電子機器を扱う際に考慮すべき重要な点は、その機器が使用するデータ通信プロトコルの種類である。シリアル通信は、パラレルインターフェース通信と比較して、比較的シンプルでハードウェアの必要性が低いため、電子機器業界で広く利用されています。

今回は、古くから使われているシリアル通信プロトコルである「RS-232」について説明します。

RS232とは何ですか？

RS232（Recommended Standard 232）は、1960年に登場したシリアル・バイナリ・データ通信の規格である。データ端末装置（DTE）とデータ通信装置（DCE）間を接続するピンや信号が定義されています。

RS-232の特性概要

• シリアルデータ通信
• アンバランス伝送
• ポイントツーポイント通信
• 非同期通信
• 全二重通信

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RS232規格以前は、アナログ電話の音声回線で機器をつないでおり、信号変換のためにモデムが必要で、データエラーが発生しやすく、複雑な設定が必要だった。

RS232規格は、データ通信の信頼性を確保し、異なるメーカーが製造する機器間の互換性を促進することで、大量生産と競争を促進するために開発されたものである。

一般的なRS232の配線は、Tx（送信機）、Rx（受信機）、GND（アース）の3線信号接続です。

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のバージョン履歴

• EIA RS-232(1960年5月)
• EIA RS-232-A(1963年10月)
• EIA RS-232-B(1965年10月)
• EIA RS-232-C(1981年6月)
• EIA EIA-232-D (1986年11月)
• TIA TIA/EIA-232-E(1991年7月)
• TIA TIA/EIA-232-F(1997年10月)
• ANSI/TIA-232-F-1997 (1997年10月)
• TIA TIA-232-F (1997年10月)

RS-232データ通信規格は、シンプルなデザインで、低速のデータ通信が必要なネットワークや産業システムで存在感があり、現在でも広く使われている。

RS232の仕様

RS232規格の範囲は、データ端末装置（DTE）とデータ通信装置（DCE）間のポイントツーポイントのシリアルデータ通信の電気的、機能的、機械的な信号特性を定義しています。

RS232の電気的特性

RS232規格では、電圧、データレート、スルーレート、インピーダンスなどの電気的特性を定義しています。下表は、RS232規格の本来の電気的特性の一部をまとめたものです。

RS232のロジック電圧レベル

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.

2Vのノイズマージンを考慮し，ローレベル（-3V～-15V）をロジック1（マーキング），ハイレベル（+3V～+15V）をロジック0（スペーシング）と定義しています。

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最大スルーレートは30V/μs，最大ケーブル長50ftでの最大データレートは隣接信号間のクロストークを避けるために20kbpsとなっています。ドライバとレシーバの間のインピーダンスは3kΩから7kΩの間で規定されています。

RS232 TTL

RS232 TTLとは、RS232タイプの仕様を用いながら、TTL（トランジスタ-トランジスタ論理）回路と互換性のある論理信号を用いたシリアル通信プロトコルの一種を指す用語である。TTLシリアル通信の電圧レベルは、常に0V（ロジック0）とVcc（ロジック1、一般的には3.3Vまたは5V）の間にとどまる。

RS232とTTL間の通信は、ロジック信号の反転と信号電圧レベルの調節が可能なデバイスによって可能となります。MAX232集積回路は、真のRS232とTTL間の通信が必要な場合に、電圧変換と反転の問題を処理するための一般的なソリューションです。

RS232の機能特性

RS232 規格は信号の機能を定義しています。この規格では、一次通信チャンネルと二次通信チャンネルを含む多くの機能信号が定義されていますが、これらの信号のすべてを必要とするアプリケーションはほとんどありません。

RS232規格のインターフェース信号は、4つに分類されます。

• データライン
• 制御線
• タイミングライン
• 二次機能

RS232の信号ピン - 信号の完全な機能

機械的特性

RS232では、すべての機能信号をサポートするために、最小のコネクタサイズとして25ピンのコネクタを定義しています。DTE装置は、コネクタのハウジングがメスで、接続ピンがオスのものを使用します。DCE装置は、コネクタのハウジングにオス、接続ピンにメスを使用します。

ほとんどのアプリケーションでは、指定されたすべての信号を必要としないため、サイズが大きい25ピンコネクタはほとんど使用されません。代わりに、DB-9のような小型のD-ミニチュアコネクタがよく使われる。

RS232の用途と使用例

RS232 は、USB のようなより高度な技術が存在するため、コンシューマー製品全体の主要規格ではなくなりました。しかし、産業用制御機器、オートメーション機器、ネットワーク通信、ロボット、医療機器など、単純なシリアルデータ通信が必要な産業用・業務用アプリケーションでは、RS232規格は今でも使用されています。

RS232の例

• LCDとモジュール間のインターフェース。
• CNCマシンと制御システムとのインターフェース
• コンピュータ（DTE）とモデム（DCE）の間で行われる通信のこと。
• PLC（Programmable Logic Controller）とモジュール間のインターフェース。
• プリンターとモデム間の通信。

RS232規格の代表的な例として、コンピュータ（DTE機器）とモデム（DCE機器）の間でDB9ケーブルを用いてシリアル通信を行うものがある。

DB9オスケーブルのピン配置

RS-232の長所と短所

RS232は、多くの新旧機器と互換性があり、実装が容易で、配線が簡略化でき、EMIに強い低コストなシリアルインタフェースです。RS232の欠点としては、データ通信速度が遅い、信号の電圧が負と正で電源設計が複雑になる、シングルマスターとシングルスレーブに限られる、アンバランス伝送のためノイズが発生しやすい、などがあります。

RS-232のメリット

• 低コストであること。
• 配線を簡素化。
• 幅広くご利用いただけます。
• EMIに対する耐性が良い。

RS-232のデメリット

• データ通信速度が低い - 20kb/sec.
• 短距離に限定 - 50フィート（15メートル）未満の距離でうまく機能します。
• 正負の信号電圧が必要なため、インターフェースの消費電力が増え、電源設計が複雑になります。
• アンバランス伝送。

結論

RS232は、シンプルで低速のシリアル通信を必要とするアプリケーションに最適な規格です。当初は端末とモデムを接続するための規格であったが、その簡便さと比較的安価なことから、本来の目的の範囲を超えて使用されている。