I.1 SERİ PORT

Seri port, PC’de bulunan her bir COM ya da iletişim (Comm) portu olarak adlandırılan ve Üniversal asenkron alıcı-aktarıcı (UART) tarafından denetlenen bir asenkron porttur (1).

 

I.1.1 RS–232 Seri Port

RS–232 iki cihaz arasında bilgi alışverişine yönelik olarak tasarlanmıştır. Mesafe 15-30 m arasında değişebilmektedir.  Bu noktada kablo tipi ve bit hızı önemli rol oynar.  Bir adaptör yardımıyla farklı tip arabirime çevrilebilmektedir.  Basit bir devre kullanarak bir RS–232 portu, birçok cihaza bağlanabilen ve daha uzun mesafelerde çalışabilen bir RS-485’e çevirmek mümkündür (1).

RS–232 linklerde dengesiz (unbalanced) hatlar kullanılır.  Dengesizlik, hatlardaki sinyallerin elektriksel karakteristiklerine bağlıdır.  Dengesiz bir hat, sinyalin sinyal voltajının tek bir tele tatbik edildiği ve tüm sinyal gerilimlerinin tek bir toprağı referans aldıkları bir hattır.  Bu tip bir arabirime tek-uçluda denilmektedir.  Dengeli ya da fark (differantial) hatlarında her bir sinyal için, biri diğerindeki sinyalin tersini (inverse) taşıyan iki tel kullanılır (1).

 

I.1.1.1 İki Cihazı RS–232 İle Bağlamak

RS–232 her zaman en popüler arabirimlerden biri olarak PC’lerde yer almaktadır.  Mikrokontrolörler ve bağlı olduğu cihazlarda çok büyük bir iş yükünü kaldırmaktadır.  RS-232, veri toplama modüllerinde, test cihazlarında ve kontrol devrelerinde kullanılmaktadır.  İki bilgisayar arasında basit bir link için de kullanılabilir (1).

Son zamanlarda çok daha hızlı ve gelişmiş arabirimler kullanıma girmesine rağmen donanım ve yazılım gereklerinin yalınlığı, ucuzluğu ve birçok cihazın üstünde yer alması gibi nedenlerle yaygın olarak tercih edilmektedir. (1).

I.1.1.2 RS-232 Özellikleri

RS-232’nin bazı yönlerden avantajları vardır:

• Her PC’de bir ve daha fazla bulunur. Yeni PC’ler USB gibi arabirimleri desteklemesine rağmen RS-232 USB ile gerçekleştirilmesi zor bir çok işlemi gerçekleştirebilir. (1).
• Mikrokontrolörde, arabirim yongaları bir 5 V seri portu RS–232 ye çevirebilirler (1).
• Linkler 15 ya da 30 metre uzunlukta olabilir. Çoğu cihazlardaki arabirimler uzun mesafelere yönelik değildirler.  USB linkler yaklaşık 5 metre (16 feet),   PC paralel arabirimi 3 metre ile 4,5 metre arası (10-15 feet) ve IEEE-1284 tip B sürücülerle ise 9 metre (30 feet) olabilmektedir.  Oysa RS-232 çok daha uzun kablolarla da iş görebilir.  Her RS-232 bir modeme bağlanırsa, bu durumda telefon şebekesini tüm dünyaya iletim amacıyla kullanmak mümkündür (1).
• 2 yollu bir link için sadece üç tele ihtiyaç vardır. Paralel linkte sekiz adet veri hattıyla iki ve daha fazla kontrol sinyali ve birkaç da toprak hattı bulunur. Kablolama maliyeti yanında bir de konnektör sorunu vardır (1).

 

RS-232’nin bazı yönlerden de dezavantajları vardır:

• Linkin karşı ucu paralel veri gerektiriyorsa, gelen veri paralel veri haline dönüştürmek için UART kullanılması gerekir. (1).
• PC’lerde çok sayıda seri port bulunmasına rağmen her biri için bir kesme istek hattı tahsis edilmez. Mikrokontrolör donanımda genelde bir tane seri port bulunmaktadır (1).
• Bir linkte ikiden fazla cihaz bulunmayabilir (1).
• Belirlenen en yüksek hız 20,000 bps (bit per second)’dir. Birçok arabirim 20,000 bps nin üzerindeki hızlarda kullanılmaktadır. (1).
• Çok uzun linklerde farklı arabirim gerekebilir. Daha yüksek hız, daha uzun link ve daha çok düğüm olması halinde RS-485 dengeli arabirimi bir çözüm olabilir (1).

I.1.2 RS–485 Seri Port

Yüksek hızlarda ve uzak mesafelerde veri transferi gerektiğinde RS-485 kullanılmaktadır.  RS-485’li linkler iki cihazla sınırlı değildir.  Mesafeye, bit hızına ve arabirim yongalarına bağlı olarak sayıları 256’ya varabilen düğüm bir linkle bağlanabilir (1).

I.1.2.1 RS–485 Özellikleri

RS-485, standartta Telekomünikasyon Endüstrisi Derneği/Elektronik Sektör İttifakı (TIA/EIA-485) olarak geçer.  RS-232’ye göre çeşitli avantajları vardır:

• Maliyeti düşüktür: Sürücüleri ve alıcıları pahalı değildir.  +5 V ya da daha düşük güç kaynağıyla çalışırlar.  Böyle bir kaynakla, farksal çıkışlarda gereken minimum 1,5 V’luk farkı üretebilirler.  RS-232’nin ± 5V’luk minimum çıkışı, ± gerilimli bir güç kaynağını ya da bunları türeten daha pahalı bir arabirim yongası gerektirir (1).
• Ağ Kapasitesi: İki cihazla sınırlı olmaması RS-485’nin çok sayıda sürücüsü ve alıcısı olmasını sağlar. Yüksek empedanslı sürücülerle bir RS-485, 256 düğümlü olabilir (1).
• Uzun Linkler: Link uzunluğu RS485’de yaklaşık 1220 metreye kadar (4000 feet) çıkabilirken bu mesafe RS-232’de 15 metre ile 30 metre (50-100 feet) arasındadır (1).
• Sürat: Saniyede 10 Megabit hız mümkündür. Bit hızı kablo boyu ile ilişkilidir.  Tablo 2.1’de RS-485’in özelliklerine ve akraba bir arabirime yer verilmiştir.  RS-422 bir sürücü ve on alıcıyla sınırlıdır.  Ancak farksal giriş gerilimi çok daha büyüktür (1).
• Seri arabirimlerde kullanılması yanında RS-485, farksal küçük bilgisayar sistemi arabirimi (SCSI) gibi hızlı paralel arabirimlemede de kullanılabilir (1).

 

Tablo I.1 RS-422B ve RS-485 Özellikleri (1)

Özellik	RS-422 B	RS-485
İletim Modu	Dengeli	Dengeli
Kablo Boyu (metre)	1220	1220
Kablo Boyu (10 Mbps) (feet)	15	15
Max.Data Oranı (bit/sec)	10 M	10 M
Fark Çıkış Voltajı (min Volt)	± 2	± 1.5
Fark Çıkış Voltajı (max Volt)	± 10	± 6
Alıcı Hassasiyeti (Volt)	± 0.2	± 0.2
Sürücü Yük Direnci (min Ohm)	100	60
Maksimum Sürücü Sayısı	1	32 Unit
Maksimum Alıcı Sayısı	10	32 Unit

 

 

I.1.2.2 RS-485’de Dengeli ve Dengesiz Hatlar

RS-485’in uzun mesafelere transfer yapabilmesi, dengeli hatların kullanmasıyla gerçekleşir.  Her bir sinyal için bir çift tel gerekir ve bir teldeki voltaj, diğer teldeki tamamlayıcısıyla, negatif voltajla, aynı büyüklüktedir.  Alıcı, voltajlar arasındaki farka tepki verir.  Dengeli hatların avantajlarının başında yüksek gürültü bağışıklıkları gelir.  Bu transferin bir diğer adı farksal iletimdir (1).

RS-232 dengesiz, ya da tek-uçlu hatlarla çalışır.  Burada alıcı, sinyal voltajıyla ortak toprak hattı arasındaki farka tepki verir.  Dengesiz bir ara biriminde çok sayıda toprak hattı olabilir.  Ancak bunların hepsi bir noktadan bağlanırlar.  RS-485, A ve B şeklinde bir farksal çift belirlemektedir.  Sürücüdeki yaşam süresi (TTL) yüksek lojik giriş A hattının B den daha fazla pozitif olmasına yol açarken, TTL düşük lojik giriş B hattının A’dan daha pozitif olmasına yol açar.  Alıcıda ise, A girişi B girişinden daha pozitifse TTL çıkışı lojik-yüksek, B girişi A girişinden daha pozitifse TTL çıkışı lojik düşük olur (1).

Alıcı toprağına referans olarak, her bir girişin -7 V ile +12 V arasında olması gerekir.  Bu durum sürücüyle alıcı arasında toprak potansiyelindeki farklara imkan verir.  Maksimum farksal giriş (V_A-V_B) ±6V’den daha büyük olmamalıdır (1).

 

I.1.2.3 Gerilim

RS-485, 5 V güç kaynağıyla çalışır.  Bununla birlikte sürücü ve alıcılardaki lojik düzeyler 5 V TTL ya da bütünleyici metal oksit yarıiletken (CMOS) lojik gerilim değeri değildir.  Geçerli bir çıkış için A ve B çıkışları arasındaki fark en az 1.5 V olmalıdır (1).

RS–485 standardı lojik 1’i B>A; lojik 0’ı A>B olarak tanımlamaktadır.  Bu tanımlarla RS-485 arabirim yongaları tersindirici olurlar.  Çünkü yonganın RS-485 tarafındaki B>A TTL tarafındaki lojik düşüğe, ve A>B de TTL tarafındaki lojik yükseğe karşılık gelir.  Aslında, tüm düğümlerin bir konvansiyon üzerinde uzlaşmaları halinde polaritenin bir önemi yoktur (1).

 

I.1 2.4 Akım

RS-485 linkteki toplam akım, linkteki komponentlerin empedanslarına bağlıdır.  Bu komponentler sürücüler, kablolar, alıcılar ve sonlandırma elemanlarıdır. Sürücüdeki bir düşük çıkış empedansı ve düşük empedanslı bir kablo, anahtarlamanın hızlı olmasına imkan verirken, alıcınında mümkün en geniş sinyalini görmesini sağlar.  Alıcıdaki yüksek empedans, linkteki akımı azaltarak bataryanın ömrünü uzatır (1).

Sonlandırma elemanları, kullanılmaları halinde, linkteki akım miktarı üzerinde en büyük etkiyi yapan komponentlerdir.  Birçok RS-485 linkte, linkin her iki    ucunda da 120 ohm dirençler yer alır.  Bunların paralel bileşimi 60 ohm’dur.  Sonlandırmalar, lojik yüksek çıkışlı bir sürücüden, lojik düşük çıkışlı bir sürücüye doğru dirençli bir yol oluştururlar.  Kısa ve yavaş linklerde sonlandırmalardan tamamıyla kurtulmak mümkündür.  Böylece büyük bir güç tasarrufu sağlanır.  Eğer sonlandırma yoksa seri dirençler toplamındaki en büyük etki alıcıların giriş empedanslarından kaynaklanır.  Toplam giriş empedansı aktif alıcıların sayısına ve bunların giriş empedansına bağlıdır (1).

 

I.1.2.5 RS-232’nin Dönüştürülmesi

RS-232’nin yaygınlığı nedeniyle, mevcut RS-485 linklerin çoğu RS-232’nin dönüştürülmesiyle kurulmuş linklerdir.  PC’de bulunan boştaki bir RS-232 portun harici bir konvertörün eklenmesiyle RS-485’e çevrilmesi, bir RS-485 kart satın almaya ve kurmaya kıyasla daha ucuz bir yöntemdir.  Öte yandan bazı mikrokontrolör kartlarında kurulu bir RS-232 bulunur.  Bu durumda, RS-232’yi kaldırıp mikrokontrolörün port bacaklarına bir RS-485 bağlanabilir. (1).

Şekil I.2 RS-232 ve RS-485 Dönüşüm Devresi (7).

 

RS-232’yi RS-485’ye dönüştürme yollarından birini Şekil II.7’de görülmektedir.  Arabirim üç RS-232 hattını kullanır: TD veriyi gönderir, RD veriyi alır ve RTS de yönü kontrol eder.  MAX233, RS232 sinyallerini TTL düzeylerine çevirir.  TTL sinyalleri 75176B ye bağlanarak bir  RS-485 arabirimi oluşturulur.  RTS düşükken 75176’nın DE (Driver Enable: sürücü devrede) yüksektir.  TD,      RS-485 linkine veri gönderebilir.  RTS yüksek iken, RE girişi düşüktür.  RD, RS-485 linkinden veri alabilir.  RS-232 portla konvertör arasındaki kablo bir metreden uzun olmaz.  Benzer yöntemlerle 179B veya diğer dört telli bir RS-485 yongası kullanarak tam çift-yönlü bir RS-232’den RS-485’e arabirim oluşturulabilir (1).

 

KAYNAKLAR

• Axelson, J.: “Her Yönüyle Seri Port”, ERA Bilgi Sistemleri ve Yayıncılık, İstanbul, (2000), 21.