RS232

16 grudnia 2022 r.

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.

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?

Standard RS232 został opracowany przez Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego (TIA), stąd też jest również określany jako EIA/TIA-232. Oryginalną wersję oraz inne wersje standardu RS232 można nabyć wyłącznie za pośrednictwem oficjalnej strony internetowej TIA. W Internecie można znaleźć wiele bezpłatnych zasobów, które pomogą Ci zrozumieć i wdrożyć standard RS232 w Twoim kolejnym projekcie.

Zwykłe połączenie RS232 zawiera 3 przewodowe połączenia sygnałowe, Tx (nadajnik), Rx (odbiornik) i GND (masa).

RS232 podstawowy przykład połączenia 3 przewodowego — Przykład połączenia 3-przewodowego RS232

W ciągu ponad 60 lat od opracowania standardu RS232 Stowarzyszenie Przemysłu Elektronicznego opublikowało kilka modyfikacji i zmian nazw, w szczególności EIA232, wprowadzony w 1991 r., oraz TIA232, wprowadzony w 1997 r.

Historia wersji RS232

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

Prawdziwy standard RS232 nie wykorzystuje poziomów napięcia TTL (5 V dla logiki 1 i 0 V dla logiki 0). Zamiast tego oryginalny standard określa -5 V do -15 V dla niskiego poziomu (spacja) i +5 V do +15 V dla wysokiego poziomu (znak). Wersja EIA/TIA-232-D zwiększyła zakres napięcia do ± 25 V.

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).

Chociaż prawdziwy RS-232 nie jest już tak powszechnie stosowany jak kiedyś, jego odmiana RS-232 TTL nadal znajduje zastosowanie w aplikacjach, w których wymagane są niższe poziomy napięcia i kompatybilność sygnału z mikrokontrolerami. Wiele produktów firmy Newhaven Display jest kompatybilnych z komunikacją szeregową RS232 TTL.

Przykłady wyświetlaczy LCD RS232 TTL Serial w Newhaven Display — Przykłady wyświetlaczy RS232 TTL Serial w Newhaven Display

RS232 vs RS232 Poziomy napięć logicznych TTL.

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	Kierunek 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

Rozkład pinów złącza DB9 — Układ pinów złącza 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.