Un aspetto importante da considerare quando si lavora con dispositivi elettronici è il tipo di protocollo di comunicazione dei dati utilizzato. Le comunicazioni seriali sono ampiamente utilizzate nell'industria elettronica grazie alla loro relativa semplicità e ai bassi requisiti hardware rispetto alle comunicazioni con interfaccia parallela.

In questo articolo si parlerà di un protocollo di comunicazione seriale vecchio ma ancora utilizzato: l'RS-232.

Che cos'è la RS232?

L'RS232 (Recommended Standard 232) è uno standard di comunicazione dati seriale binario introdotto nel 1960. Lo standard definisce i pin e i segnali di collegamento tra un terminale dati (DTE) e un'apparecchiatura di comunicazione dati (DCE).

Panoramica delle caratteristiche RS-232

• Comunicazione dati seriale
• Trasmissione sbilanciata
• Comunicazione punto a punto
• Comunicazione asincrona
• Comunicazione full duplex

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Prima dello standard RS232, i dispositivi venivano collegati tramite linee telefoniche analogiche che richiedevano modem per la traduzione del segnale, che erano soggetti a errori di dati e richiedevano configurazioni complesse.

Lo standard RS232 è stato sviluppato per garantire una comunicazione dati affidabile e per promuovere la compatibilità tra dispositivi prodotti da produttori diversi, favorendo così la produzione di massa e la concorrenza.

Un comune collegamento di cablaggio RS232 comprende connessioni di segnale a 3 fili, Tx (trasmettitore), Rx (ricevitore) e GND (terra).

Negli oltre 60 anni trascorsi dallo sviluppo dello standard RS232, l'Electronic Industries Association ha pubblicato diverse modifiche e cambiamenti di nome. Electronic Industries Association ha pubblicato diverse modifiche e cambi di nome, in particolare EIA232, introdotto nel 1991, e TIA232, introdotto nel 1997.

Cronologia delle versioni RS232

• EIA RS-232 (maggio 1960)
• EIA RS-232-A (ottobre 1963)
• EIA RS-232-B (ottobre 1965)
• EIA RS-232-C (giugno 1981)
• EIA EIA-232-D (novembre 1986)
• TIA TIA/EIA-232-E (luglio 1991)
• TIA TIA/EIA-232-F (ottobre 1997)
• ANSI/TIA-232-F-1997 (ottobre 1997)
• TIA TIA-232-F (ottobre 1997)

Lo standard di comunicazione dati RS-232 è ancora oggi ampiamente utilizzato grazie alla sua semplicità di progettazione e alla sua presenza nei sistemi di rete e industriali in cui è necessaria una comunicazione dati a bassa velocità.

Specifiche RS232

L'ambito di applicazione dello standard RS232 definisce le caratteristiche elettriche, funzionali e meccaniche dei segnali per la comunicazione seriale di dati punto-punto tra l'apparecchiatura terminale di dati (DTE) e l'apparecchiatura di comunicazione dati (DCE).

Caratteristiche elettriche RS232

Lo standard RS232 definisce caratteristiche elettriche quali tensioni, velocità di trasmissione dei dati, velocità di rotazione e impedenza. La tabella seguente riassume alcune delle caratteristiche elettriche originali dello standard RS232.

Livelli di tensione logica RS232

Un vero standard RS232 non utilizza i livelli di tensione TTL (5 V per l'1 logico e 0 V per lo 0 logico). Invece, lo standard originale specifica da -5V a -15V per un livello basso (spazio) e da +5V a +15V per un livello alto (segno). La versione EIA/TIA-232-D ha aumentato l'intervallo di tensione a ± 25V.

Tenendo conto del margine di rumore di 2 V, un livello basso (da -3 V a -15 V) è definito come un 1 logico (marcatura) e un livello alto (da +3 V a +15 V) è definito come uno 0 logico (spaziatura).

Per saperne di più: Come proteggersi dalle ESD (scariche elettrostatiche)

La velocità di rotazione massima è di 30 V/µs e la velocità massima di trasmissione dei dati, utilizzando la lunghezza massima del cavo di 50 piedi, è di 20 kbps per evitare la diafonia tra segnali adiacenti. L'impedenza tra il driver e il ricevitore è specificata tra 3kΩ e 7kΩ.

RS232 TTL

RS232 TTL è un termine utilizzato per indicare un tipo di protocollo di comunicazione seriale che utilizza specifiche di tipo RS232 ma con segnali logici compatibili con i circuiti TTL (logica a transistor). I livelli di tensione della comunicazione seriale TTL sono sempre compresi tra 0V (0 logico) e Vcc (1 logico, in genere 3,3V o 5V).

La comunicazione tra una vera RS232 e una TTL è possibile attraverso un dispositivo in grado di invertire i segnali logici e di regolare i livelli di tensione del segnale. Il circuito integrato MAX232 è una soluzione molto diffusa per gestire i problemi di conversione e inversione della tensione quando è necessaria una comunicazione tra RS232 e TTL.

Caratteristiche funzionali della RS232

Lo standard RS232 definisce le funzioni dei segnali. Sebbene lo standard definisca un gran numero di segnali funzionali, tra cui un canale di comunicazione primario e secondario, poche applicazioni necessitano o richiedono tutti questi segnali.

I segnali dell'interfaccia standard RS232 possono essere suddivisi in 4 categorie:

• Linee dati
• Linee di controllo
• Linee di temporizzazione
• Funzioni secondarie

Pin del segnale RS232 - Funzione completa dei segnali

Caratteristiche meccaniche

La RS232 definisce un connettore a 25 pin come dimensione minima per supportare tutti i segnali funzionali. Le apparecchiature DTE utilizzano un alloggiamento femmina per il connettore e un alloggiamento maschio per i pin di connessione. Le apparecchiature DCE utilizzano un alloggiamento maschio per il connettore e uno femmina per i pin di connessione.

Poiché la maggior parte delle applicazioni non richiede tutti i segnali specificati, il connettore a 25 pin è raramente utilizzato a causa delle sue dimensioni maggiori. Vengono invece utilizzati connettori miniaturizzati D più piccoli, come il DB-9.

Usi ed esempi di RS232

L'RS232 non è più lo standard principale per i prodotti di consumo, a causa di tecnologie più recenti e avanzate come l'USB. Tuttavia, lo standard RS232 è ancora utilizzato nelle applicazioni industriali e commerciali con semplici requisiti di comunicazione seriale dei dati, come i controlli industriali, le apparecchiature di automazione, le comunicazioni di rete, la robotica e le apparecchiature mediche.

Esempi di RS232

• Interfaccia tra un LCD e un modulo.
• Interfaccia tra macchine CNC e sistemi di controllo.
• Comunicazione tra un computer (DTE) e un modem (DCE).
• Interfaccia tra un PLC (Programmable Logic Controller) e un modulo.
• Comunicazione tra una stampante e un modem.

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Un esempio tipico dello standard RS232 è la comunicazione seriale tra un computer (apparecchiatura DTE) e un modem (apparecchiatura DCE) mediante un cavo DB9.

Piedinatura del cavo DB9 maschio

Vantaggi e svantaggi della RS-232

La RS232 è un'interfaccia seriale a basso costo compatibile con molti dispositivi nuovi e preesistenti, facile da implementare, con cablaggio semplificato e buona immunità alle EMI. Alcuni degli svantaggi della RS232 sono la bassa velocità di comunicazione dei dati, le tensioni di segnale negative e positive che possono complicare la progettazione dell'alimentazione, la limitazione a un singolo master e a un singolo slave e la trasmissione sbilanciata che può essere soggetta a disturbi.

RS-232 Vantaggi

• Costo ridotto.
• Cablaggio semplificato.
• Ampiamente disponibile.
• Buona immunità alle EMI.

Svantaggi della RS-232

• Bassa velocità di comunicazione dei dati - 20 kb al secondo.
• Limitato alle brevi distanze - Funziona bene per distanze inferiori a 15 metri.
• Il requisito di una tensione di segnale positiva e negativa aumenta il consumo di energia dell'interfaccia e complica la progettazione dell'alimentatore.
• Trasmissione sbilanciata.

Conclusione

La RS232 è una scelta eccellente per le applicazioni che richiedono una comunicazione seriale semplice e a bassa velocità. Sebbene lo scopo originario dello standard fosse quello di collegare un terminale a un modem, è stato utilizzato al di là del suo scopo originario grazie alla sua semplicità e al costo relativamente basso.