Adaptery USB na szeregowy: sterowniki, poziomy i pułapki

Adapter USB na szeregowy to mały konwerter, który zamienia port USB w port szeregowy RS-232, dzięki czemu komputer bez portu szeregowego może nadal komunikować się z konsolą routera, sterownikiem PLC, drukarką etykiet, wagą lub sprzętem laboratoryjnym. Adapter zawiera układ konwertera, a ten układ to cała historia: decyduje o tym, jakiego sterownika potrzebuje komputer, jakie poziomy sygnałów pojawiają się na pinach i czy adapter będzie nadal działał po następnej aktualizacji systemu operacyjnego. Wybierz niewłaściwy i nie dostaniesz nic, otrzymasz zniekształcone znaki lub uszkodzisz sprzęt na drugim końcu.

Co jest w środku adaptera

Adapter USB na RS-232 to trzy rzeczy w jednej obudowie: interfejs USB, układ kontrolera szeregowego i przesuwnik poziomów, który wytwarza prawdziwe napięcia RS-232. Układ kontrolera przedstawia się komputerowi jako wirtualny port COM. System operacyjny ładuje sterownik dla tego układu, a sterownik sprawia, że port pojawia się jako zwykły port szeregowy dla oprogramowania terminalowego.

Dlatego sterownik ma większe znaczenie niż kabel. Układ w środku decyduje o sterowniku, a sterownik decyduje o tym, czy adapter działa w twoim systemie operacyjnym. Adaptery zbudowane na dobrze obsługiwanych układach zwykle instalują się z samego systemu operacyjnego lub z podpisanego pakietu sterowników. Adaptery zbudowane na nielicencjonowanych kopiach tych układów mogą być blokowane przez oryginalny sterownik producenta, co jest klasyczną awarią: adapter działał przez lata, a potem aktualizacja sterownika przestała go rozpoznawać.

Podrabiane układy to prawdziwy problem na tym rynku. Układ konwertera, który nie jest oryginalnym elementem, może zgłaszać tę samą tożsamość, więc oryginalny sterownik ładuje się, wykrywa niezgodność i odmawia obsługi urządzenia. Objawy to port, który pojawia się i znika, urządzenie, które pokazuje błąd w menedżerze urządzeń, lub port, który otwiera się, ale nic nie wysyła. Praktyczna odpowiedź to kupowanie adapterów zbudowanych na układach z opublikowanym, utrzymywanym sterownikiem i zachowanie instalatora tego sterownika wraz ze sprzętem, któremu służy.

RS-232, TTL i różnica, która uszkadza sprzęt

RS-232 to nie to samo co sygnał szeregowy na płytce mikrokontrolera. RS-232 używa sygnałów niesymetrycznych, gdzie napięcie między +3 V a +15 V to logiczne 0 (space), a między -3 V a -15 V to logiczne 1 (mark). Port szeregowy TTL lub CMOS, jaki można znaleźć na płytkach mikrokontrolerów i wielu złączach wbudowanych, używa poziomów logicznych 3,3 V lub 5 V.

Bezpośrednie połączenie obu może uszkodzić stronę niskonapięciową. Prawdziwe wyjście RS-232 waha się do napięć dodatnich i ujemnych, których wejście 3,3 V nie jest przystosowane przyjmować. Jeśli sprzęt oczekuje TTL, użyj adaptera USB na TTL lub przesuwnika poziomów, a nie adaptera USB na RS-232. Jeśli sprzęt oczekuje RS-232, adapter USB na TTL nie będzie go obsługiwał.

Standard pozwala na RS-232 do 15 m (50 ft) przy 19 200 bodów; niższe prędkości transmisji działają dalej. RS-422 i RS-485 są różnicowe i działają znacznie dalej, do 1200 m (4000 ft) przy niższych prędkościach, dlatego sprzęt przemysłowy często ich używa.

Złącza i wyprowadzenia, które napotkasz

Większość adapterów USB na szeregowy kończy się męskim złączem DE-9, zwykle nazywanym DB9. Wyprowadzenia komputera (DTE) są ustalone: pin 1 DCD, pin 2 RXD, pin 3 TXD, pin 4 DTR, pin 5 masa sygnałowa, pin 6 DSR, pin 7 RTS, pin 8 CTS, pin 9 RI. Starszy sprzęt może używać DB25, gdzie wyprowadzenia są inne: pin 2 TXD, pin 3 RXD, pin 4 RTS, pin 5 CTS, pin 6 DSR, pin 7 masa sygnałowa, pin 8 DCD, pin 20 DTR, pin 22 RI. Pełne odniesienie RS-232 serial pinouts: DB9 and DB25 wymienia oba, i warto sprawdzić przed wykonaniem kabla.

DTE oznacza komputer lub terminal; DCE oznacza modem. Kabel prosty łączy DTE z DCE. Dwa DTE potrzebują kabla null modem, gdzie TXD i RXD krzyżują się, RTS i CTS krzyżują się, DTR krzyżuje się z DSR i DCD, a masa sygnałowa przechodzi prosto. Zmieniacz płci zamienia męskie i żeńskie bez krzyżowania czegokolwiek, więc nie zamienia kabla prostego w kabel null modem. Jeśli dwa komputery lub dwa urządzenia terminalowe nie chcą się komunikować, strona null modem cables and adapters opisuje okablowanie i gotowe adaptery.

Sterowniki, porty i system operacyjny

Adapter USB na RS-232 pojawia się jako port COM w Windows i jako urządzenie takie jak /dev/ttyUSB0 lub /dev/tty.usbserial w Linux i macOS. Numer portu może się zmienić, gdy adapter zostanie odłączony i ponownie podłączony, lub gdy zostanie przeniesiony do innego portu USB. Oprogramowanie terminalowe, które przechowuje stały port COM, nie otworzy wtedy portu, co wygląda jak awaria adaptera, ale nią nie jest.

Dwa nawyki zapobiegają większości takich sytuacji. Po pierwsze, podłączaj adapter za każdym razem do tego samego portu USB, aby numer portu pozostał stabilny. Po drugie, zapisz numer portu w dokumentacji sprzętu. W Linux reguła oparta na numerze seryjnym adaptera może przypiąć nazwę urządzenia; nie każdy adapter zgłasza numer seryjny, więc sprawdź, zanim na tym polegasz.

Sam USB nie jest tu ograniczeniem. Nawet USB 1.1 Full Speed przy 12 Mbps jest znacznie szybszy niż jakakolwiek typowa prędkość transmisji szeregowej, a strona USB adaptera nie jest tym, co ogranicza łącze. Strona USB 3.0, 3.1, 3.2 and USB4: speeds and names decoded wyjaśnia oznaczenia prędkości, jeśli wybierasz między adapterami i hubami, ale do pracy szeregowej wystarczy dowolny działający port USB.

Jak ponownie połączyć stary sprzęt

Przejdź przez łącze po kolei i zmieniaj jedną rzecz na raz.

1. Potwierdź, że adapter jest rozpoznawany. Sprawdź menedżer urządzeń lub dziennik systemowy pod kątem urządzenia szeregowego i zanotuj nazwę portu.
2. Potwierdź, że sterownik pasuje do układu. Jeśli adapter nie jest rozpoznawany, zainstaluj sterownik dla układu w nim, a nie ogólny.
3. Potwierdź typ kabla. Prosty dla DTE do DCE, null modem dla DTE do DTE.
4. Potwierdź ustawienia szeregowe. Prędkość transmisji, bity danych, parzystość, bity stopu i kontrola przepływu muszą być zgodne na obu końcach. Kontrola przepływu to zwykły winowajca: sprzętowa kontrola przepływu (RTS/CTS) zawiesi się, jeśli kabel nie prowadzi tych pinów.
5. Potwierdź poziomy. Sprzęt RS-232 potrzebuje adaptera RS-232; złącza TTL potrzebują adaptera TTL.

Do pracy z konsolą kabel rollover odwraca wszystkie osiem pinów od końca do końca i jest używany z adapterem RJ45 na DB9 w portach konsoli w stylu Cisco. Wiele nowszych urządzeń ma zamiast tego port konsoli USB, który nie wymaga żadnego adaptera.

Co idzie nie tak

Aktualizacja sterownika blokuje adapter. Podrabiane układy są odrzucane przez oryginalny sterownik producenta. Adapter nie jest uszkodzony; sterownik już go nie akceptuje. Zachowaj znany dobry instalator sterownika lub wymień adapter na taki zbudowany na układzie z utrzymywanym sterownikiem.

Adapter USB na TTL jest używany ze sprzętem RS-232 lub odwrotnie. Pierwszy przypadek zwykle nie daje komunikacji; drugi może uszkodzić stronę niskonapięciową. Dopasuj adapter do poziomów, których oczekuje sprzęt.

Użyto niewłaściwego kabla między dwoma DTE. Kabel prosty między dwoma komputerami lub dwoma terminalami nie zadziała. Potrzebny jest kabel null modem lub adapter.

Numer portu się zmienia. Adapter jest w porządku, ale oprogramowanie terminalowe patrzy na stary port. Wybierz ponownie port lub przypnij nazwę urządzenia.

Kontrola przepływu jest ustawiona źle. Przy wybranej sprzętowej kontroli przepływu i braku okablowania RTS/CTS łącze zatrzymuje się po pierwszych znakach. Wypróbuj brak kontroli przepływu lub programową kontrolę przepływu, aby sprawdzić łącze, a potem ustaw poprawnie.

Oczekuje się, że zmieniacz płci skrzyżuje sygnały. On tylko zamienia męskie i żeńskie. Nie zamienia kabla prostego w kabel null modem.

Oczekuje się, że adapter zasili sprzęt. Port szeregowy to łącze danych, a nie zasilacz. Sprzęt, który potrzebuje własnego zasilania, nadal potrzebuje własnego zasilania.

Próbuje się długich kabli przy wysokich prędkościach transmisji. RS-232 jest ograniczony do 15 m (50 ft) przy 19 200 bodów, a mniej przy wyższych prędkościach. Do długich linii użyj RS-422 lub RS-485.

Dodaje się przedłużacz USB bez sprawdzenia zasilania. Niezasilany hub dzieli zasilanie portu hosta między swoje urządzenia. Jeśli adapter jest zawodny przez hub, podłącz go bezpośrednio lub użyj huba z zasilaniem.