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).

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.

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

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.

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.

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.