveaux logiques de 3,3 V ou 5 V à la place.

Les relier directement peut endommager le côté basse tension. Une vraie sortie RS-232 oscille entre des tensions positives et négatives qu’une entrée 3,3 V n’est pas conçue pour accepter. Si l’équipement attend du TTL, utilisez un adaptateur USB-TTL ou un adaptateur de niveau, pas un adaptateur USB-RS-232. Si l’équipement attend du RS-232, un adaptateur USB-TTL ne le pilotera pas.

La norme autorise le RS-232 jusqu’à 15 m (50 ft) à 19 200 bauds ; les débits plus faibles vont plus loin. RS-422 et RS-485 sont différentiels et vont beaucoup plus loin, jusqu’à 1200 m (4000 ft) à des vitesses plus faibles, c’est pourquoi l’équipement industriel les utilise souvent à la place.

Connecteurs et brochages que vous rencontrerez

La plupart des adaptateurs USB-série se terminent par un connecteur DE-9 mâle, généralement appelé DB9. Le brochage du PC (DTE) est fixe : broche 1 DCD, broche 2 RXD, broche 3 TXD, broche 4 DTR, broche 5 masse signal, broche 6 DSR, broche 7 RTS, broche 8 CTS, broche 9 RI. Les équipements plus anciens peuvent utiliser un DB25, dont le brochage est différent : broche 2 TXD, broche 3 RXD, broche 4 RTS, broche 5 CTS, broche 6 DSR, broche 7 masse signal, broche 8 DCD, broche 20 DTR, broche 22 RI. La référence complète RS-232 serial pinouts: DB9 and DB25 liste les deux, et il vaut la peine de vérifier avant de fabriquer un câble.

DTE signifie ordinateur ou terminal ; DCE signifie modem. Un câble droit relie DTE à DCE. Deux DTE ont besoin d’un câble null modem, où TXD et RXD se croisent, RTS et CTS se croisent, DTR croise vers DSR et DCD, et la masse signal passe directement. Un changeur de genre échange mâle et femelle sans croiser quoi que ce soit, donc il ne transforme pas un câble droit en câble null modem. Si deux ordinateurs ou deux équipements terminaux ne communiquent pas, la page null modem cables and adapters couvre le câblage et les adaptateurs prêts à l’emploi.

Pilotes, ports et système d’exploitation

Un adaptateur USB vers RS-232 apparaît comme port COM sous Windows et comme périphérique tel que /dev/ttyUSB0 ou /dev/tty.usbserial sous Linux et macOS. Le numéro de port peut changer lorsque l’adaptateur est débranché et rebranché, ou déplacé vers un autre port USB. Un logiciel terminal qui stocke un port COM fixe échouera alors à ouvrir le port, ce qui ressemble à une panne d’adaptateur mais n’en est pas une.

Deux habitudes évitent la plupart de ces problèmes. Premièrement, branchez l’adaptateur sur le même port USB à chaque fois, afin que le numéro de port reste stable. Deuxièmement, notez le numéro de port dans la documentation de l’équipement. Sous Linux, une règle basée sur le numéro de série de l’adaptateur peut épingler le nom du périphérique ; tous les adaptateurs ne signalent pas de numéro de série, donc vérifiez avant de vous y fier.

L’USB lui-même n’est pas la limite ici. Même l’USB 1.1 Full Speed à 12 Mbps est bien plus rapide que tout débit série courant, et le côté USB de l’adaptateur n’est pas ce qui contraint la liaison. La page USB 3.0, 3.1, 3.2 and USB4: speeds and names decoded explique les étiquettes de vitesse si vous hésitez entre adaptateurs et concentrateurs, mais pour le travail série, n’importe quel port USB fonctionnel suffit.

Faire reparler un vieil équipement

Parcourez la liaison dans l’ordre, et ne changez qu’une chose à la fois.

1. Confirmez que l’adaptateur est reconnu. Vérifiez le gestionnaire de périphériques ou le journal système pour un périphérique série, et notez le nom du port.
2. Confirmez que le pilote correspond à la puce. Si l’adaptateur n’est pas reconnu, installez le pilote de la puce qu’il contient, pas un pilote générique.
3. Confirmez le type de câble. Droit pour DTE vers DCE, null modem pour DTE vers DTE.
4. Confirmez les paramètres série. Débit en bauds, bits de données, parité, bits d’arrêt et contrôle de flux doivent correspondre aux deux extrémités. Le contrôle de flux est le coupable habituel : le contrôle de flux matériel (RTS/CTS) se bloquera si le câble ne transporte pas ces broches.
5. Confirmez les niveaux. L’équipement RS-232 a besoin d’un adaptateur RS-232 ; les connecteurs TTL ont besoin d’un adaptateur TTL.

Pour le travail de console, un câble rollover inverse les huit broches de bout en bout et s’utilise avec un adaptateur RJ45 vers DB9 sur les ports console de style Cisco. De nombreux appareils plus récents ont plutôt un port console USB, qui ne nécessite aucun adaptateur.

Ce qui ne va pas

Une mise à jour de pilote bloque l’adaptateur. Les puces contrefaites sont refusées par le pilote du fabricant authentique. L’adaptateur n’est pas défectueux ; le pilote ne l’accepte plus. Conservez un programme d’installation de pilote fiable, ou remplacez l’adaptateur par un modèle construit sur une puce avec un pilote maintenu.

Un adaptateur USB-TTL est utilisé sur un équipement RS-232, ou l’inverse. Le premier cas ne donne généralement aucune communication ; le second peut endommager le côté basse tension. Faites correspondre l’adaptateur aux niveaux attendus par l’équipement.

Le mauvais câble est utilisé entre deux DTE. Un câble droit entre deux ordinateurs ou deux terminaux ne fonctionnera pas. Un câble ou un adaptateur null modem est nécessaire.

Le numéro de port change. L’adaptateur est correct, mais le logiciel terminal regarde l’ancien port. Resélectionnez le port, ou épinglez le nom du périphérique.

Le contrôle de flux est mal réglé. Avec le contrôle de flux matériel sélectionné et aucun câblage RTS/CTS, la liaison se bloque après les premiers caractères. Essayez sans contrôle de flux ou avec contrôle de flux logiciel pour prouver la liaison, puis réglez-le correctement.

On attend d’un changeur de genre qu’il croise les signaux. Il ne fait qu’échanger mâle et femelle. Il ne transforme pas un câble droit en câble null modem.

On attend de l’adaptateur qu’il alimente l’équipement. Un port série est une liaison de données, pas une alimentation. Un équipement qui a besoin de sa propre alimentation a toujours besoin de sa propre alimentation.

On tente de longues distances à haut débit. RS-232 est limité à 15 m (50 ft) à 19 200 bauds, et moins à des débits plus élevés. Pour les longues distances, utilisez plutôt RS-422 ou RS-485.

Une rallonge USB est ajoutée sans vérifier l’alimentation. Un concentrateur non alimenté partage l’alimentation du port hôte entre ses périphériques. Si l’adaptateur est peu fiable via un concentrateur, connectez-le directement ou utilisez un concentrateur alimenté.