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.

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

W ciągu ponad 60 lat od opracowania standardu RS232, stowarzyszenie Electronic Industries Association opublikowało kilka modyfikacji i zmian nazw, przede wszystkim EIA232, wprowadzony w 1991 roku, oraz TIA232, wprowadzony w 1997 roku.

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)

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.

Poziomy napięć logicznych RS232

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

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

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

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.