RS232 es una de las técnicas más utilizadas para interconectar equipos externos con computadoras. RS232 es un estándar de comunicación en serie desarrollado por la Electronic Industry Association (EIA) y la Telecommunications Industry Association (Tia).
RS232 define las señales de conexión entre el DTE y el DCE. Aquí, DTE significa Equipo Terminal de datos y un ejemplo de DTE es un ordenador., DCE significa Equipo de comunicación de datos o equipo de terminación de circuitos de datos y un ejemplo de DCE es un módem.
RS232 fue introducido en la década de 1960 y fue conocido originalmente como EIA Recommended Standard 232. RS232 es uno de los estándares de comunicación serie más antiguos con conectividad y compatibilidad simples aseguradas en diferentes fabricantes. Originalmente, los DTE en RS32 son máquinas de escribir electromecánicas y los DCE son módems.
RS232 utiliza la comunicación en serie, donde se envía un bit de datos a la vez a lo largo de una sola línea de datos., Esto contrasta con la comunicación paralela, donde se envían múltiples bits de datos a la vez utilizando múltiples líneas de datos.
la ventaja de usar la comunicación en serie sobre la comunicación en paralelo es que el número de cables necesarios para hacer una transmisión de datos full duplex será muy inferior (dos cables son suficientes sin tener en cuenta las líneas eléctricas).,
RS232 se ha convertido en un estándar de facto para dispositivos informáticos y de instrumentación desde que fue estandarizado en el año 1962 por EIA y como resultado, se convirtió en el estándar de comunicación más utilizado.
pero el principal inconveniente del estándar RS232 es la velocidad de datos y la longitud del cable. RS232 soporta una velocidad máxima de 19200 bps y la longitud máxima del cable es de 20 metros.
Esquema
¿Qué es el RS232?,
oficialmente, el estándar RS232 se llama EIA / TIA – 232 y se define como la interfaz entre un DTE y un DCE dispositivos que emplean intercambio de datos binarios en serie. RS232 se considera un estándar apropiado., Esto se debe a que RS232 garantiza que no haya conflicto entre los dispositivos DTE y DCE especificando:
- Especificaciones eléctricas
- Especificaciones mecánicas
- especificaciones funcionales y
- especificaciones de Procedimiento
todas estas especificaciones nos proporcionan diferentes parámetros como niveles de voltaje comunes, niveles de señal, especificaciones de cableado de Pines, datos de control entre el dispositivo host y su periférico, etc. Veamos las diferentes especificaciones en detalle.,
Características eléctricas
las características eléctricas de RS232 definen las especificaciones relacionadas con los niveles de voltaje, la impedancia de línea y la tasa de cambio de los niveles de señal.
niveles de voltaje
RS232 se definió mucho antes de la lógica TTL y, por lo tanto, no es inesperado que RS232 no use los niveles lógicos específicos de 5V y GND de TTL.
la lógica ‘1’ en RS232 se describe como estar en el rango de voltaje de-15V a-3V y la lógica ‘0’ se describe como el rango de voltaje de +3V a +15V, es decir, el voltaje de bajo nivel es la lógica ‘1’ y el voltaje de alto nivel es la lógica ‘0’.,
normalmente, la lógica ‘ 1 ‘ en RS232 será -12V y la lógica ‘0’ será +12v. todos los voltajes mencionados anteriormente son con respecto a un pin ‘GND’ de tierra común. Cualquier voltaje entre-3V y +3v se considera un estado lógico indefinido.
históricamente, la lógica ‘ 1 ‘(- 15V a-3V) se conoce como marcado y la lógica ‘0’ (+3v a +15V) se conoce como espaciado.
Slew Rate
la otra característica eléctrica importante es la tasa de cambio de los niveles de señal, es decir, la tasa de Slew. La velocidad de giro máxima en RS232 está limitada a 30V/µs., Además, también se define una velocidad de bits máxima de 20 Kbps.
estas limitaciones del estándar ayudan a reducir la conversación cruzada con señales adyacentes.
Impedancia de línea
la impedancia de línea, es decir, la impedancia del cable entre los dispositivos DTE y DCE, se especifica que es de alrededor de 3Ω a 7Ω.
Además, el estándar original RS232 especifica la longitud máxima del cable como 15 metros, pero los estándares revisados especifican la longitud máxima en términos de capacitancia por unidad de longitud.,
Especificaciones mecánicas
las especificaciones mecánicas de RS232 cubren la interfaz mecánica del estándar. El estándar RS232 especifica un conector tipo D de 25 pines para admitir la funcionalidad completa de RS232.
la siguiente imagen muestra un conector DB25. El dispositivo DTE utiliza una carcasa exterior hembra con pines macho y el dispositivo DCE utiliza una carcasa exterior macho con pines hembra.
Hay tres tipos de señales RS232. Son datos, control y tierra., La siguiente tabla muestra la lista de Pines, su dirección en la comunicación junto con su tipo de señal.
como los equipos y dispositivos electrónicos son cada vez más pequeños, no tenemos espacio para conectores más grandes como DB25 y las aplicaciones más comunes no requieren todos los 25 pines en el conector. Por lo tanto, un conector de 9 pines de función reducida Se utiliza comúnmente.
el conector de 9 pines se llama DE-9 (a menudo llamado erróneamente como DB – 9) y es un conector subminiatura de Tipo D (D – Sub)., La siguiente imagen muestra los conectores macho y hembra de-9.
Los pines en el conector DE-9, sus nombres y descripción se dan en la siguiente tabla.
especificaciones funcionales
dado que RS232 se considera un estándar completo, define más que características eléctricas y mecánicas. El estándar RS232 también define las funciones de las diferentes señales utilizadas en la interfaz.
Las Señales se clasifican como: señales comunes, de datos, de temporización y de Control.,
especificaciones de Procedimiento
las especificaciones de Procedimiento de RS232 especifican la secuencia de operaciones que deben llevarse a cabo Cuando un DTE y DCE están conectados.
supongamos que una computadora (DTE) está conectada a un módem (DCE) a través de la interfaz RS232. Para enviar datos desde el ordenador al módem, se debe seguir el siguiente procedimiento.
- Cuando el módem (DCE) está listo para recibir, enviará una señal DCE ready.
- Cuando la computadora (DTE) está lista para enviar los datos, envía una señal lista para enviar (RTS).,
- El módem (DCE) luego envía una señal Clear to Send (CTS) para indicar que los datos pueden ser enviados por computadora (DTE).
- Finalmente, la computadora (DTE) envía datos en la línea de transmisión de datos (TD) al módem (DCE).
Nota: Este no es un procedimiento exacto, pero similar al Real.
implementación práctica de RS232
los niveles de voltaje de RS232 son muy diferentes de la mayoría de los sistemas diseñados hoy en día. Por lo tanto, necesitamos un convertidor de nivel de algún tipo para implementar la interfaz RS232., Este trabajo es realizado por ICs dedicados convertidor de nivel como MAX232 por Maxim Integrated por ejemplo.
estos circuitos integrados toman las señales RS232 y generan voltajes de nivel TTL. Estos circuitos integrados también invierten las señales, ya que los niveles de baja tensión en RS232 son lógicos ‘1’ y los niveles de alta tensión en RS232 son lógicos ‘0’. La siguiente imagen muestra la implementación del controlador RS232 en una aplicación en tiempo real.,
aquí, el UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) genera y recibe las señales necesarias para la comunicación en serie y el controlador RS232 es responsable de convertir las señales entre la interfaz TTL y RS232.
el sistema de comunicación mencionado en este ejemplo es de tipo asíncrono y requiere bits de sincronización, es decir, Inicio y parada, y bit de comprobación de errores, es decir, paridad., El UART en el ejemplo anterior es responsable de generar los bits de inicio, parada y paridad al transmitir los datos y también detectar errores al recibir datos.
la siguiente imagen ilustra una aplicación RS232 típica entre un ordenador y un módem. Aquí, el PC o computadora es el DTE y el módem es el DCE.
la computadora y el módem se comunican entre sí utilizando la interfaz RS232 y la comunicación entre los módems se establece utilizando enlaces de telecomunicaciones.,
¿Cómo RS232 Funciona?
en RS232, los datos se transmiten en serie en una dirección sobre una sola línea de datos. Para establecer una comunicación bidireccional, necesitamos al menos tres cables (RX, TX y GND) aparte de las señales de control. Un byte de datos puede transmitirse en cualquier momento siempre que el byte anterior ya se haya transmitido.
RS232 sigue el protocolo de comunicación asíncrona, es decir, no hay señal de reloj para sincronizar el transmisor y el receptor., Por lo tanto, utiliza los bits de inicio y parada para informar al receptor cuándo verificar los datos.
Hay un retraso de cierto tiempo entre las transmisiones de cada bit. Este retardo no es más que un estado inactivo, es decir, la señal se establece en lógica ‘1’, es decir,- 12v (si recuerda, la lógica ‘1’ en RS232 es-12V y la lógica ‘0’ es +12V).
en primer lugar, el transmisor, es decir, el DTE envía un bit de inicio al receptor, es decir, el DCE para informarle de que la transmisión de datos comienza a partir del siguiente bit. El bit de inicio es siempre ‘0’, es decir, +12v. los siguientes 5 a 9 caracteres son bits de datos.,
si se utiliza el bit de paridad, se puede transmitir un máximo de 8 bits. Si no se usa paridad, entonces se pueden transmitir 9 bits de datos. Después de transmitir los datos, el transmisor envía los bits de parada. Puede ser de 1 bit o 1.5 bits o 2 bits de largo. La siguiente imagen muestra el formato de marco del protocolo RS232.
aunque RS232 se considera un estándar completo, muchos fabricantes pueden no cumplir con los estándares. Algunos fabricantes pueden implementar las especificaciones completas y algunos implementan solo una especificación parcial.,
la razón detrás de esta variación en la implementación del estándar RS232 es que no todos los dispositivos y aplicaciones requieren las especificaciones completas y la funcionalidad del protocolo RS232. Por ejemplo, un módem serie que utiliza RS232 puede requerir más líneas de control que un ratón serie que utiliza el puerto serie.
entonces, ¿cómo el transmisor y el receptor, que podrían utilizar diferentes conjuntos de especificaciones, transmiten o reciben con éxito los datos? Un proceso llamado apretón de manos se utiliza para este propósito.,
Handshaking
Handshaking es un proceso de establecer dinámicamente los parámetros de una comunicación entre el transmisor y el receptor antes de que comience la comunicación.
la necesidad de apretón de manos está dictada por la velocidad a la que el transmisor (DTE) transmite los datos, la velocidad a la que el receptor (DCE) recibe los datos y la velocidad a la que se transmiten los datos.
en un sistema de transmisión de datos asíncrono, no puede haber apretón de manos, apretón de manos de hardware y apretón de manos de software.,
sin apretón de manos
si no se utiliza el apretón de manos, entonces el receptor (DCE) debe leer los datos que ya ha recibido antes de que el transmisor (DTE) envíe los siguientes datos. Para esto, el receptor utiliza una ubicación de memoria especial llamada Buffer y como se usa en el extremo del receptor, se llama Receiver Buffer.
los datos recibidos se almacenan en el búfer antes de que sean leídos por el receptor., El búfer del receptor normalmente puede almacenar un solo bit de datos y estos datos deben borrarse (leerse) antes de que lleguen los siguientes datos y, si no se borran, los datos existentes se sobrescribirán con los nuevos datos.
la siguiente imagen muestra una transmisión y recepción típica de datos utilizando buffers de transmisor y receptor. En esta configuración, el receptor ha leído con éxito los primeros tres bits de datos, pero no leyó el cuarto bit. Por lo tanto, el siguiente bit es decir, el quinto bit sobrescribirá el cuarto bit y el cuarto bit se pierde.,
para evitar situaciones como esta, necesitamos algún tipo de mecanismo de apretón de manos (ya sea de Software o Hardware).
apretón de manos de Hardware
en el apretón de manos de Hardware, el transmisor primero pregunta al receptor si está listo para recibir los datos. El receptor entonces comprueba su búfer y si el búfer está vacío, entonces le dirá al transmisor que está listo para recibir.
el transmisor transmitirá los datos y se cargará en el búfer del receptor., Durante este tiempo, el receptor le dice al transmisor que no envíe más datos hasta que los datos en el búfer hayan sido leídos por el receptor.
el protocolo RS232 define cuatro señales para el propósito de apretón de manos:
- Ready to Send (RTS)
- Clear to Send (CTS)
- Data Terminal Ready (DTR) y
- Data Set Ready (DSR)
la siguiente imagen muestra la conexión entre un transmisor de 9 pines (DTE) y un receptor de 25 pines (DCE) transmisor y receptor de 9 pines en modo hardware handshaking.,
con la ayuda del apretón de manos por Hardware, los datos del transmisor nunca se pierden ni se sobrescriben en el búfer del receptor. Cuando el transmisor (DTE) quiere enviar datos, tira de la línea RTS (listo para enviar) a alta.
entonces el transmisor espera a que CTS (Clear to Send) vaya alto y por lo tanto sigue monitorizándolo. Si la línea CTS es baja, significa que el receptor (DCE) está ocupado y aún no está listo para recibir datos.
Cuando el receptor está listo, tira de la línea CTS a alta. El transmisor entonces transmite los datos., Este método también se llama como apretón de manos RTS/CTS.
además, hay otros dos cables utilizados en el apretón de manos. Son DTR (Data Terminal Ready) y DSR (Data Set Ready). Estas dos señales son utilizadas por el DTE y el DCE para indicar su estado individual. A menudo, estas dos señales se utilizan en la comunicación del módem.
los nuevos estándares de RS232 definen un apretón de manos de Hardware de 8 señales.
apretón de manos de Software
El apretón de manos de Software en RS232 implica dos caracteres especiales para iniciar y detener la comunicación., Estos caracteres son X-ON Y X-OFF (Transmisor encendido y transmisor apagado).
Cuando el receptor envía una señal X-OFF, el transmisor deja de enviar los datos. El transmisor comienza a enviar datos solo después de recibir la señal X-ON.
limitaciones del protocolo RS232
- RS232 requiere un terreno común entre el transmisor (DTE) y el receptor (DCE). Por lo tanto, la razón de cables más cortos entre DTE y DCE en el protocolo RS232.
- la señal en la línea es altamente susceptible al ruido. El ruido puede ser interno o externo.,
- si hay un aumento en la velocidad en baudios y la longitud del cable, hay una posibilidad de conversación cruzada introducida por la capacitancia entre los cables.
- Los niveles de voltaje en RS232 no son compatibles con las lógicas modernas de TTL o CMOS. Necesitamos un convertidor de nivel externo.
aplicaciones
- Aunque RS232 es un protocolo de comunicación serie muy famoso, ahora se ha reemplazado con protocolos avanzados como USB.
- anteriormente se usaban para terminales serie como Mouse, módem, etc.,
- Pero, RS232 todavía se está utilizando en algunos Servo controladores, máquinas CNC, máquinas PLC y algunas placas de microcontrolador utilizan el protocolo RS232.