Drivery magistral szeregowych RS232, RS422, RS485 zgodne z Grove

01 kwietnia 2026

Podstawowe parametry:

napięcie zasilania: 3,3...5,0 V,
poziomy logiczne: 3,3...5,0 V,
zdublowane złącza sygnałowe (gniazdo Grove + listwa goldpin),
sygnały magistrali wyprowadzone na zaciski sprężynowe.

Pomimo postępu technologicznego i wprowadzenia szeregu szybkich i ultraszybkich sposobów komunikacji pomiędzy systemami mikroprocesorowymi, interfejsy RS232, RS485 i RS422 trzymają się dzielnie i nic nie wskazuje, aby nagle miały zniknąć z rynku. Dobrze mieć więc pod ręką kilka modułów ułatwiających szybkie prototypowanie, niezależnie od preferowanej platformy sprzętowej. Każdy z opisanych w artykule modułów może być zasilany napięciem 3,3...5 V, zapewniając przy tym pełną zgodność z systemami 3,3 V (np. Raspberry Pi czy Orange Pi) i 5 V (np. Arduino). Moduły zaprojektowano jako zgodne mechanicznie z systemem Grove, a złącza sygnałowe zostały dodatkowo powielone na listwach szpilkowych. Sygnały magistral RS wyprowadzono na wygodne w użyciu zaciski sprężynowe.

Pierwszym i podstawowym modułem jest driver magistrali RS232, którego schemat przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat modułu Grove_RS232

W module zastosowano typowy driver U1 typu MAX3232, przystosowany do pracy w szerokim zakresie napięć zasilania 3,3...5,0 V. Sygnały interfejsu UART doprowadzone są do złącza UART zgodnego ze standardem Grove i powielonego na złączu UARTA. U1 zawiera w sobie cztery drivery, dwa z nich (odbiorczy i nadawczy) wyprowadzone są na złącze sprężynowe typu WAGO250. Podstawowa para umożliwia realizację najczęściej używanej transmisji bez sprzętowego potwierdzenia. „Pełny” zestaw sygnałów koniecznych do realizacji transmisji ze sprzętowym potwierdzeniem z CTS/RTS, wyprowadzony jest na listwę szpilkową RS232H. Wszystkie sygnały magistrali RS232 zabezpieczono przed skutkami przepięć za pomocą diod TVS1,2. Zwora RT umożliwia zamianę sygnałów TX/RX, co ułatwia podłączenie modułu przy wykorzystaniu gotowych przewodów Grove (nie jest wymagany „przeplot”). Układy U2,3 buforują diody LED sygnalizujące stany sygnałów RXD i TXD.

Drugim modułem jest driver magistrali RS485, którego schemat przedstawiono na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat modułu Grove_RS485

Moduł bazuje na układzie drivera U1 z automatyczną detekcją kierunku transmisji typu THVD1406 (500 kbps) lub szybszym THVD1426 (12 Mbps), co umożliwia rezygnację z sygnału wyboru kierunku DIR, znanego z „klasycznych” układów driverów RS485. Sygnały interfejsu UART doprowadzone są do złącza UART zgodnego z Grove oraz powielone są na złączu szpilkowym UARTA. Zwora RT, podobnie jak w przypadku drivera RS232, umożliwia krosowanie sygnałów RXD/TXD. Interfejs RS485 wyprowadzony jest na złącze sprężynowe RS485 i szpilkowe RS485A. Dioda TVS1 zabezpiecza driver przed skutkami przepięć. Zwora RT1 umożliwia terminację linii różnicowej za pomocą R7, co należy zastosować gdy moduł znajduje się na końcach magistrali RS485. Układy U2,3 buforują diody LED sygnalizujące stany sygnałów RXD, TXD.

W przypadku, gdy chcemy zastosować magistralę RS422 lub wystarczy nam transmisja sygnału tylko w jednym kierunku, możemy użyć trzeciego i czwartego z opisanych modułów: Grove_RS422R_ISL3283E pełniącego funkcję odbiornika i Grove_RS422T_ISL3295E pracującego jako nadajnik magistrali RS422/485. Oba moduły, przy zastosowaniu szybkich driverów, mogą pełnić także funkcję różnicowych odbiorników/nadajników cyfrowego audio AES/EBU.

Schemat modułu odbiornika Grove_RS422R_ISL3283E przedstawiono na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat modułu odbiornika RS422 Grove_RS422R_ISL3283E

Magistrala RS422(485) doprowadzona jest do złącza sprężynowego RS422 oraz powielona na złączu szpilkowym RS422A, a stąd poprzez diodę zabezpieczającą TVS1 do układu odbiornika U1 typu ISL3283E (lub zgodnego MAX3283E). Zwora RT umożliwia podłączenie rezystora R6 terminującego magistralę. Układ U1 ma możliwość konfiguracji wyjścia odbieranych danych RO, co jest realizowane przy pomocy wejścia !RE. Gdy wejście to jest w stanie niskim, bufor wyjściowy pozostaje aktywny, natomiast po ustawieniu go w stan wysoki, bufor przechodzi w stan wysokiej impedancji, co umożliwia podłączenie kilku driverów do jednego portu UART. Za tryb pracy wyjścia RO odpowiada zwora RE. Ustawienie jej w położeniu 2-3 aktywuje wyjście RO na stałe, a po założeniu zworki na piny 1-2 możliwe jest sterowanie wejściem RO przy pomocy zewnętrznego sygnału RE. Wyjściowy sygnał odbiornika RO, sygnał sterujący RE oraz zasilanie wyprowadzone są na złącze REC w standardzie Grove i powielone są na złączu szpilkowym RECA. Układ U2 buforuje diodę LED sygnalizującą stan linii RO.

Ostatnim z prezentowanych w artykule modułów jest nadajnik magistrali RS422(485), którego schemat przedstawiono na rysunku 4.

Rysunek 4. Schemat modułu nadajnika RS422 Grove_RS422T_ISL3295E

W module zastosowano driver U1 typu ISL3295E (lub kompatybilny z nim MAX3295E). Sygnał z interfejsu UART doprowadzony jest do złącza DRV typu Grove i powielony na złączu szpilkowym DRVA. Sygnał transmisji DI doprowadzono bezpośrednio do drivera U1. Sygnał na wejściu DE o aktywnym stanie wysokim, sterujący trybem pracy bufora wyjściowego magistrali RS422 poprzez zworę DE, podłączono do układu U1. Ustawienie zwory w położeniu 2-3 aktywuje na stałe bufor wyjściowy nadajnika, co jest przydatne podczas używania transmisji RS422, gdy nadajnik połączony jest bezpośrednio z jednym lub wieloma odbiornikami. Ustawienie zwory DE w położeniu 1-2 umożliwia sterowanie buforem nadajnika poprzez sygnał DE – ten tryb pracy jest niezbędny, gdy do magistrali RS485 podłączonych jest wiele nadajników. Wyjścia nadajnika zabezpieczono diodą TVS1 i wyprowadzono na złącze sprężynowe RS422 oraz szpilkowe RS422A. Nadajnik pozbawiony jest terminatora magistrali, gdyż w przypadku RS422 wymagany jest on tylko po stronie odbiornika. W przypadku pracy modułu jako ostatniego elementu magistrali RS485, terminacja musi być zrealizowana zewnętrznym rezystorem podłączonym bezpośrednio do zacisków złącza RS422. Układ U2 buforuje diodę LED sygnalizującą stan linii DI.

Wszystkie moduły zmontowane są na miniaturowych, dwustronnych płytkach drukowanych zgodnych pod względem mechanicznym ze standardem Grove. Rozmieszczenie elementów przedstawiono na rysunkach 5...8. Montaż jest typowy i nie wymaga opisu. Zmontowane moduły pokazano na fotografii tytułowej.