Ein wichtiger Aspekt bei der Arbeit mit elektronischen Geräten ist die Art des von ihnen verwendeten Datenkommunikationsprotokolls. Die serielle Kommunikation ist in der Elektronikindustrie weit verbreitet, da sie im Vergleich zur Kommunikation über parallele Schnittstellen relativ einfach ist und nur geringe Hardwareanforderungen stellt.

In diesem Artikel geht es um ein altes, aber immer noch verwendetes serielles Kommunikationsprotokoll - die RS-232.

Was ist RS232?

RS232 (Recommended Standard 232) ist eine 1960 eingeführte Norm für die serielle binäre Datenübertragung. Die Norm definiert Stifte und Signale für die Verbindung zwischen einem Datenendgerät (DEE) und einem Datenkommunikationsgerät (DÜE).

RS-232 Merkmale Übersicht

• Serielle Datenkommunikation
• Unsymmetrische Übertragung
• Punkt-zu-Punkt-Kommunikation
• Asynchrone Kommunikation
• Vollduplex-Kommunikation

Verwandt: Serielle vs. Parallele Kommunikation

Vor der Einführung der RS232-Norm wurden Geräte über analoge Telefonleitungen verbunden, die Modems für die Signalumwandlung benötigten, die anfällig für Datenfehler waren und komplexe Konfigurationen erforderten.

Die RS232-Norm wurde entwickelt, um eine zuverlässige Datenkommunikation zu gewährleisten und die Kompatibilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu fördern und damit die Massenproduktion und den Wettbewerb zu unterstützen.

Eine übliche RS232-Verdrahtung umfasst 3 Draht-Signalverbindungen, Tx (Transmitter), Rx (Receiver) und GND (Ground).

Over the 60+ years since the RS232 standard was developed, the  Electronic Industries Association has published several modifications and name changes, more notably the EIA232, introduced in 1991, and TIA232, introduced in 1997.

RS232 Versionsgeschichte

• EIA RS-232 (Mai 1960)
• EIA RS-232-A (Oktober 1963)
• EIA RS-232-B (Oktober 1965)
• EIA RS-232-C (Juni 1981)
• EIA EIA-232-D (November 1986)
• TIA TIA/EIA-232-E (Juli 1991)
• TIA TIA/EIA-232-F (Oktober 1997)
• ANSI/TIA-232-F-1997 (Oktober 1997)
• TIA TIA-232-F (Oktober 1997)

Der Datenübertragungsstandard RS-232 ist auch heute noch weit verbreitet, da er einfach aufgebaut ist und in Netzwerken und industriellen Systemen eingesetzt wird, wo eine Datenübertragung mit geringer Geschwindigkeit erforderlich ist.

RS232-Spezifikationen

Der Anwendungsbereich der RS232-Norm definiert elektrische, funktionale und mechanische Signaleigenschaften der seriellen Punkt-zu-Punkt-Datenkommunikation zwischen dem Datenendgerät (DEE) und dem Datenkommunikationsgerät (DÜE).

RS232 Elektrische Eigenschaften

Die RS232-Norm definiert elektrische Eigenschaften wie Spannungen, Datenraten, Anstiegsgeschwindigkeiten und Impedanz. Die folgende Tabelle fasst einige der ursprünglichen elektrischen Eigenschaften des RS232-Standards zusammen.

RS232-Logikspannungspegel

A true RS232 standard does not use TTL voltage levels (5V for logic 1 and 0V for logic 0). Instead, the original standard specifies -5V to -15V for a low level (space) and +5V to +15V for a high level (mark). Version EIA/TIA-232-D incremented the voltage range to  ± 25V.

Unter Berücksichtigung der 2 V Rauschspanne wird ein niedriger Pegel (-3 V bis -15 V) als logische 1 (Markierung) und ein hoher Pegel (+3 V bis +15 V) als logische 0 (Abstand) definiert.

Erfahren Sie mehr: Schutz vor ESD (elektrostatischer Entladung)

Die maximale Anstiegsrate beträgt 30 V/µs, und die maximale Datenrate bei einer maximalen Kabellänge von 50 Fuß beträgt 20 kbit/s, um ein Übersprechen zwischen benachbarten Signalen zu vermeiden. Die Impedanz zwischen Treiber und Empfänger ist zwischen 3kΩ und 7kΩ spezifiziert.

RS232 TTL

RS232 TTL ist ein Begriff, der sich auf ein serielles Kommunikationsprotokoll bezieht, das die RS232-Spezifikationen verwendet, aber mit logischen Signalen arbeitet, die mit TTL-Schaltungen (Transistor-Transistor-Logik) kompatibel sind. Die Spannungspegel der seriellen TTL-Kommunikation liegen immer zwischen 0 V (logisch 0) und Vcc (logisch 1, was typischerweise 3,3 V oder 5 V entspricht).

Die Kommunikation zwischen echtem RS232 und TTL ist durch ein Gerät möglich, das in der Lage ist, die logischen Signale zu invertieren und die Signalspannungspegel zu regulieren. Der integrierte Schaltkreis MAX232 ist eine beliebte Lösung für die Spannungsumwandlung und Invertierung, wenn eine Kommunikation zwischen echter RS232 und TTL erforderlich ist.

Funktionelle Merkmale von RS232

In der RS232-Norm sind die Funktionen der Signale definiert. Obwohl die Norm eine Vielzahl von Funktionssignalen definiert, einschließlich eines primären und sekundären Kommunikationskanals, benötigen nur wenige Anwendungen alle diese Signale.

Die Signale der RS232-Standardschnittstelle können in 4 Kategorien unterteilt werden:

• Datenleitungen
• Kontrolllinien
• Zeitmesslinien
• Sekundäre Funktionen

RS232-Signalpins - Vollständige Funktion der Signale

Mechanische Eigenschaften

RS232 definiert einen 25-poligen Steckverbinder als Mindestgröße, um alle Funktionssignale zu unterstützen. Bei DEE-Geräten wird ein Buchsengehäuse für den Stecker und ein Steckergehäuse für die Anschlussstifte verwendet. DCE-Geräte verwenden einen Stecker für das Steckergehäuse und eine Buchse für die Anschlussstifte.

Da für die meisten Anwendungen nicht alle spezifizierten Signale benötigt werden, wird ein 25-poliger Steckverbinder aufgrund seiner größeren Abmessungen selten verwendet. Stattdessen werden in der Regel kleinere D-Miniatur-Steckverbinder wie DB-9 verwendet.

RS232 Verwendungen und Beispiele

RS232 ist aufgrund neuerer und fortschrittlicherer Technologien wie USB nicht mehr der wichtigste Standard für Verbraucherprodukte. Der RS232-Standard wird jedoch immer noch in industriellen und kommerziellen Anwendungen mit einfachen Anforderungen an die serielle Datenkommunikation verwendet, z. B. bei industriellen Steuerungen, Automatisierungsgeräten, Netzwerkkommunikation, Robotik und medizinischen Geräten.

RS232 Beispiele

• Schnittstelle zwischen einem LCD und einem Modul.
• Schnittstelle zwischen CNC-Maschinen und Steuerungssystemen.
• Kommunikation zwischen einem Computer (DTE) und einem Modem (DCE).
• Schnittstelle zwischen einem PLC (Programmable Logic Controller) und einem Modul.
• Kommunikation zwischen einem Drucker und einem Modem.

Ein typisches Beispiel für den RS232-Standard ist die serielle Kommunikation zwischen einem Computer (DTE-Gerät) und einem Modem (DCE-Gerät) über ein DB9-Kabel.

DB9 Stecker Kabel Pinout

RS-232-Vorteile und -Nachteile

RS232 ist eine kostengünstige serielle Schnittstelle, die mit vielen neuen und älteren Geräten kompatibel ist, einfach zu implementieren ist, die Verdrahtung vereinfacht und eine gute Immunität gegen EMI aufweist. Einige der Nachteile von RS232 sind niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeiten, negative und positive Signalspannungen können das Design der Stromversorgung erschweren, sie ist auf einen einzigen Master und einen einzigen Slave beschränkt, und ihre unsymmetrische Übertragung kann anfällig für Störungen sein.

RS-232 Vorteile

• Geringe Kosten.
• Vereinfachte Verkabelung.
• Weithin verfügbar.
• Gute Immunität gegen EMI.

RS-232-Nachteile

• Niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeit - 20 kb pro Sekunde.
• Begrenzt auf kurze Entfernungen - Funktioniert gut bei Entfernungen unter 15 Metern (50 Fuß).
• Der Bedarf an positiver und negativer Signalspannung erhöht den Stromverbrauch der Schnittstelle und erschwert das Design der Stromversorgung.
• Unsymmetrische Übertragung.

Schlussfolgerung

RS232 ist eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen, die eine einfache serielle Kommunikation mit niedriger Geschwindigkeit erfordern. Obwohl der ursprüngliche Zweck dieser Norm darin bestand, ein Terminal mit einem Modem zu verbinden, wurde sie aufgrund ihrer Einfachheit und relativ geringen Kosten auch über ihren ursprünglichen Zweck hinaus verwendet.