Странички по теме

ПЕРЕХОДНИКИ К КАРМАННЫМ КОМПЬЮТЕРАМ
ПЕРЕХОДНИКИ К НАВИГАТОРАМ GARMIN

Физические параметры протокола RS-232 навигатора Garmin eMap

В документе GARMIN GPS Interface Specification на странице 7 утверждается:

The default Physical protocol is based on RS-232. The voltage characteristics are compatible with most Host
devices; however, the GPS transmits positive voltages only, whereas the RS-232 standard requires both positive and negative voltages.

Я решил проверить данное утверждение. Для этого я использовал связку моего навигатора Garmin eMap с карманным компьютером RoverPC3. Карманный компьютер (далее КПК) RoverPC3 имеет на контактах разъема полноценный порт RS-232, и поэтому схема согласование уровней навигатора и КПК не требуется. Соединив напрямую входы-выходы контактов навигатора с соответствующими контактами разъема КПК и установив программу OziExplorerCE на КПК я получил устройство, позволяющее использовать протокол Garmin для загрузки и выгрузки путевых точек и треков между КПК и навигатором и отслеживания текущего положения на экране КПК.

Для начала я решил измерить какие напряжения присутствуют на соответствующих выводах навигатора и КПК и оценить выходные сопротивления выводов Tx, с которых выходит сигнал RS-232. На выводе Tx навигатора без нагрузки было отрицательное напряжение V1= —5.27 Вольт. При подключении нагрузки R(L)=560 Ом между выводом Tx и "землей" напряжение падало до V2= —4.44 Вольт. Внутреннее сопротивление вывода Tx можно оценить из формулы V1/(R(L)+R(tx))=V2/R(tx). Получилось примерно 105 Ом.

На выводе Tx КПК без нагрузки отрицательное напряжение V1= —5.51 Вольт, с нагрузкой V2= —4.57 Вольт, что дает 115 Ом.

Для оценки входного сопротивления на контакте Rx навигатора я использовал постоянный источник напряжение 5.29 Вольт, к которому последовательно подключил резистор 2.7 КОм. Напряжение на контакте Rx составляло 3.27 Вольта, что дает грубую оценку входного сопротивления на контакте Rx навигатора 4.4 КОм.соответствует допустимому стандартом EIA-232 диапазона от 3 КОм до 7 КОм.

Такую низкую величину входного сопротивления необходимо учитывать при разработке схем согласования логических уровней, когда в КПК на выводах COM-порта используются уровни не вполне согласующиеся с требованиями стандарта EIA-232 (RS-232). Это, в частности, может привести к тому, что недостаточно аккуратно спроектированная схема будет передавать данные только в одном направлении - от навигатора в сторону КПК. Поскольку протокол Garmin предполагает управление передачей данных от навигатора командами от КПК в сторону навигатора, схема согласования уровней не будет поддерживать протокол Garmin, а будет поддерживать только односторонний протокол NMEA.

На всякий случай я измерил также напряжения на входах Rx навигатора и КПК. Для обоих устройств это напряжение равнялось нулю. Таким образом, pull-up резисторы на входах Rx навигатора и КПК отсутствуют.

Далее, я решил посмотреть напряжения на выводах в процессе передачи на экране осциллографа. Во всех случаях были выставлены следующиеи парамеры: по вертикали 2 Вольта на деление, по горизонтали 5 милисекунд на деление. Картинка на экране осциллографа была чуть сдвинута вниз для наглядности. Для начала я поймал сигнал с 4-х спутников, чтобы получить устойчивый вывод информации по протоколу NMEA и подключил к выводу Tx навигатора осциллограф. При этом КПК не был подсоединен. Как видно на картинке (см. справа), полный размах напряжения равен 10 Вольтам, то есть от +5 до —5 Вольт. Это, мягко говоря, не совсем согласуется с информацией со страницы 7 документа GARMIN GPS Interface Specification . То есть навигатор Garmin eMap на самом деле выдает сигнал на выводе Tx, соответствующий полноценному RS-232.

Затем я перенастроил навигатор на протокол Garmin и подключил к нему КПК. На двух фотографиях ниже показаны напряжения на выводах навигатора Tx и Rx в процессе сброса трека из навигатора в КПК по протоколу Garmin. Видно, что размах напряжений на всех фотографиях составляет 10 Вольт.

Напряжение на выводе Tx навигатора при передаче трека из навигатора в КПК	Напряжение на выводе Rx навигатора при передаче трека из навигатора в КПК

Для следующего эксперимента я собрал простую схему из диода и перенастраиваемого источника постоянного напряжения последовательно с диодом. Эту схемку я подключал между "землей" и выходом сигнала для того, чтобы срезать отрицательные значения напряжений и проверить будет ли принимать такие данные навигатор и карманный компьютер. Оказалось, что во всем диапазоне среза отрицательных значений напряжений и даже до положительных напряжений среза от 0 до 0.7 Вольт (я просто не экспериментировал при бОльших напряжениях, опасаясь за навигатор и КПК) данные нормально принимаются навигатором и КПК.

Таким образом, передавать данные можно даже только положительными напряжениями, что во многих случаях позволяет существенно упростить схему преобразования уровней. Это означает, что в большинстве случаев видимо нет необходимости использовать дорогие микросхемы преобразователей уровней.

Необходимость в их использовании возникает, во первых, при строгих требованиях к помехоустойчивости (например, в автомобильной электронике), так как полноценный EIA-232 конечно же лучше в плане помехоустойчивости, чем "модифицированный" EIA-232, использующий только положительные напряжения.

Во-вторых, необходимость использования микросхем аналогичных 3232 возникает там, где нет источника 5-Вольтового напряжения для питания простой схемы преобразования уровней на дискретных транизисторах. Это напряжение получают обычно при помощи импульсной схемы из бортового напряжения автомобиля (обычно из 12 Вольт). Для того, чтобы не зависеть от наличия розетки "прикуривателя" и иметь возможность использовать интерфейс между КПК и навигатором вдалеке от автомобиля схему преобразования уровней запитывают от соответствующего контакта на разъеме КПК, то есть берут энергию для питания схему не от "прикуривателя", а от батареи КПК. Беда в том, что часто КПК выводят на этот контакт низкое напряжение, поэтому требуется сложная схема подкачки для создания необходимого уровня напряжения. В микросхемах аналогичных 3232 все эти функции реализованы. Кроме того, в этой микросхеме создается полноценный перепад напряжений, соответствующий стандарту EIA-232 .

Вывод.

Видимо можно утверждать, что для всей серии навигаторов Garmin eTrex/eMap/Geko физические параметры ввода-вывода полностью соответствуют стандарту EIA-232. Это не согласуется с данными на стр.7 документа GARMIN GPS Interface Specification, хотя навигаторы Garmin eTrex/eMap/Geko могут также принимать данные только положительной полярности напряжений. Возможно данный документ относится к старым моделям навигаторов, а в новые версии документа эта информация перенесена из старых версий ошибочно.