RS232 je jednou z nejpoužívanějších technik pro rozhraní externích zařízení s počítači. RS232 je sériový komunikační Standard vyvinutý asociací elektronického průmyslu (EIA) a Asociací telekomunikačního průmyslu (TIA).
RS232 definuje signály spojující DTE a DCE. Zde DTE znamená zařízení datových terminálů a příkladem pro DTE je počítač., DCE znamená Zařízení pro datovou komunikaci nebo zařízení pro ukončení datových obvodů a příkladem pro DCE je modem.
RS232 byl představen v roce 1960 a byl původně známý jako EIA doporučený Standard 232. RS232 je jedním z nejstarších standardů sériové komunikace se zajištěnou jednoduchou konektivitou a kompatibilitou mezi různými výrobci. Původně jsou DTEs v RS32 elektromechanické psací stroje a DCEs jsou modemy.
RS232 používá sériovou komunikaci, kde je jeden bit dat odesílán najednou podél jediné datové linky., To je na rozdíl od paralelní komunikace, kde je více bitů dat odesíláno najednou pomocí více datových linek.
výhodou použití sériové komunikace přes paralelní komunikace je počet vodičů nutný, aby se plně duplexní přenos dat bude velmi méně (dva dráty jsou dostatečné, aniž by s ohledem elektrického vedení).,
RS232 se stal de facto standardem pro počítačové a přístrojové vybavení zařízení, protože to byl standardizován v roce 1962 o EIA, a jako výsledek, to se stalo nejrozšířenější komunikační standard.
ale hlavní nevýhodou standardu RS232 je rychlost přenosu dat a délka kabelu. RS232 podporuje maximální přenosovou rychlost 19200 bps a maximální délka kabelu je 20 metrů.
obrys
co je RS232?,
Oficiálně, RS232 standard se nazývá EIA/TIA – 232 a je definováno jako rozhraní mezi DTE a DCE zařízení využívající sériový binární data interchange. RS232 je považován za vhodný standard., Je to proto, RS232 zajišťuje, že neexistuje žádný konflikt mezi DTE a DCE zařízení zadáním:
- Elektrické Specifikace
- Mechanické Specifikace
- Funkční Specifikace a
- Procesní Specifikace
Všechny tyto specifikace nám poskytují různé parametry jako běžné napěťové úrovně, úrovně signálu, pin kabeláže specifikace, kontrola dat mezi hostitelským zařízením a jeho periferní atd. Podívejme se podrobně na různé specifikace.,
Elektrické charakteristiky
elektrické charakteristiky RS232 definuje specifikace týkající se úrovní napětí, impedance vedení a rychlosti změny úrovní signálu.
úrovně napětí
RS232 byla definována tak před TTL logikou, a proto není neočekávané, že RS232 nepoužívá TTL specifické 5V a GND logické úrovně.
logické “ 1 “ v RS232 je popisován jako bytí v rozsahu napětí -15V-3V a logické ‚0‘, je popsána jako napětí v rozsahu +3V až +15V, tj. nízká úroveň napětí je logické “ 1 “ a vysokou úroveň napětí je logická ‚0‘.,
Typicky, logické “ 1 “ v RS232 bude -12V a logické ‚0‘ bude +12V. Všechny výše uvedené hodnoty napětí jsou s ohledem na společnou zem GND pin. Jakékoli napětí mezi-3V a +3v je považováno za nedefinovaný logický stav.
historicky se logika “ 1 „(- 15V až-3V) označuje jako označení a logika “ 0 “ (+3V až +15V) se označuje jako rozteč.
Slew Rate
další důležitou elektrickou charakteristikou je rychlost změny úrovní signálu, tj. Maximální rychlost usmrcení v RS232 je omezena na 30V / µs., Také je definována maximální přenosová rychlost 20 Kbps.
tato omezení standardní pomoci při snižování křížového hovoru s přilehlými signály.
Impedance
impedance vedení, tj. impedance drátu mezi DTE a DCE zařízení je nastaveno tak, aby být kolem 3Ω na 7Ω.
původní norma RS232 také specifikuje maximální délku kabelu jako 15 metrů, ale revidované normy specifikují maximální délku z hlediska kapacity na délku jednotky.,
Mechanické specifikace
Mechanické specifikace RS232 pokrývá mechanické rozhraní standardu. Standard RS232 specifikuje 25pinový konektor typu D, který podporuje plnou funkčnost RS232.
následující obrázek ukazuje konektor DB25. Zařízení DTE používá vnější plášť ženy s mužskými kolíky a zařízení DCE používá vnější plášť muže se samičími kolíky.
V RS232 existují tři typy signálů. Jsou to data, kontrola a půda., Následující tabulka ukazuje seznam kolíků, jejich směr v komunikaci spolu s typem signálu.
Jako elektronické vybavení a zařízení jsou stále menší, nemáme prostor pro větší konektor, jako DB25 a většina běžných aplikací nevyžadují všechny 25 piny v konektoru. Proto se běžně používá 9kolíkový konektor se sníženou funkcí.
9kolíkový konektor se nazývá DE-9 (často nesprávně nazývaný jako DB-9) a jedná se o subminiaturní konektor typu D (D – Sub)., Následující obrázek ukazuje konektory pro muže a ženy DE-9.
kolíky v konektoru DE-9, jejich názvy a popis jsou uvedeny v následující tabulce.
Funkční Specifikace
Od RS232 je považován za naprostý standard definuje více než elektrické a mechanické vlastnosti. Standard RS232 také definuje funkce různých signálů používaných v rozhraní.
signály jsou klasifikovány jako: běžné, datové, časovací a řídicí signály.,
procedurální SPECIFIKACE
procedurální SPECIFIKACE RS232 specifikují posloupnost operací, které musí být provedeny při připojení DTE a DCE.
Předpokládejme, že počítač (DTE) je připojen k modemu (DCE) přes rozhraní RS232. Aby bylo možné odesílat data z počítače do modemu, musí být dodržen následující postup.
- když je Modem (DCE) připraven k příjmu, odešle signál připravený pro DCE.
- když je počítač (DTE) připraven k odeslání dat, odešle signál připravený k odeslání (RTS).,
- Modem (DCE) pak odešle jasný signál pro odeslání (CTS), který indikuje, že data mohou být odesílána počítačem (DTE).
- nakonec počítač (DTE) odešle data na lince Transmit Data (TD) do modemu (DCE).
Poznámka: Nejedná se o přesný postup, ale podobný skutečnému postupu.
praktická implementace RS232
úrovně napětí RS232 se velmi liší od většiny systémů navržených dnes. Proto potřebujeme převodník úrovně některých druhů implementovat rozhraní RS232., Tato práce je prováděna vyhrazenými úrovňovými převodníky, jako je například MAX232 od Maxim Integrated.
tyto ICs přijímají signály RS232 a generují napětí úrovně TTL. Tyto ICs také invertují signály, protože úrovně nízkého napětí v RS232 jsou logické “ 1 „a úrovně vysokého napětí v RS232 jsou logické „0“. Následující obrázek ukazuje implementaci ovladače RS232 v aplikaci v reálném čase.,
Tady, UART (Univerzální Asynchronní Přijímač / Vysílač) vytváří a dostává potřebné signály pro sériovou komunikaci a RS232 Driver je zodpovědný za konverzi signálů mezi TTL a RS232 rozhraní.
komunikační systém uvedený v tomto příkladu je asynchronního typu a vyžaduje synchronizační bity, tj., UART ve výše uvedeném příkladu je zodpovědný za generování bitů Start, Stop a Parity při přenosu dat a také za detekci chyb při příjmu dat.
následující obrázek ilustruje typický RS232 aplikace mezi Počítač a Modem. Zde je počítač nebo počítač DTE a Modem je DCE.
Počítač a Modem spolu komunikují pomocí rozhraní RS232 a komunikace mezi modemy je stanovena pomocí telekomunikačních odkazy.,
jak RS232 funguje?
V RS232 jsou data přenášena sériově v jednom směru přes jednu datovou linku. Abychom mohli navázat obousměrnou komunikaci, potřebujeme kromě řídicích signálů alespoň tři vodiče (RX, TX a GND). Bajt dat může být přenášen kdykoli za předpokladu, že předchozí bajt již byl předán.
RS232 následuje asynchronní komunikační protokol, tj. neexistuje žádný hodinový signál pro synchronizaci vysílače a přijímače., Proto používá počáteční a zastavovací bity k informování přijímače, kdy zkontrolovat data.
mezi přenosy jednotlivých bitů dochází ke zpoždění určitého času. Toto zpoždění není nic jiného než neaktivní stav, tj. signál je nastaven na logiku ‚ 1 ‚tj.-12v (pokud si pamatujete, logika‘ 1 ‚ v RS232 je-12V a logika ‚0‘ je +12v).
nejprve vysílač, tj. DTE odešle startovací bit do přijímače, tj. DCE, aby jej informoval, že přenos dat začíná od dalšího bitu. Počáteční bit je vždy ‚0‘, tj. +12v. dalších 5 až 9 znaků jsou datové bity.,
Pokud je použit paritní bit, lze přenášet maximálně 8 bitů. Pokud se parita nepoužívá, lze přenášet 9 datových bitů. Po přenosu dat vysílač odešle stop bity. Může to být buď 1 bit nebo 1,5 bitů nebo 2 bity dlouhé. Následující obrázek ukazuje formát snímku protokolu RS232.
přestože je RS232 považován za úplný standard, mnoho výrobců nemusí dodržovat normy. Někteří výrobci mohou implementovat kompletní specifikace a někteří implementují pouze částečnou specifikaci.,
důvodem této změny v implementaci standardu RS232 je to, že ne všechna zařízení a aplikace vyžadují úplné specifikace a funkčnost protokolu RS232. Například sériový Modem používající RS232 může vyžadovat více řídicích linek než Sériová myš pomocí sériového portu.
Jak tedy vysílač a přijímač, které mohou používat jinou sadu specifikací, úspěšně přenášejí nebo přijímají data? Pro tento účel se používá proces nazvaný Handshaking.,
Připojování
Připojování je proces, dynamicky nastavení parametrů komunikace mezi vysílačem a přijímačem, než komunikace začíná.
potřeba handshakingu je dána rychlostí u vysílače (DTE) přenáší data, rychlostí, jakou přijímač (DCE) přijímá data a rychlostí přenosu dat.
V asynchronní systém přenosu dat, tam může být žádné připojování, hardware připojování a software handshaking.,
Žádné Připojování
Pokud řízení toku není použito, pak přijímač (DCE), musí číst data, která je již obdržel před vysílač (DTE) vysílá další data. Za tímto účelem přijímač používá speciální umístění paměti zvané Buffer a protože se používá na konci přijímače, nazývá se vyrovnávací paměť přijímače.
přijatá data jsou uložena v vyrovnávací paměti před čtením přijímačem., Přijímač Vyrovnávací paměti lze obvykle uložit jeden bit dat a tato data musí být vymazány (číst) před další data dorazí a pokud to není zrušeno, stávající data budou přepsána novými daty.
následující obrázek ukazuje typický přenos a příjem dat pomocí vyrovnávací paměti vysílače a přijímače. V tomto nastavení přijímač úspěšně přečetl první tři bity dat, ale nečetl čtvrtý bit. Pátý bit tedy přepíše čtvrtý bit a čtvrtý bit je ztracen.,
abychom se vyhnuli takovým situacím, potřebujeme nějaký mechanismus Handshakingu (buď Software nebo Hardware Handshaking).
hardwarové Handshaking
při hardwarovém Handshakingu se vysílač nejprve zeptá přijímače, zda je připraven přijímat data. Přijímač pak zkontroluje jeho vyrovnávací paměť a pokud je vyrovnávací paměť prázdná, sdělí vysílači, že je připraven k příjmu.
vysílač bude přenášet data a je načten do vyrovnávací paměti přijímače., Během této doby přijímač řekne vysílači, aby neposílal žádná další data, dokud nebudou data v vyrovnávací paměti čtena přijímačem.
RS232 Protokol definuje čtyři signály pro účely řízení toku:
- Připraven k Odeslání (RTS)
- Vymazat k Odeslání (CTS)
- Datový Terminál Připraven (DTR) a
- Data Set Ready (DSR)
následující obrázek ukazuje připojení mezi 9 – pin Vysílače (DTE) a 25 – pin Přijímače (DCE) a 9 – pin Vysílače a 9 – pin Přijímače v hardware handshaking mode.,
S pomocí Hardwarové řízení toku dat od vysílače je nikdy ztracena nebo přepsána v přijímač vyrovnávací paměti. Když chce vysílač (DTE) odesílat data, vytáhne linku RTS (připravenou k odeslání) na vysokou.
pak vysílač čeká na CTS (Clear to Send), aby šel vysoko, a proto ho neustále sleduje. Pokud je linka CTS nízká, znamená to, že přijímač (DCE) je zaneprázdněn a ještě není připraven přijímat data.
když je přijímač připraven, vytáhne linku CTS na vysokou hodnotu. Vysílač pak přenáší data., Tato metoda se také nazývá jako RTS / CTS Handshaking.
kromě toho existují dva další vodiče používané při Handshakingu. Jsou to DTR (Data Terminal Ready) a DSR (data Set Ready). Tyto dva signály jsou používány DTE a DCE k označení jejich individuálního stavu. Tyto dva signály se často používají v komunikaci modemu.
novější standardy RS232 definují 8 signální hardwarové Handshaking.
Software Handshaking
Software Handshaking v RS232 zahrnuje dva speciální znaky pro spuštění a zastavení komunikace., Tyto znaky jsou X-ON A X-OFF (vysílač zapnutý a vysílač vypnutý).
když přijímač vysílá signál X-OFF, vysílač přestane odesílat data. Vysílač začne odesílat data až poté, co přijme signál X-ON.
Omezení RS232
- RS232 Protokol vyžaduje společnou zem mezi vysílačem (DTE) a přijímač (DCE). Důvod kratších kabelů mezi DTE a DCE v protokolu RS232.
- signál v řádku je vysoce citlivý na hluk. Hluk může být buď vnitřní nebo vnější.,
- Pokud je zvýšení přenosové rychlosti a délky kabelu, tam je šance na cross talk zavedená kapacita mezi kabely.
- úrovně napětí v RS232 nejsou kompatibilní s moderními logiky TTL nebo CMOS. Potřebujeme externí převodník.
Aplikace
- Ačkoli RS232 je velmi slavný sériový komunikační protokol, je nyní nahrazen s pokročilými protokoly jako USB.
- dříve jsme použili pro sériové terminály, jako je myš, Modem atd.,
- ale RS232 se stále používá v některých Servo regulátorech, CNC strojích, PLC strojích a některých mikrokontrolérech pomocí protokolu RS232.