Последовательное и параллельное соединение проводников

Последовательное и параллельное соединение очень широко используется в электронике и электротехнике и порой даже необходимо для правильной работы того или иного узла электроники. И начнем, пожалуй, с самых простых компонентов радиоэлектронных цепей – проводников.

Для начала давайте вспомним, что такое проводник? Проводник – это вещество или какой-либо материал, который отлично проводит электрический ток. Если какой-либо проводник отлично проводит электрический ток, то он в любом случае обладает каким-либо сопротивлением. Сопротивление проводника мы находим по формуле:

формула сопротивление проводника

ρ – это удельное сопротивление, Ом × м

R – сопротивление проводника, Ом

S – площадь поперечного сечения, м²

l – длина проводника, м

Более подробно об этом я писал здесь.

Следовательно, любой проводник представляет из себя резистор с каким-либо сопротивлением. Значит, любой проводник можно нарисовать так.

обозначение резистора на схемах

Последовательное соединение проводников

Сопротивление при последовательном соединении проводников

Последовательное соединение проводников – это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.

последовательное соединение резисторов

Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.

Получается, можно записать, что

формула при последовательном соединении резисторов

Пример

У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.

Решение

R_общее =R₁ + R₂ + R₃ = 3+5+2=10 Ом.

То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор R_AB .

показать на реальном примере с помощью мультиметра

Сила тока через последовательное соединение проводников

Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.

Получается, если через резистор R_AB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R₁ , R₂ , R₃ , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор R_AB .

сила тока через последовательное соединение проводников

Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R₁ течет такая же сила тока, как и через резистор R₂ и такая же сила тока течет через резистор R₃ .

Напряжение при последовательном соединении проводников

Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами

Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?

Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на  любом резисторе. Давайте так и сделаем.

Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.

Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.

Получается, что в данном случае R_AB =R₁ + R₂ + R₃ = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.

Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения U_R1 , U_R2 , U_R3  . Но как это сделать?

Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.

Следовательно,

U_R1 = IR₁ =1×2=2 Вольта

U_R2 = IR₂ = 1×3=3 Вольта

U_R3 = IR₃ =1×5=5 Вольт

Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.

Получается

U=U_R1+U_R2+U_R3

Мы получили самый простой делитель напряжения.

Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.

 

Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников выглядит вот так.

параллельное соединение резисторов

Ну что, думаю, начнем с сопротивления.

Сопротивление при параллельном соединении проводников

Давайте пометим клеммы как А и В

В этом случае общее сопротивление R_AB будет находиться по формуле

 

Если же мы имеем только два параллельно соединенных проводника

То в этом случае можно упростить длинную неудобную формулу и она примет вид такой вид.

Напряжение при параллельном соединении проводников

Здесь, думаю ничего гадать не надо. Так как все проводники соединяются параллельно, то и напряжение у всех будет одинаково.

Получается, что напряжение на R1 будет такое же как и на R2, как и на R3, так и на Rn

Сила тока при параллельном соединении проводников

Если с напряжением все понятно, то с силой тока могут быть небольшие затруднения. Как вы помните, при последовательном соединении сила тока через каждый проводник была одинакова. Здесь же совсем наоборот. Через каждый проводник будет течь своя сила тока. Как же ее вычислить? Придется опять прибегать к Закону Ома.

Чтобы опять же было нам проще, давайте рассмотрим все это дело на реальном примере. На рисунке ниже видим параллельное соединение трех резисторов, подключенных к источнику питания U.

Как мы уже знаем, на каждом резисторе одно и то же напряжение U. Но будет ли сила тока такая же, как и во всей цепи? Нет. Поэтому для каждого резистора мы должны вычислить свою силу тока по закону Ома I=U/R. В результате получаем, что

I₁ = U/R₁

I₂ = U/R₂

I₃ = U/R₃

Если бы у нас еще были резисторы, соединенные параллельно, то для них

I_n = U/R_n

В этом случае, сила тока в цепи будет равна:

Задача

Вычислить силу тока через каждый резистор и силу тока в цепи, если известно напряжение источника питания и номиналы резисторов.

Решение

Воспользуемся формулами, которые приводили выше.

I₁ = U/R₁

I₂ = U/R₂

I₃ = U/R₃

Если бы у нас еще были резисторы, соединенные параллельно, то для них

I_n = U/R_n

Следовательно,

I₁ = U/R₁ = 10/2=5 Ампер

I₂ = U/R₂ = 10/5=2 Ампера

I₃ = U/R₃ = 10/10=1 Ампер

Далее, воспользуемся формулой

чтобы найти силу тока, которая течет в цепи

I=I₁ + I₂ + I₃ = 5+2+1=8 Ампер

2-ой способ найти I

I=U/R_общее

Чтобы найти R_общее мы должны воспользоваться формулой

Чтобы не париться с вычислениями, есть онлайн калькуляторы. Вот один из них. Я за вас уже все вычислил. Параллельное соединение 3-ех резисторов номиналом в 2, 5, и 10 Ом равняется 1,25 Ом, то есть R_общее = 1,25 Ом.

I=U/R_общее = 10/1,25=8 Ампер.

Параллельное соединение резисторов в электронике также называется делителем тока, так как резисторы делят ток между собой.

Ну а вот вам бонусом объяснение, что такое последовательное и параллельное соединение проводников от лучшего преподавателя России.

 

Похожие статьи по теме “последовательное и параллельное соединение”

Закон Ома

Проводник (электрический проводник)

Что такое резистор

Делитель напряжения

Делитель тока

Что такое напряжение

Что такое сила тока

Последовательное и параллельное соединение

В данной статье речь пойдет о последовательном и параллельном соединении проводников. На примерах будут рассмотрены данные соединения и как при таких соединениях будут изменяться такие величины как:

• ток;
• напряжение;
• сопротивление.

В таблице 1.8 [Л2, с.24] приведены схемы и формулы по определению сопротивлений, токов и напряжений при параллельном и последовательном соединении.

Последовательное соединение

Последовательным соединением называются те участки цепи, по которым всегда проходят одинаковые токи.

При последовательном соединении:

• сила тока во всех проводниках одинакова;
• напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках;
• сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Пример 1

Последовательно подключены две лампы накаливания одинаковой мощности Рл1=Рл2=100 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляет Rл1=Rл2=122 Ом. Номинальное напряжение для ламп равно 220 B. На рис.1 показано последовательное включение ламп.

Решение

Составляем схему замещения, выражая каждую из входящих элементов цепи (в данном случае лампы накаливания) в виде сопротивлений.

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/122+122 = 0,9 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания, так как мощность ламп у нас одинаковая, то и напряжение для каждой из ламп будет одинаково:

Uл1=Uл2 = Iн*R = 0,9*122 = 110 B

Как мы видим напряжение источника (в данном примере 220 В) разделиться поровну, между обоими последовательно включенными лампами. При этом лампы будут ели светит, их накал будет неполным.

Для того чтобы лампы горели с полным накалом, нужно увеличить напряжение источника с 220В до 440В, при этом на каждой из ламп установиться номинальное (рабочее) напряжение равное 220В.

Пример 2

Последовательно подключены две лампы накаливания мощность Рл1 = 100 Вт и Рл2 = 75 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляют Rл1= 122 Ом для стоваттной лампы и Rл2= 153 Ом для семидесяти пяти ватной лампы.

Решение

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/100+75 = 0,8 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания:

Uл1= Iн*Rл1 = 0,8*122 = 98 B
Uл2= Iн*Rл2 = 0,8*153 = 122 B

Исходя из результатов расчетов, более мощная лампа 100 Вт получает при этом меньшее напряжение. Но ток в двух последовательно включенных даже разных лампах остается одинаковым. Например, если одна из ламп перегорит (порвется ее нить накаливания), погаснут обе лампы.

Данное соединение лампочек, например, используется в трамвайном вагоне для освещения салона.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Точки цепи, к которым сходится несколько проводов, называют узлами. Участки цепи, соединяющие между собой узлы, называют ветвями.

При параллельном соединении:

• напряжение на всех проводниках одинаково;
• сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках;
• величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Пример 3

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.5), если известно:

• Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
• Сопротивление нити в лампах HL1 и HL2 составляют Rл1 = Rл2 = 122 Ом.
• Сопротивление нити в лампе HL3 составляют Rл3 = 153 Ом.

Решение

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.5.

1. Определяем проводимость всей цепи [Л1, с.47] и согласно таблицы 1.8:

2. Определяем сопротивление всей цепи [Л1, с.47]:

3. Определяем силу тока цепи по закону Ома:

4. Определяем токи для каждой цепи [Л1, с.47]:

5. Выполним проверку, согласно которой, сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках:

Iл1+ Iл2+ Iл3=Iобщ.=1,8+1,8+1,44=5,04=5,04 (условие выполняется)

Смешанное соединение

Смешанным соединением – называется последовательно-параллельное соединение сопротивлений или участков цепи.

Пример 4

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.7), если известно:

• Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
• Сопротивление нити в лампах HL1, HL2, HL3 составляют Rл1 = Rл2 = Rл3 = 122 Ом.
• Сопротивление нити в лампе HL4 составляют Rл4 = 153 Ом.
• Результаты расчетов для участка цепи ВС (параллельное соединение проводников) применим из примера 3:
  Сопротивление цепи ВС составляет Rвс = 43,668 Ом.

Решение

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.7.

1. Определяем сопротивление всей цепи:

Rобщ = Rав+Rвс = Rл1+Rвс = 122+43,688 = 165,688 Ом

2. Определяем силу тока цепи, согласно закона Ома:

3. Определяем напряжение на первом сопротивлении:

Uав=Uл1= Iобщ*Rл1 = 1,33*122 = 162 B

4. Определяем напряжение на участке ВС:

Uвс= Iобщ*Rвс = 1,33*43,688 = 58,1 B

5. Определяем токи для каждой цепи участка ВС:

6. Выполним проверку для участка цепи ВС:

Iл2+ Iл3+ Iл4= Iобщ.=0,48+0,48+0,38=1,33=1,33 (условие выполняется)

Литература:

1. Общая электротехника с основами электроники, В.С. Попов, 1972 г.
2. Справочная книга электрика. В.И. Григорьева. 2004 г.

Последовательное и параллельное соединение резисторов.

Как я и обещал в статье про переменные резисторы (ссылка), сегодня речь пойдет о возможных способах соединения, в частности о последовательном соединении резисторов и о параллельном.

Последовательное соединение резисторов.

Давайте начнем с рассмотрения цепей, элементы которой соединены последовательно. И хоть мы и будем рассматривать только резисторы в качестве элементов цепи в данной статье, но правила, касающиеся напряжений и токов при разных соединениях будут справедливы и для других элементов. Итак, первая цепь, которую мы будем разбирать выглядит следующим образом:

Здесь у нас классический случай последовательного соединения – два последовательно включенных резистора. Но не будем забегать вперед и рассчитывать общее сопротивление цепи, а для начала рассмотрим все напряжения и токи. Итак, первое правило заключается в том, что протекающие по всем проводникам токи при последовательном соединении равны между собой:

I = I_1 = I_2

А для определения общего напряжения при последовательном соединении, напряжения на отдельных элементах необходимо просуммировать:

U = U_1 + U_2

В то же время, по закону Ома для напряжений, сопротивлений и токов в данной цепи справедливы следующие соотношения:

U_1 = I_1R_1 = IR_1

U_2 = I_2R_2 = IR_2

Тогда для вычисления общего напряжения можно будет использовать следующее выражение:

U = U_1 + U_2 = IR_2 + IR_2 = I(R_1 + R_2)

Но для общего напряжение также справедлив закон Ома:

U = IR_0

Здесь R_0 – это общее сопротивление цепи, которое исходя из двух формул для общего напряжения равно:

R_0 = R_1 + R_2

Таким образом, при последовательном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивлений всех проводников.

Например для следующей цепи:

Общее сопротивление будет равно:

R_0 = R_1 + R_2 + R_3 + R_4 + R_5 + R_6 + R_7 + R_8 + R_9 + R_{10}

Количество элементов значения не имеет, правило, по которому мы определяем общее сопротивление будем работать в любом случае 🙂 А если при последовательном  соединении все сопротивления равны (R_1 = R_2 = … = R), то общее сопротивление цепи составит:

R_0 = nR

В данной формуле n равно количеству элементов цепи. С последовательным соединением резисторов мы разобрались, давайте перейдем к параллельному.

Параллельное соединение резисторов.

При параллельном соединении напряжения на проводниках равны:

U_1 = U_2 = U

А для токов справедливо следующее выражение:

I = I_1 + I_2

То есть общий ток разветвляется на две составляющие, а его значение равно сумме всех составляющих. По закону Ома:

I_1 = \frac{U_1}{R_1} = \frac{U}{R_1}

I_2 = \frac{U_2}{R_2} = \frac{U}{R_2}

Подставим эти выражения в формулу общего тока:

I = \frac{U}{R_1} + \frac{U}{R_2} = U\medspace (\frac{1}{R1} + \frac{1}{R2})

А по закону Ома ток:

I = \frac{U}{R_0}

Приравниваем эти выражения и получаем формулу для общего сопротивления цепи:

\frac{1}{R_0} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}

Данную формулу можно записать и несколько иначе:

R_0 = \frac{R_1R_2}{R_1 + R_2}

Таким образом, при параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Аналогичная ситуация будет наблюдаться и при большем количестве проводников, соединенных параллельно:

\frac{1}{R_0} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4} + \frac{1}{R_5} + \frac{1}{R_6}

Смешанное соединение резисторов.

Помимо параллельного и последовательного соединений резисторов существует еще смешанное соединение. Из названия уже понятно, что при таком соединении в цепи присутствуют резисторы, соединенные как параллельно, так и последовательно. Вот пример такой цепи:

Давайте рассчитаем общее сопротивление цепи. Начнем с резисторов R_1 и R_2 – они соединены параллельно. Мы можем рассчитать общее сопротивление для этих резисторов и заменить их в схеме одним единственным резистором R_{1-2}:

R_{1-2} = \frac{R1\cdot R2}{R1 + R2} = 1

Теперь у нас образовались две группы последовательно соединенных резисторов:

Заменим эти две группы двумя резисторами, сопротивление которых равно:

R_{1-2-3} = R_{1-2} + R_3 = 5

R_{4-5} = R_4 + R_5 = 24

Как видите, схема стала уже совсем простой 🙂 Заменим группу параллельно соединенных резисторов R_{1-2-3} и R_{4-5}  одним резистором R_{1-2-3-4-5}:

R_{1-2-3-4-5}\enspace = \frac{R_{1-2-3}\medspace\cdot R_{4-5}}{R_{1-2-3} + R_{4-5}} = \frac{5\cdot24}{5 + 24} = 4.14

И в итоге у нас на схеме осталось только два резистора соединенных последовательно:

Общее сопротивление цепи получилось равным:

R_0 = R_{1-2-3-4-5}\medspace +\medspace R_6 = 4.14 + 10 = 14.14

Таким вот образом достаточно большая схема свелась к простейшему последовательному соединению двух резисторов!

Тут стоит отметить, что некоторые схемы невозможно так просто преобразовать и определить общее сопротивление – для таких схем нужно использовать правила Кирхгофа, о которых мы обязательно поговорим в будущих статьях. А сегодняшняя статья на этом подошла к концу, до скорых встреч на нашем сайте!

Последовательное и параллельное соединение проводников — Студопедия

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении проводников (рис. 2.3) сила тока во всех проводниках одинакова:

.

По закону Ома, напряжения U₁ и U₂ на проводниках равны

; .

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂:

,

где R – электрическое сопротивление всей цепи.

Отсюда следует:

.

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников. Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

Рис. 2.3. Последовательное соединение двух сопротивлений

При параллельном соединении (рис. 2.4) напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

.

Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

.

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, в узел A за время Δt втекает заряд IΔt, а вытекает их узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно, .

Рис. 2.4. Параллельное соединение двух сопротивлений

Запишем на основании закона Ома

; ; ,

где R – электрическое сопротивление всей цепи, тогда получим

.

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников. Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Общее сопротивление n участков при их параллельном и последовательном соединении соответственно равны:

; .

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рис. 2.5 приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений.

Рис. 2.5. Расчет сопротивления сложной цепи.

Сопротивления всех проводников указаны в Ом

Следует отметить, что далеко не все сложные цепи, состоящие из проводников с различными сопротивлениями, могут быть рассчитаны с помощью формул для последовательного и параллельного соединения. На рис. 2.6 приведен пример электрической цепи, которую нельзя рассчитать указанным выше методом.

Рис. 2.6. Пример электрической цепи, которая не сводится к комбинации последовательно и параллельно соединенных проводников

Последовательное и параллельное соединение проводников

 

Если нам надо, чтобы электроприбор работал, мы должны подключить его к источнику тока. При этом ток должен проходить через прибор и возвращаться вновь к источнику, то есть цепь должна быть замкнутой.

Но подключение каждого прибора к отдельному источнику осуществимо, в основном, в лабораторных условиях. В жизни же приходится иметь дело с ограниченным количеством источников и довольно большим количеством потребителей тока. Поэтому создают системы соединений, позволяющие нагрузить один источник большим количеством потребителей. Системы при этом могут быть сколь угодно сложными и разветвленными, но в их основе лежит всего два вида соединения: последовательное и параллельное соединение проводников. Каждый вид имеет свои особенности, плюсы и минусы. Рассмотрим их оба.

Последовательное соединение проводников

Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом. Электроприборы в данном случае можно сравнить с людьми в хороводе, а их руки, держащие друг друга – это провода, соединяющие приборы. Источник тока в данном случае будет одним из участников хоровода.

Напряжение всей цепи при последовательном соединении будет равно сумме напряжений на каждом включенном в цепь элементе. Сила тока в цепи будет одинакова в любой точке. А сумма сопротивлений всех элементов составит общее сопротивление всей цепи. Поэтому последовательное сопротивление можно выразить на бумаге следующим образом:

I=I_1=I_2=⋯=I_n  ;     U=U_1+U_2+⋯+U_n  ;     R=R_1+R_2+⋯+R_n  ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление,  1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек.

Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше.

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении проводников все элементы цепи подключаются к одной и той же паре точек, можно назвать их А и В. К этой же паре точек подключают источник тока. То есть получается, что все элементы подключены к одинаковому напряжению между А и В. В то же время ток как бы разделяется на все нагрузки в зависимости от сопротивления каждой из них.

Параллельное соединение можно сравнить с течением реки, на пути которой возникла небольшая возвышенность. Вода в таком случае огибает возвышенность с двух сторон, а потом вновь сливается в один поток. Получается островок посреди реки. Так вот параллельное соединение – это два отдельных русла вокруг острова. А точки А и В – это места, где разъединяется и вновь соединяется общее русло реки.

Напряжение тока в каждой отдельной ветви будет равно общему напряжению в цепи. Общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей. А вот общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет меньше сопротивления тока на каждой из ветвей. Это происходит потому, что общее сечение проводника между точками А и В как бы увеличивается за счет увеличения числа параллельно подключенных нагрузок. Поэтому общее сопротивление уменьшается. Параллельное соединение описывается следующими соотношениями:

U=U_1=U_2=⋯=U_n  ;     I=I_1+I_2+⋯+I_n  ;      1/R=1/R_1 +1/R_2 +⋯+1/R_n   ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление,  1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Огромным плюсом параллельного соединения является то, что при выключении одного из элементов, цепь продолжает функционировать дальше. Все остальные элементы продолжают работать. Минусом является то, что все приборы должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение. Именно параллельным образом устанавливают розетки сети 220 В в квартирах. Такое подключение позволяет включать различные приборы в сеть совершенно независимо друг от друга, и при выходе их строя одного из них, это не влияет на работу остальных.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Расчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРабота и мощность тока

Все неприличные комментарии будут удаляться.

Параллельное и последовательное соединение. Последовательное и параллельное соединение проводов

В физике речь идет о параллельном и последовательном включении, причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как каждый из них выглядит на схеме. И только потом применяйте определенные формулы. Кстати, их нужно помнить наизусть.

Как отличить эти два соединения?

Внимательно посмотрите на схему. Если провода представлены как дорога, то машины на ней будут играть роль резисторов.По прямой дороге без разветвлений машины едут одна за другой в цепочку. Так же выглядит последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но не иметь ни одного перекрестка. Как бы ни качалась дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут располагаться одна за другой, по единой цепи.

Другое дело, если рассматривать параллельное подключение. Тогда резисторы можно будет сравнить со спортсменами на старте.Каждый идет своим путем, но направление их движения одинаково, а финиш в одном месте. Резисторы одинаковые — у каждого свой провод, но все они в какой-то момент соединены.

Формулы для тока

Это всегда обсуждается в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину тока в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но просто запомните тот смысл, который в них вложен.

Таким образом, ток в последовательно соединенных проводниках всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не различается. Можно провести аналогию, если сравнить проволоку с трубой. В нем вода течет всегда одинаково. И все препятствия на его пути будут сметены с такой же силой. Так что с силой тока. Следовательно, формула полного тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:

I _итого = И ₁ = И ₂

Здесь буквой I обозначена сила электрический ток.Это общепринятое обозначение, поэтому его необходимо запомнить.

Ток при параллельном подключении больше не будет постоянным. По такой же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы есть ответвление. То же явление наблюдается и с током, когда на его пути появляется ветвь проводов. Формула полного тока при параллельном соединении проводов:

I _итого = И ₁ + И ₂

Если ответвление составлено из проводов, которых больше двух, то в формула выше, для того же числа будет больше терминов.

Формулы для напряжений

Если рассматривать схему, в которой последовательно соединены проводники, то напряжение на всем сечении определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Вы можете сравнить эту ситуацию с тарелками. Удержать одного из них легко окажется у одного человека, второго он тоже может взять, но с трудом. Держать три тарелки в руках одного человека рядом друг с другом уже невозможно, понадобится помощь второго.И так далее. Усилия людей обретают форму.

Формула для полного напряжения цепи при последовательном соединении проводов выглядит следующим образом:

Имеем _итого = Y ₁ + U ₂ , где U — обозначение, принятое для электрического напряжения.

Иная ситуация складывается, если рассматривается параллельное соединение резисторов. Когда тарелки кладут друг на друга, их может удерживать один человек. Поэтому добавить нечего.Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводов. Напряжение на каждом из них одинаково и равно напряжению на всех сразу. Общая формула напряжения:

Имейте _итого = Y ₁ = Y ₂

Формулы для электрического сопротивления

Они уже не могут вспомнить, а знают формулу закона Ома и из нее вывести необходимые . Из этого закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления.То есть U = I * R, где R — сопротивление.

Тогда формула, с которой вам нужно работать, зависит от того, как подключены проводники:

• , следовательно, вам нужно равенство по напряжению — I _всего * R _всего = AND ₁ * R ₁ + И ₂ * R _2;
• параллельно нужно

.

Как работают последовательные порты | HowStuffWorks

Все компьютерные операционные системы, используемые сегодня, поддерживают последовательные порты, поскольку последовательные порты существуют уже несколько десятилетий. Параллельные порты — более новое изобретение, они намного быстрее последовательных портов. Портам USB всего несколько лет, и в ближайшие несколько лет они, вероятно, полностью заменят как последовательные, так и параллельные порты.

Название «последовательный» происходит от того факта, что последовательный порт «сериализует» данные.То есть он берет байт данных и передает 8 бит в байте по одному. Преимущество состоит в том, что для последовательного порта требуется только один провод для передачи 8 бит (в то время как для параллельного порта требуется 8). Недостатком является то, что для передачи данных требуется в 8 раз больше времени, чем при использовании 8 проводов. Последовательные порты снижают стоимость кабеля и уменьшают размер кабеля.

Объявление

Перед каждым байтом данных последовательный порт отправляет стартовый бит, который представляет собой один бит со значением 0.После каждого байта данных он отправляет стоповый бит, чтобы сигнализировать, что байт завершен. Он также может отправить бит четности.

Последовательные порты, также называемые портами связи (COM) , являются двунаправленными . Двунаправленная связь позволяет каждому устройству как принимать данные, так и передавать их. Последовательные устройства используют разные контакты для приема и передачи данных — использование одних и тех же контактов ограничит связь до полудуплекс , что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз.Использование разных контактов обеспечивает полнодуплексную связь с , при которой информация может перемещаться в обоих направлениях одновременно.

Последовательные порты

полагаются на специальную микросхему контроллера, универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) , для правильной работы. Микросхема UART принимает параллельный вывод системной шины компьютера и преобразует его в последовательную форму для передачи через последовательный порт. Чтобы работать быстрее, большинство микросхем UART имеют встроенный буфер объемом от 16 до 64 килобайт.Этот буфер позволяет микросхеме кэшировать данные, поступающие по системной шине, пока он обрабатывает данные, поступающие на последовательный порт. В то время как большинство стандартных последовательных портов имеют максимальную скорость передачи 115 Кбит / с (килобит в секунду), высокоскоростные последовательные порты, такие как Enhanced Serial Port (ESP) и Super Enhanced Serial Port (Super ESP) , могут достигать передачи данных. скорости 460 Кбит / с.

.Основы

, режимы передачи, синхронные и асинхронные последовательные протоколы

Перед тем, как начать с протоколов последовательной связи, давайте разберем терминологию на три части. Связь — очень хорошо известная терминология, которая подразумевает обмен информацией между двумя или более носителями. Во встроенных системах коммуникация означает обмен данными между двумя микроконтроллерами в виде битов. Этот обмен битами данных в микроконтроллере осуществляется некоторым набором определенных правил, известных как протоколы связи .Теперь, если данные отправляются в серии , то есть один за другим, протокол связи известен как протокол последовательной связи . Более конкретно, биты данных передаются по одному последовательно по шине данных или каналу связи при последовательной связи.

Типы протоколов связи

В цифровой электронике доступны различные типы передачи данных, такие как последовательная связь и параллельная связь.Аналогичным образом протоколы делятся на два типа, такие как протокол последовательной связи и протоколы параллельной связи . Примерами протоколов параллельной связи являются ISA, ATA, SCSI, PCI и IEEE-488. Аналогичным образом существует несколько примеров протоколов последовательной связи, таких как CAN, ETHERNET, I2C, SPI, RS232, USB, 1-Wire и SATA и т. Д.

В этой статье будут обсуждаться различных типов протоколов последовательной связи .Последовательная связь — это наиболее широко используемый подход для передачи информации между периферийными устройствами обработки данных. Каждое электронное устройство, будь то персональный компьютер (ПК) или мобильный телефон, работает по последовательной связи. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных исходному хосту (отправителю) и целевому хосту (получателю), аналогично параллельной связи.

Режимы передачи при последовательной связи

Как уже было сказано выше, при последовательной связи данные отправляются в виде битов i.е. двоичные импульсы, и хорошо известно, что двоичная единица представляет собой высокий логический уровень, а ноль — низкий уровень. Существует несколько типов последовательной связи в зависимости от типа режима передачи и передачи данных. Режимы передачи классифицируются как симплекс, полудуплекс и полнодуплекс.

Симплексный метод:

В симплексном методе одновременно может быть активным любой из носителей, то есть отправитель или получатель. Таким образом, если отправитель передает данные, то получатель может только принять, и наоборот.Таким образом, симплексный метод — это метод односторонней связи . Хорошо известными примерами симплекс-метода являются телевидение и радио.

Полудуплексный метод:

В полудуплексном методе и отправитель, и получатель могут быть активными, но не одновременно. Таким образом, если отправитель передает, то получатель может принять, но не может отправить, и аналогично наоборот. Хорошо известными примерами полудуплекса является Интернет, где пользователь отправляет запрос данных, а затем получает их с сервера.

Полнодуплексный метод:

В полнодуплексном методе и приемник, и передатчик могут отправлять данные друг другу одновременно. Известный пример — мобильный телефон.

Помимо этого, для надлежащей передачи данных важную роль играют часы, и они являются одним из основных источников. Неисправность часов приводит к неожиданной передаче данных, иногда даже к потере данных. Таким образом, синхронизация часов становится очень важной при использовании последовательной связи.

Синхронизация часов

Часы различаются для последовательных устройств и делятся на два типа, а именно. Синхронный последовательный интерфейс и асинхронный последовательный интерфейс.

Синхронный последовательный интерфейс:

Это соединение точка-точка от ведущего к ведомому. В этом типе интерфейса все устройства используют одну шину ЦП для обмена данными и часами. Передача данных становится быстрее с той же шиной для совместного использования часов и данных.Также в этом интерфейсе нет несоответствия в скорости передачи. На стороне передатчика происходит сдвиг данных на последовательную линию, обеспечивающую синхронизацию как отдельный сигнал, поскольку к данным не добавляются биты запуска, остановки и четности. На стороне приемника данные извлекаются с использованием часов, предоставленных передатчиком, и преобразуют последовательные данные обратно в параллельную форму. Хорошо известные примеры — I2C и SPI.

Асинхронный последовательный интерфейс:

В асинхронном последовательном интерфейсе внешний тактовый сигнал отсутствует.Асинхронные последовательные интерфейсы можно увидеть в основном в приложениях на большие расстояния и идеально подходят для стабильной связи. В асинхронном последовательном интерфейсе отсутствие внешнего источника синхронизации заставляет его полагаться на несколько параметров, таких как управление потоком данных, управление ошибками, управление скоростью передачи, управление передачей и управление приемом. На стороне передатчика параллельные данные передаются по последовательной линии с использованием собственных часов. Также он добавляет биты запуска, остановки и проверки четности.На стороне приемника приемник извлекает данные, используя свои собственные часы, и преобразует последовательные данные обратно в параллельную форму после удаления битов запуска, остановки и четности. Хорошо известными примерами являются RS-232, RS-422 и RS-485.

Прочие термины, относящиеся к последовательной связи

Помимо тактовой синхронизации, при последовательной передаче данных следует помнить о некоторых вещах, таких как скорость передачи, выбор битов данных (кадрирование), синхронизация и проверка ошибок.Давайте кратко обсудим эти термины.

Скорость передачи: Скорость передачи — это скорость, с которой данные передаются между передатчиком и приемником в виде битов в секунду (бит / с). Наиболее часто используемая скорость передачи — 9600 бод. Но есть и другие варианты скорости передачи, такие как 1200, 2400, 4800, 57600, 115200. Чем больше будет скорость передачи, тем больше данных будут передаваться за раз. Также для передачи данных скорость передачи данных должна быть одинаковой для передатчика и приемника.

Кадрирование: Кадрирование относится к количеству битов данных, которые должны быть отправлены от передатчика к приемнику.Количество битов данных различается в зависимости от приложения. Большинство приложений использует 8 бит в качестве стандартных битов данных, но также можно выбрать 5, 6 или 7 бит.

Синхронизация: Биты синхронизации важны для выбора блока данных. Он сообщает начало и конец битов данных. Передатчик установит стартовый и стоповый биты для кадра данных, а приемник соответствующим образом определит его и выполнит дальнейшую обработку.

Контроль ошибок: Контроль ошибок играет важную роль при последовательной связи, так как существует множество факторов, которые влияют и добавляют шум в последовательной связи.Чтобы избавиться от этой ошибки, используются биты четности, в которых проверяется четность и нечетность. Таким образом, если кадр данных содержит четное число единиц, то это называется четностью, а бит четности в регистре установлен на 1. Точно так же, если кадр данных содержит нечетное число единиц, это называется нечетной четностью и очищает бит нечетной четности в регистре.

Протокол

похож на общий язык, который система использует для понимания данных. Как описано выше, протокол последовательной связи делится на типы i.е. Синхронный и асинхронный. Теперь и то, и другое мы обсудим подробно.

Синхронные последовательные протоколы

Синхронный тип последовательных протоколов , таких как SPI, I2C, CAN и LIN , используется в различных проектах, потому что это один из лучших ресурсов для встроенных периферийных устройств. Также это широко используемые протоколы в основных приложениях.

Протокол SPI

Последовательный периферийный интерфейс (SPI) — это синхронный интерфейс, который позволяет соединять несколько микроконтроллеров SPI.В SPI для линии данных и синхронизации требуются отдельные провода. Также часы не включаются в поток данных и должны быть представлены как отдельный сигнал. SPI может быть настроен как ведущий или ведомый. Четыре основных сигнала SPI (MISO, MOSI, SCK и SS), Vcc и Ground являются частью передачи данных. Таким образом, для отправки и получения данных от ведомого или ведущего требуется 6 проводов. Теоретически SPI может иметь неограниченное количество ведомых устройств. Передача данных настраивается в регистрах SPI. SPI может обеспечивать скорость до 10 Мбит / с и идеально подходит для высокоскоростной передачи данных.

Большинство микроконтроллеров имеют встроенную поддержку SPI и могут быть напрямую подключены к устройству с поддержкой SPI:

Последовательная связь I2C

Двухканальная связь между интегральными схемами (I2C) между различными ИС или модулями, где две линии — SDA (последовательная линия данных) и SCL (последовательная линия синхронизации). Обе линии должны быть подключены к положительному источнику питания с помощью подтягивающего резистора.I2C может обеспечивать скорость до 400 Кбит / с и использует 10-битную или 7-битную систему адресации для нацеливания на конкретное устройство на шине i2c, поэтому к нему можно подключить до 1024 устройств. Он имеет ограниченную длину сообщения и идеально подходит для общения на борту. Сети I2C легко настроить, поскольку в них используются только два провода, а новые устройства можно просто подключить к двум общим линиям шины I2C. Как и SPI, микроконтроллер обычно имеет контакты I2C для подключения любого устройства I2C:

USB

USB (универсальная последовательная шина) — это широко распространенный протокол с различными версиями и скоростями.К одному хост-контроллеру USB можно подключить до 127 периферийных устройств. USB действует как устройство «подключи и работай». USB используется почти в таких устройствах, как клавиатуры, принтеры, мультимедийные устройства, камеры, сканеры и мышь. Он разработан для легкой установки, более быстрого расчета данных, меньшего количества кабелей и горячей замены. Он заменил более громоздкие и медленные последовательные и параллельные порты. USB использует дифференциальную передачу сигналов, чтобы уменьшить помехи и обеспечить высокоскоростную передачу на большие расстояния.

Дифференциальная шина состоит из двух проводов, один из которых представляет передаваемые данные, а другой — их дополнение.Идея заключается в том, что «среднее» напряжение на проводах не несет никакой информации, что снижает помехи. В USB устройствам разрешено потреблять определенное количество энергии без запроса хоста. USB использует только два провода для передачи данных и работает быстрее, чем последовательный и параллельный интерфейс. Версии USB поддерживают разные скорости, такие как 1,5 Мбит / с (USB v1.0), 480 Мбит / с (USB2.0), 5 Гбит / с (USB v3.0). Длина отдельного USB-кабеля может достигать 5 метров без концентратора и 40 метров с концентратором.

CAN

Сеть контроллеров (CAN) используется, например, в автомобильный, чтобы обеспечить связь между ЭБУ (блоками управления двигателем) и датчиками. Протокол CAN является надежным, недорогим, основанным на сообщениях протоколом и подходит для многих приложений, например легковые, грузовые, тракторы, промышленные роботы. Система шины CAN обеспечивает централизованную диагностику ошибок и настройку всех ЭБУ. Сообщения CAN имеют приоритет через идентификаторы, так что идентификаторы с наивысшим приоритетом не прерываются.Каждый ЭБУ содержит микросхему для приема всех переданных сообщений, определения актуальности и соответствующих действий — это позволяет легко модифицировать и включать дополнительные узлы (например, регистраторы данных шины CAN). Приложения включают запуск / остановку транспортных средств, системы предотвращения столкновений. Системы CAN-шины могут обеспечивать скорость до 1 Мбит / с.

Микропровода

MICROWIRE — это последовательный 3-проводной интерфейс со скоростью 3 Мбит / с [полнодуплексный], по сути являющийся подмножеством интерфейса SPI. Microwire — это последовательный порт ввода-вывода на микроконтроллерах, поэтому шину Microwire можно также найти в EEPROM и других периферийных микросхемах.Три строки — это SI (последовательный вход), SO (последовательный выход) и SK (последовательные часы). Линия последовательного ввода (SI) к микроконтроллеру, SO — это линия последовательного вывода, а SK — линия последовательных часов. Данные смещаются по заднему фронту SK и оцениваются по переднему фронту. SI смещается на переднем фронте SK. Дополнительное расширение шины для MICROWIRE называется MICROWIRE / Plus. Основное различие между двумя шинами заключается в том, что архитектура MICROWIRE / Plus внутри микроконтроллера более сложна.Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.

Асинхронные последовательные протоколы

Асинхронный тип последовательных протоколов очень важен, когда речь идет о надежной передаче данных на большие расстояния. Асинхронная связь не требует тактовых импульсов , общих для обоих устройств. Каждое устройство независимо прослушивает и отправляет цифровые импульсы, которые представляют биты данных с согласованной скоростью. Асинхронная последовательная связь иногда называется последовательной транзисторно-транзисторной логикой (TTL), где высокий уровень напряжения равен логической 1, а низкое напряжение равно логическому 0.Практически каждый микроконтроллер, представленный сегодня на рынке, имеет как минимум один универсальный асинхронный приемопередатчик (UART) для последовательной связи. Примеры: RS232, RS422, RS485 и т. Д.

RS232

RS232 (рекомендуемый стандарт 232) — очень распространенный протокол, используемый для подключения различных периферийных устройств, таких как мониторы, ЧПУ и т. Д. RS232 поставляется с разъемами типа «папа» и «мама». RS232 представляет собой топологию «точка-точка» с подключением максимум одного устройства и покрывает расстояние до 15 метров со скоростью 9600 бит / с.Информация по интерфейсу RS-232 передается в цифровом виде посредством логических 0 и 1. Логическая «1» (МАРКА) соответствует напряжению в диапазоне от -3 до -15 В. Логический «0» (ПРОБЕЛ) соответствует напряжение в диапазоне от +3 до +15 В. Поставляется в разъеме DB9, который имеет 9 распиновок: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.

RS422

RS422 похож на RS232, который позволяет одновременно отправлять и получать сообщения по отдельным линиям, но использует для этого дифференциальный сигнал.В сети RS-422 может быть только одно передающее устройство и до 10 принимающих устройств. Скорость передачи данных в RS-422 зависит от расстояния и может варьироваться от 10 кбит / с (1200 метров) до 10 Мбит / с (10 метров). Линия RS-422 — это 4 провода для передачи данных (2 скрученных провода для передачи и 2 скрученных провода для приема) и один общий заземляющий провод GND. Напряжение на линиях передачи данных может находиться в диапазоне от -6 В до +6 В. Логическая разница между A и B больше +0,2 В.Логическая 1 соответствует разнице между A и B менее -0,2 В. Стандарт RS-422 не определяет конкретный тип разъема, обычно это может быть клеммная колодка или разъем DB9.

RS485

Поскольку RS485 использует многоточечную топологию, он чаще всего используется в промышленности и является предпочтительным протоколом в отрасли. RS422 может подключать 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации, но с помощью дополнительных повторителей и усилителей сигнала до 256 устройств.RS-485 не определяет конкретный тип разъема, но часто это клеммная колодка или разъем DB9. Скорость работы также зависит от длины линии и может достигать 10 Мбит / с на расстоянии 10 метров. Напряжение на линиях находится в диапазоне от -7 В до +12 В. Существует два типа RS-485: полудуплексный режим RS-485 с 2 контактами и полнодуплексный режим RS-485 с 4 контактами. Чтобы узнать больше об использовании RS485 с другими микроконтроллерами, перейдите по ссылкам:

Заключение

Последовательная связь — одна из широко используемых систем интерфейса связи в электронике и встроенных системах.Скорость передачи данных может быть разной для разных приложений. Протоколы последовательной связи могут играть решающую роль при работе с такого рода приложениями. Поэтому выбор правильного последовательного протокола становится очень важным.

.

Что такое последовательный порт в 2019 году

Наряду с параллельным портом, COM-порт или последовательный порт является одним из традиционных компьютерных интерфейсов ввода-вывода, который все еще можно найти в POS-системах, некотором медицинском оборудовании, лабораторных инструментах и ​​другом устаревшем оборудовании. Хотя в современных компьютерах использование COM-порта ограничено, информация о нем может быть полезна многим пользователям.

Содержание

1. Что такое последовательный порт?
2. Что такое виртуальный COM-порт?
3. Последовательный порт и параллельный порт
4. Для чего используется COM-порт?
5. Параметры COM-порта
6. Каковы преимущества последовательной передачи данных?
7. Типы последовательных портов
8. RS232 Стандартный.Распиновка последовательного порта.
9. Типы последовательных разъемов
10. Как проверить COM-порты на компьютере

Что такое последовательный порт?

COM-порт — это двунаправленный последовательный интерфейс, который позволяет посылать и получать данные побитно.

Последовательный порт появился задолго до появления персональных компьютеров архитектуры IBM. На первых машинах COM-порт использовался для подключения периферийных устройств. Однако сфера его применения несколько отличалась от сферы применения параллельного порта.Если параллельный порт в основном использовался для подключения принтеров, то COM-порт (кстати, COM — это сокращение от коммуникации) обычно работал с телекоммуникационными устройствами, такими как модемы. Однако последовательная мышь, а также другие периферийные устройства также могут взаимодействовать с компьютером через последовательный интерфейс.

Сегодня связь через последовательный порт не так распространена, как раньше. На смену COM-порту пришел USB — более современный метод, не требующий специальных знаний для реализации.Однако современные стандарты совместимости между последовательным оборудованием и его управляющим программным обеспечением уже довольно давно сформировались вокруг концепции COM-портов, которая сейчас считается архаичной.

Это связано с тем, что изначально почти любое оборудование, включая приемники GPS, было внешним, и его соединение с компьютером было установлено через последовательный кабель, подключенный к одному из аппаратных портов ПК. Чтобы настроить последовательную связь, пользователю нужно было указать правильный номер порта и скорость передачи данных.

В настоящее время большинство современных компьютеров оснащаются портами USB вместо интерфейсов COM. Более того, приемники GPS все чаще устанавливаются внутри устройств, а это означает, что кабельное соединение перестает быть эффективным.

Что такое виртуальный COM-порт?

Виртуальный последовательный порт — это специальный программный пакет, который имитирует физический интерфейс COM в программном обеспечении, что позволяет добавлять последовательные порты к вашему ПК без использования дополнительного физического оборудования, такого как карты расширения и т. Д.Виртуальный COM-порт — это решение, если в вашей системе не хватает реальных последовательных портов.

Теперь, благодаря некоторому специальному программному обеспечению (например, драйверу виртуального последовательного порта, виртуальному последовательному порту через Ethernet и т. Д.), Удаленное последовательное устройство можно эмулировать на вашем локальном ПК таким образом, чтобы вы могли связываться с ним, как если бы оно было подключен непосредственно к вашей машине.

В этом случае доступ к удаленным последовательным периферийным устройствам осуществляется через виртуальный COM-порт, созданный в вашей локальной системе специальным приложением.И все последовательные приложения, обменивающиеся данными с удаленным периферийным устройством через виртуальный последовательный порт, распознают интерфейс как аппаратный.

Это позволяет обеспечить совместимость устаревшего программного обеспечения для последовательной передачи данных и современного оборудования.

Что касается способа управления COM-портами, то он существенно не изменится. Пользователи по-прежнему должны настроить порт, как если бы это был физический последовательный порт. Однако современный COM-порт — это уже не громоздкий интерфейс, расположенный на задней панели системного блока, а полностью программное решение.

Последовательный порт и параллельный порт

Последовательный и параллельный интерфейсы — это два разных типа компьютерных портов. В отличие от параллельного (LPT) порта, последовательный порт передает данные побитно по одной строке, а не по нескольким строкам одновременно. Последовательности битов группируются в ряды данных, начиная со стартового бита и заканчивая стоповым битом. Отсюда и название «последовательный порт».

Последовательный порт имеет две линии, по которым передаются фактические данные. Это линии для передачи данных от терминала (ПК) к устройству связи и обратно.Кроме того, есть несколько линий управления. Для правильной работы последовательные порты полагаются на специальный чип контроллера, универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART), который поддерживает относительно высокую скорость передачи данных, достигающую 115 000 бод (бит / с). (Однако стоит отметить, что реальная скорость передачи данных зависит от характеристик обоих устройств связи). Кроме того, контроллер UART преобразует параллельный код в последовательный и наоборот.

Последовательные порты используют электрические сигналы относительно высокого напряжения: до +15 В и -15 В.Уровень логического нуля последовательного порта составляет +12 В, а логическая единица -12 В. Такое большое падение напряжения обеспечивает высокую помехозащищенность. С другой стороны, высокое напряжение, используемое последовательными портами, требует сложных схемных решений.

Где используются последовательные порты

Как мы уже знаем, сфера использования COM-порта была сокращена из-за введения более быстрого и компактного, и, кстати, также последовательного интерфейса USB. Внешние модемы, предназначенные для подключения к COM-порту, а также COM-мыши, практически не используются.И редко кто соединит два компьютера нуль-модемным кабелем.

Однако большое количество специализированных устройств, включая различные сканеры штрих-кодов, камеры наблюдения, промышленное оборудование, по-прежнему используют последовательный порт для подключения к компьютеру. Вы также можете найти COM-интерфейсы на многих материнских платах. Таким образом, благодаря большому количеству доступных аппаратных и программных решений, разработанных для него, протокол RS232 никуда не денется. По сравнению с USB, COM-порт имеет важное преимущество — порт RS-232 стандарта 9600 бит / с обеспечивает передачу 15 метров экранированного кабеля, в то время как длина кабеля USB обычно ограничивается 5 метрами.

Основные параметры COM-портов

COM-порт имеет следующие стандартные характеристики:

• Базовый адрес порта ввода / вывода;
• номер IRQ (прерывания);
• Размер одного блока информации;
• Скорость передачи данных;
• Режим определения четности;
• Метод контроля потока;
• Количество стоповых битов.

Каковы преимущества последовательной передачи данных?

• Последовательная связь требует меньшего количества проводов, следовательно, снижает стоимость интерфейса.
• Он поддерживает передачу данных на большие расстояния.
• Он использует меньшее количество проводов, часто только один, это приводит к простому интерфейсу между передающими и принимающими устройствами или ИС.
• Последовательные протоколы легко реализовать.

Типы последовательных портов

Существует несколько типов интерфейсов передачи данных, каждый из которых предназначен для конкретных приложений на основе необходимого набора параметров и структуры протокола. Последовательные интерфейсы данных включают CAN, RS-232, RS-485, RS-422, I2C, I2S, LIN, SPI и SMBus, но RS-232, RS-485 и RS-422 по-прежнему являются наиболее надежными и распространенными.

Интерфейсы	RS-232	RS-422	RS-485
Кол-во устройств	1 передатчик 1 приемник	5 передатчиков 10 приемников на 1 передатчик	32 передатчика 32 приемника
Тип протокола	дуплекс	дуплекс	полудуплекс
Макс.длина кабеля	~ 15.25 метров при 19,2 Кбит / с	~ 1220 метров при 100 Кбит / с	~ 1220 метров при 100 Кбит / с
Макс.скорость передачи данных	19,2 Кбит / с для 15 метров	10 Мбит / с на 15 метров	10 Мбит / с на 15 метров
Сигнал	несимметричный	сбалансированный	сбалансированный
Мин. Входное напряжение	+/- 3 В	0.2V дифференциал	Дифференциал 0,2 В
Выходной ток	500 мА	150мА	250мА

Стандарт RS232. Распиновка последовательного порта

RS-232 — это стандартный протокол связи, используемый последовательными портами для связи компьютера и его периферийных устройств. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например модемом, и компьютерным терминалом.Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, продолжительность, а также размер разъемов и их распиновку.

Следует также отметить , что стандарт RS-232 является протоколом физического уровня и не определяет транспортные протоколы, которые будут использоваться для передачи данных. Транспортные протоколы могут различаться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.

Типы последовательных разъемов в компьютере.

Большинство компьютеров, где вы все еще можете найти последовательный порт, имеют 9-контактный штекер DB-9. Разъем DB-9 обычно расположен на материнской плате ПК, хотя в старых компьютерах он может быть на специальной мульти-карте, вставленной в слот расширения. Более старая версия последовательного разъема — 25-контактный DB-25.

В отличие от параллельного порта, разъемы на обеих сторонах последовательного кабеля идентичны. В дополнение к линиям передачи данных последовательный порт содержит несколько служебных линий, по которым некоторая управляющая информация может передаваться между терминалом (компьютером) и устройством связи (модемом).Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно всего трех линий: приема данных, передачи данных и заземления, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и быстрой.

Распиновка разъема DB9 по стандарту RS-232 и соответствие выводам разъема DB-25:

DB-9 Номер пина	Описание сигнала	DB-25 Номер вывода
1	(DCD) Обнаружение носителя данных	8
2	(TxD) Переданные данные	2
3	(RxD) Получение данных	3
4	(DTR) Терминал данных готов	20
5	(Земля) Земля	7
6	(DSR) Готовность набора данных	6
7	(RTS) Запрос на отправку	4
8	(CTS) Разрешение на отправку	5
9	(RI) Индикатор звонка	22

GND — Земля, второй (общий) провод для всех сигналов.(Сигналы всегда передаются по двум проводам).

TxD — Переданные данные, асинхронный канал для отправки последовательных данных.

RxD — Полученные данные, асинхронный канал для приема последовательных данных.

RTS — Запрос на отправку, управляющий сигнал, который сообщает, что у компьютера есть данные для отправки по каналу TxD на конечное устройство.

DTR — Data Terminal Ready, сигнал управления, который сообщает, что компьютер (терминал) готов к взаимодействию с конечным устройством.

CTS — Clear To Send, сигнал управления, который указывает, что оконечное устройство готово к приему данных от терминала по каналу TxD. Обычно этот сигнал устанавливается оконечным устройством после того, как оно получает сигнал RTS = True (запрос передачи) от компьютера и готово к приему данных. Если конечное устройство не устанавливает сигнал CTS = True, передача по каналу TxD не начнется. Этот сигнал используется для аппаратного управления потоком.

DSR — набор данных готов, управляющий сигнал, который сообщает, что конечное устройство выполнило все настройки и готово начать отправку и получение данных с компьютера.

DCD — Обнаружен носитель данных, управляющий сигнал, который информирует компьютер (терминал) об обнаружении другого терминала, то есть конечное устройство, например модем, обнаружило другой модем, который хочет инициализировать обмен данными между терминалы. Модем устанавливает сигнал DCD = True, который детектируется на входе компьютера (терминала). Если терминал готов к обмену данными, он должен указать свою готовность, установив сигнал DTR = True, после чего начнется обмен данными между двумя терминалами.

RI — Индикатор звонка, сигнал, который «сообщает» компьютеру (терминалу), что оконечное устройство принимает сигнал вызова.

Как проверить COM-порт на компьютере

Часто возникает необходимость открыть COM-порт, когда вы ремонтируете компьютер или выполняете диагностику. Кроме того, может потребоваться проверить, работает ли ваш последовательный порт. Сжечь элемент очень просто. Чаще всего COM-порты повреждаются, когда пользователи неправильно отключают устройства.

Самый простой способ проверить работоспособность COM-интерфейса — подключить к нему мышь.Однако это не даст вам полной картины, поскольку манипулятор использует только половину из восьми доступных сигнальных линий. Только при использовании специального программного обеспечения сниффера COM-порта (например, Serial Port Monitor) вы получите возможность тщательно протестировать последовательный порт. Найдите список лучших снифферов последовательных данных в нашем новом руководстве. Он охватывает как программные, так и аппаратные решения для снифферов COM-портов и подчеркивает очевидные преимущества, которые вы получаете от того или иного решения.

Заключение

В настоящее время последовательный порт не является широко используемым средством ввода / вывода информации.Однако, поскольку существует большое количество устройств на базе COM, в первую очередь телекоммуникационного оборудования, и благодаря некоторым преимуществам протокола последовательной передачи данных RS-232, последовательный интерфейс по-прежнему пользуется успехом во многих сферах жизни людей.

.