RS232
Dec 16th 2022
Ważnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę podczas pracy z urządzeniami elektronicznymi, jest rodzaj używanego przez nie protokołu komunikacji danych. Komunikacja szeregowa jest szeroko wykorzystywana w przemyśle elektronicznym ze względu na jej względną prostotę i niskie wymagania sprzętowe w porównaniu z komunikacją za pomocą interfejsu równoległego.
W tym artykule omówiony zostanie stary, ale wciąż używany protokół komunikacji szeregowej - RS-232.
W tym artykule:
Co to jest RS232?
RS232 (Recommended Standard 232) to standard szeregowej, binarnej komunikacji danych wprowadzony w 1960 roku. Standard definiuje piny i sygnały łączące pomiędzy urządzeniem końcowym danych (DTE) a urządzeniem do komunikacji danych (DCE).
Przegląd charakterystyki RS-232
- Szeregowa transmisja danych
- Transmisja niezrównoważona
- Komunikacja typu punkt-punkt
- Komunikacja asynchroniczna
- Komunikacja w pełnym dupleksie
Powiązane: Komunikacja szeregowa a równoległa
Przed standardem RS232 urządzenia były łączone za pomocą analogowych telefonicznych linii głosowych, które wymagały modemów do translacji sygnału, co było podatne na błędy danych i wymagało skomplikowanych konfiguracji.
Standard RS232 został opracowany w celu zapewnienia niezawodnej komunikacji danych i promowania kompatybilności między urządzeniami produkowanymi przez różnych producentów, a tym samym promowania masowej produkcji i konkurencji.
Kto stworzył standard RS232?
The RS232 standard was developed by the Telecommunication Industry Association (TIA) hence also referenced as EIA/TIA-232. The original and other versions of the RS232 standard can only be purchased via the official TIA website. You can find many free resources online to help you understand and implement RS232 into your next project.
Zwykłe połączenie RS232 zawiera 3 przewodowe połączenia sygnałowe, Tx (nadajnik), Rx (odbiornik) i GND (masa).
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.
Historia wersji RS232
- EIA RS-232 (maj 1960)
- EIA RS-232-A (październik 1963)
- EIA RS-232-B (październik 1965)
- EIA RS-232-C (czerwiec 1981)
- EIA EIA-232-D (listopad 1986)
- TIA TIA/EIA-232-E (lipiec 1991)
- TIA TIA/EIA-232-F (październik 1997)
- ANSI/TIA-232-F-1997 (październik 1997)
- TIA TIA-232-F (październik 1997)
Niegdyś standard w wielu urządzeniach komputerowych, w tym w drukarkach, myszach komputerowych, klawiaturach i joystickach, standard komunikacji RS-232 został zastąpiony w wielu peryferiach komputerowych przez standard komunikacji USB na początku lat 2000. Nowsze standardy, takie jak RS485, SPI, I²C i CAN, zyskały popularność ze względu na ich bardziej zaawansowane funkcje.
Standard komunikacji danych RS-232 jest do dziś szeroko stosowany ze względu na prostą konstrukcję i obecność w systemach sieciowych i przemysłowych, gdzie potrzebna jest komunikacja danych o małej prędkości.
Specyfikacja RS232
Zakres standardu RS232 definiuje elektryczne, funkcjonalne i mechaniczne charakterystyki sygnałów dla szeregowej komunikacji danych typu punkt-punkt pomiędzy urządzeniem końcowym danych (DTE) a urządzeniem komunikacyjnym danych (DCE).
RS232 Charakterystyka elektryczna
Standard RS232 definiuje charakterystyki elektryczne, takie jak napięcia, szybkość przesyłania danych, szybkość przesuwu i impedancja. Poniższa tabela podsumowuje niektóre z oryginalnych charakterystyk elektrycznych standardu RS232.
| Specyfikacja elektryczna | RS-232 |
|---|---|
| Tryb pracy: | Single-ended |
| Liczba urządzeń: | 1 kierowca, 1 odbiornik |
| Architektura autobusu: | Point-to-Point |
| Tryb komunikacji: | Pełny dupleks |
| Długość kabla (max): | 50 stóp (maksymalna szybkość transmisji danych 20kbps) |
| Szybkość transmisji danych (max): | 1Mbps |
| Sygnał: | Niezrównoważony |
| Znak (binarny 1): | -5V (min), -15V (max) |
| Spacja (binarne 0): | 5V (min), 15V (max) |
| Poziom wejściowy (min): | ±3V |
| Impedancja: | 3kΩ do 7kΩ |
| Output slew rate: | 30V/µs (Max) |
Warto zauważyć, że w rewizji EIA/TIA-232-D, zamiast podawać maksymalną długość kabla, standard określa maksymalne obciążenie pojemnościowe 2500 pF, co jest bardziej odpowiednie. Rozszerzono też zakres napięć logicznych z ±15V do ±25V.
Poziomy napięć logicznych 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.
Uwzględniając margines szumu 2V, poziom niski (od -3V do -15V) definiowany jest jako logiczna 1 (oznaczenie), a poziom wysoki (od +3V do +15V) jako logiczne 0 (odstęp).
Dowiedz się więcej: Jak chronić przed ESD (Electrostatic Discharge)
Maksymalna szybkość przesuwu wynosi 30V/µs, a maksymalna szybkość transmisji danych przy maksymalnej długości kabla 50 stóp wynosi 20kbps, aby uniknąć przesłuchów pomiędzy sąsiednimi sygnałami. Impedancja pomiędzy sterownikiem a odbiornikiem jest określona w zakresie od 3kΩ do 7kΩ.
RS232 TTL
RS232 TTL to termin odnoszący się do rodzaju protokołu komunikacji szeregowej, który wykorzystuje specyfikacje typu RS232, ale z sygnałami logicznymi zgodnymi z układami TTL (logika tranzystorowa). Poziomy napięć w komunikacji szeregowej TTL zawsze pozostają pomiędzy 0V (logiczne 0) a Vcc (logiczne 1, czyli typowo 3,3V lub 5V).
While true RS-232 is not used as widely as it once was, the RS-232 TTL variant is still in use in applications where its lower voltage levels and signal compatibility with microcontrollers are needed. Many of our products at Newhaven Display are compatible with RS232 TTL serial communication.
Komunikacja pomiędzy prawdziwym RS232 i TTL jest możliwa dzięki urządzeniu zdolnemu do odwracania sygnałów logicznych i regulowania poziomów napięcia sygnału. Układ scalony MAX232 jest popularnym rozwiązaniem do obsługi konwersji i inwersji napięcia, gdy potrzebna jest komunikacja pomiędzy prawdziwym RS232 i TTL.
RS232 Charakterystyka funkcjonalna
Standard RS232 definiuje funkcje sygnałów. Chociaż standard definiuje wiele sygnałów funkcjonalnych, w tym główny i dodatkowy kanał komunikacyjny, niewiele aplikacji potrzebuje lub wymaga wszystkich tych sygnałów.
Sygnały interfejsu w standardzie RS232 można podzielić na 4 kategorie:
- Linie danych
- Linie kontrolne
- Linie czasowe
- Funkcje drugorzędne
Piny sygnałowe RS232 - kompletna funkcja sygnałów
| Sygnał Mnemonik | Nazwa sygnału | Direction DTE ⇔ DCE |
Typ sygnału |
|---|---|---|---|
| AB | Sygnał Wspólny | - | Wspólne |
| BA | Transmitted Data (TD) | ⇒ | Dane |
| BB | Dane odebrane (RD) | ⇐ | Dane |
| CA | Request to Send (RTS) | ⇒ | Kontrola |
| CB | Clear to Send (CTS) | ⇐ | Kontrola |
| CC | Data Set Ready (DSR) | ⇐ | Kontrola |
| CD | Data Terminal Ready (DTR) | ⇒ | Kontrola |
| CE | Wskaźnik pierścienia (RI) | ⇐ | Kontrola |
| CF | Detekcja nośnika danych (DCD) | ⇐ | Kontrola |
| CG | Wykrywanie jakości sygnału (SQ) | ⇐ | Kontrola |
| CH | Selektor prędkości sygnału danych z DTE | ⇒ | Kontrola |
| CI | Selektor szybkości sygnału danych z DCE | ⇐ | Kontrola |
| CJ | Gotowy do odbioru | ⇒ | Kontrola |
| RL | Zdalna pętla zwrotna | ⇒ | Kontrola |
| LL | Lokalna pętla zwrotna | ⇒ | Kontrola |
| TM | Tryb testowy | ⇐ | Kontrola |
| DA | Zegar nadajnika z DTE | ⇒ | Rozrząd |
| DB | Zegar nadajnika z DCE | ⇐ | Rozrząd |
| DD | Zegar odbiorczy z DCE | ⇐ | Rozrząd |
| SBA | Wtórnie przesłane dane S(TD) | ⇒ | Dane |
| SBA | Wtórnie otrzymane dane S(RD) | ⇐ | Dane |
| SCA | Secondary Request to Send S(RTS) | ⇒ | Kontrola |
| SCB | Drugorzędny Clear to Send S(CTS) | ⇐ | Kontrola |
| SCB | Secondary Data Carrier Detect S(DCD) | ⇐ | Kontrola |
Charakterystyka mechaniczna
RS232 definiuje 25-pinowe złącze jako minimalny rozmiar złącza w celu obsługi wszystkich sygnałów funkcjonalnych. Sprzęt DTE wykorzystuje żeńską obudowę dla złącza i męską obudowę dla pinów połączeniowych. Sprzęt DCE wykorzystuje męską obudowę dla złącza i żeńską dla pinów połączeniowych.
Ponieważ większość aplikacji nie wymaga wszystkich określonych sygnałów, 25-pinowe złącze jest rzadko używane ze względu na jego większy rozmiar. Zamiast tego powszechnie stosowane są mniejsze złącza D-miniaturowe, takie jak DB-9.
RS232 Zastosowania i przykłady
RS232 nie jest już podstawowym standardem w produktach konsumenckich z powodu istniejących nowszych i bardziej zaawansowanych technologii, takich jak USB. Jednak standard RS232 jest nadal używany w zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych z prostymi wymaganiami szeregowej komunikacji danych, takich jak sterowanie przemysłowe, urządzenia automatyki, komunikacja sieciowa, robotyka i sprzęt medyczny.
RS232 Przykłady
- Interfejs pomiędzy wyświetlaczem LCD a modułem.
- Interfejs pomiędzy maszynami CNC a systemami sterowania.
- Komunikacja pomiędzy komputerem (DTE) a modemem (DCE).
- Interfejs pomiędzy PLC (Programmable Logic Controller) a modułem.
- Komunikacja pomiędzy drukarką a modemem.
Typowym przykładem zastosowania standardu RS232 jest komunikacja szeregowa pomiędzy komputerem (sprzęt DTE) a modemem (sprzęt DCE) za pomocą kabla DB9.
Schemat połączeń kabla męskiego DB9
Wiedziałeś?
Złącza D-subminiaturowe, podobnie jak DB-9, zaczynają się od litery D ze względu na metalową osłonę w kształcie litery D. Litera po D oznacza rozmiar powłoki.
Zalety i wady RS-232
RS232 jest tanim interfejsem szeregowym kompatybilnym z wieloma nowymi i starszymi urządzeniami, jest łatwy do wdrożenia, ma uproszczone okablowanie i dobrą odporność na EMI. Niektóre z wad RS232 to niska prędkość transmisji danych, ujemne i dodatnie napięcia sygnału mogą komplikować konstrukcję zasilacza, ograniczenie do pojedynczego urządzenia nadrzędnego i podrzędnego, a jego niezrównoważona transmisja może być podatna na zakłócenia.
RS-232 Zalety
- Niski koszt.
- Uproszczone okablowanie.
- Szeroko dostępne.
- Dobra odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
RS-232 Wady
- Niska prędkość przesyłania danych - 20 kb na sekundę.
- Ograniczenie do krótkich dystansów - Działa dobrze w przypadku odległości poniżej 50 stóp (15 metrów).
- Wymaganie dodatniego i ujemnego napięcia sygnału zwiększa pobór mocy interfejsu i komplikuje konstrukcję zasilacza.
- Transmisja niezrównoważona.
Wniosek
RS232 jest doskonałym wyborem dla aplikacji wymagających prostej komunikacji szeregowej o małej prędkości. Chociaż pierwotnym przeznaczeniem standardu było połączenie terminala z modemem, to dzięki swojej prostocie i stosunkowo niskim kosztom znalazł on zastosowanie wykraczające poza zakres pierwotnego przeznaczenia.