RS232 Protocol-bazele

RS232 este una dintre tehnicile cele mai utilizate pe scară largă pentru a Interfață echipamente externe cu calculatoare. RS232 este un standard de comunicare Serial dezvoltat de Asociația Industriei electronice (EIA) și Asociația industriei telecomunicațiilor (TIA).

RS232 definește semnalele de legătură între DTE și DCE. Aici, DTE reprezintă echipamente terminale de date și un exemplu pentru DTE este un computer., DCE reprezintă echipamente de comunicații de date sau echipamente de terminare a circuitelor de date și un exemplu pentru DCE este un modem.RS232 a fost introdus în 1960 și a fost inițial cunoscut sub numele de standardul recomandat EIA 232. RS232 este unul dintre cele mai vechi standarde de comunicare serială cu conectivitate simplă asigurată și compatibilitate între diferiți producători. Inițial, DTEs în RS32 sunt mașini de scris electromecanice, iar DCEs sunt modemuri.

RS232 utilizează comunicarea serială, unde un bit de date este trimis la un moment dat de-a lungul unei singure linii de date., Acesta este un contrast cu comunicarea paralelă, unde mai mulți biți de date sunt trimiși simultan folosind mai multe linii de date. avantajul utilizării comunicației seriale față de comunicarea paralelă este numărul de fire necesare pentru a face o transmisie de date full duplex va fi foarte mic (două fire sunt suficiente fără a lua în considerare liniile electrice).,

RS232 a devenit un standard de facto pentru calculator și instrumente dispozitive, deoarece acesta a fost standardizat în anul 1962 de către AIE și, ca urmare, a devenit cel mai utilizat standard de comunicare. dar principalul dezavantaj al standardului RS232 este rata de date și lungimea cablului. RS232 suportă o rată maximă de transfer de 19200 bps, iar lungimea maximă a cablului este de 20 de metri.

ce este RS232?,

Oficial, standardul RS232 se numește EIA / TIA-232 și este definit ca interfața dintre un dispozitiv DTE și un dispozitiv DCE care utilizează schimbul de date binar serial. RS232 este considerat a fi un standard adecvat., Acest lucru este pentru că RS232 asigură că nu există niciun conflict între DTE și DCE dispozitive prin specificarea:

• Specificații Electrice
• Specificațiile Mecanice
• Specificațiile Funcționale și
• Procedurale Caietul de sarcini

Toate aceste specificații ne oferă diferite parametri, cum ar fi comune niveluri de tensiune, nivelul de semnal, pin cabluri caietul de sarcini, control date între dispozitivul gazdă și periferice etc. Să vedem în detaliu diferitele specificații.,caracteristicile electrice ale RS232 definesc specificațiile legate de nivelurile de tensiune, impedanța liniei și rata de schimbare a nivelurilor de semnal.

niveluri de tensiune

RS232 a fost definit cu mult înainte de logica TTL și, prin urmare, nu este neașteptat ca RS232 să nu utilizeze nivelurile logice specifice TTL 5V și GND.

logica ” 1 „din RS232 este descrisă ca fiind în domeniul de tensiune de-15V la-3V și logica” 0 „este descrisă ca domeniul de tensiune de +3V la +15v adică tensiunea de nivel scăzut este logica” 1 „și tensiunea de nivel înalt este logica „0”.,

De obicei, logica ” 1 „în RS232 va fi-12V și logica” 0 „va fi +12V. toate tensiunile menționate mai sus sunt cu privire la un teren comun” GND ” pin. Orice tensiune între -3V și +3v este considerată a fi o stare logică nedefinită.

istoric, logica ” 1 „(- 15V la-3V) este menționată ca marcare și logica ” 0 ” (+3V la +15v) este menționată ca spațiere.

rata de Slew

cealaltă caracteristică electrică importantă este rata de schimbare a nivelurilor de semnal, adică rata de Slew. Rata maximă de rotire în RS232 este limitată la 30V / µs., De asemenea, este definită o rată maximă de biți de 20 Kbps. aceste limitări ale standardului ajută la reducerea conversației încrucișate cu semnalele adiacente.

impedanța liniei

impedanța liniei adică impedanța firului dintre dispozitivele DTE și DCE este specificată să fie în jur de 3Ω până la 7ω. de asemenea, standardul RS232 original specifică lungimea maximă a cablului ca 15 metri, dar standardele revizuite specifică lungimea maximă în ceea ce privește capacitatea pe unitatea de lungime.,

Specificații mecanice

Specificațiile mecanice ale RS232 acoperă interfața mecanică a standardului. Standardul RS232 specifică un conector de tip D cu 25 de pini pentru a suporta funcționalitatea completă a RS232.

următoarea imagine prezintă un conector DB25. Dispozitivul DTE utilizează o carcasă exterioară Feminină cu pini masculi, iar dispozitivul DCE utilizează o carcasă exterioară masculină cu pini masculi.

există trei tipuri de semnale în RS232. Acestea sunt date, control și sol., Următorul tabel prezintă lista de pini, direcția lor în comunicare împreună cu tipul lor de semnal.

Ca echipamente electronice și dispozitive devin mai mici, nu avem loc pentru mai mare conector ca DB25 și cele mai comune aplicații nu au nevoie de toate cele 25 de pini din conector. Prin urmare, o funcție redusă Conector cu 9 pini este utilizat în mod obișnuit.

conectorul cu 9 pini este numit ca de-9 (adesea numit în mod greșit ca DB – 9) și este un conector de subminiatură de tip D (D – Sub)., Următoarea imagine prezintă conectorii DE-9 tată și mamă.

pinii din conectorul DE-9, numele și descrierea lor sunt date în tabelul următor.

specificații funcționale

deoarece RS232 este considerat un standard complet, definește mai mult decât caracteristicile electrice și mecanice. Standardul RS232 definește, de asemenea, funcțiile diferitelor semnale utilizate în interfață.

semnalele sunt clasificate ca: semnale comune, Date, Sincronizare și Control.,specificațiile procedurale ale RS232 specifică secvența de operații care trebuie efectuate atunci când sunt conectate un DTE și DCE. să presupunem că un computer (DTE) este conectat la un Modem (DCE) prin interfața RS232. Pentru a trimite date de la computer la Modem, trebuie urmată următoarea procedură.

• când modemul (DCE) este gata de recepție, acesta va trimite un semnal gata DCE.
• când computerul (DTE) este gata să trimită datele, acesta trimite un semnal gata de trimitere (RTS).,
• modemul (DCE) trimite apoi un semnal clar de trimis (CTS) pentru a indica faptul că datele pot fi trimise de computer (DTE).
• în cele din urmă, computerul (DTE) trimite date pe linia de transmitere a datelor (TD) către Modem (DCE).Notă: Aceasta nu este o procedură exactă, ci similară cu cea reală.
  

  implementarea practică a RS232

  nivelurile de tensiune ale RS232 sunt foarte diferite de majoritatea sistemelor proiectate astăzi. Prin urmare, avem nevoie de un convertor de nivel de unele tipuri pentru a implementa interfața RS232., Această lucrare este realizată de IC-uri dedicate convertor de nivel, cum ar fi MAX232 de Maxim integrat, de exemplu.

  aceste IC-uri iau semnalele RS232 și generează tensiuni de nivel TTL. Aceste IC-uri inversează, de asemenea, semnalele, deoarece nivelurile de joasă tensiune din RS232 sunt logice „1”, iar nivelurile de înaltă tensiune din RS232 sunt logice „0”. Următoarea imagine arată implementarea driverului RS232 într-o aplicație în timp real.,

  

  Aici, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) generează și recepționează semnale necesare pentru comunicații seriale și RS232 Driver este responsabil pentru convertirea semnalelor între TTL și interfață RS232.

  sistemul de comunicare menționat în acest exemplu este de tip asincron și necesită biți de sincronizare, adică start și Stop și bit de verificare a erorilor, adică paritate., UART-ul din exemplul de mai sus este responsabil pentru generarea biților de pornire, oprire și paritate la transmiterea datelor și, de asemenea, detectarea erorilor în timpul primirii datelor.

  următoarea imagine ilustrează o aplicație tipică RS232 între un computer și un Modem. Aici, PC-ul sau computerul este DTE, iar modemul este DCE.

  computerul și modemul comunică între ele folosind interfața RS232, iar comunicarea dintre modemuri este stabilită folosind legături de telecomunicații.,

  

  Cum RS232 Funcționează?

  în RS232, datele sunt transmise în serie într-o singură direcție pe o singură linie de date. Pentru a stabili două căi de comunicare, avem nevoie de cel puțin trei fire (RX, TX și GND) în afară de semnalele de control. Un octet de date poate fi transmis în orice moment, cu condiția ca octetul anterior să fi fost deja transmis. RS232 urmează protocolul de comunicare asincron, adică nu există semnal de ceas pentru sincronizarea emițătorului și receptorului., Prin urmare, utilizează biți de pornire și oprire pentru a informa receptorul când să verifice datele. există o întârziere de un anumit timp între transmisiile fiecărui bit. Această întârziere nu este altceva decât o stare inactivă, adică semnalul este setat la logica ” 1 „adică-12V (dacă vă amintiți, logica” 1 „în RS232 este-12V și logica” 0 ” este +12V).

  în primul rând, emițătorul adică DTE trimite un bit de pornire către receptor, adică DCE pentru a-l informa că transmisia de date începe de la următorul bit. Bitul de pornire este întotdeauna „0”, adică +12V. următoarele 5 până la 9 caractere sunt biți de date., dacă se utilizează un bit de paritate, se pot transmite maximum 8 biți. Dacă paritatea nu este utilizată, atunci pot fi transmise 9 biți de date. După transmiterea datelor, emițătorul trimite biții de oprire. Acesta poate fi fie 1 bit sau 1,5 biți sau 2 biți lung. Următoarea imagine arată formatul cadrului protocolului RS232.

  deși RS232 este considerat a fi un standard complet, mulți producători nu pot respecta standardele. Unii producători pot implementa specificațiile complete, iar unii implementează doar o specificație parțială., motivul din spatele acestei variații în implementarea standardului RS232 este că nu toate dispozitivele și aplicațiile necesită specificațiile și funcționalitatea completă a Protocolului RS232. De exemplu, un Modem serial care utilizează RS232 poate necesita mai multe linii de control decât un Mouse serial care utilizează portul serial.

  atunci cum transmițătorul și receptorul, care ar putea utiliza un set diferit de specificații, transmit sau recepționează cu succes datele? Un proces numit strângere de mână este utilizat în acest scop.,strângerea de mână este un proces de setare dinamică a parametrilor unei comunicări între emițător și receptor înainte de începerea comunicării.

  nevoia de strângere de mână este dictată de viteza at cu transmițătorul (DTE) transmite datele, viteza cu care receptorul (DCE) primește datele și rata la care sunt transmise datele.

  într-un sistem de transmisie de date asincron, nu poate exista strângere de mână, strângere de mână hardware și strângere de mână software.,

  fără strângere de mână

  dacă strângerea de mână nu este utilizată, atunci receptorul (DCE) trebuie să citească datele deja primite de acesta înainte ca emițătorul (DTE) să trimită următoarele date. Pentru aceasta, receptorul folosește o locație specială de memorie numită tampon și, deoarece este utilizat la capătul receptorului, se numește tampon receptor.

  datele primite sunt stocate în buffer înainte de a fi citite de receptor., Buffer-ul receptorului poate stoca de obicei un singur bit de date și aceste date trebuie șterse (citite) înainte de sosirea următoarelor date și dacă nu sunt șterse, datele existente vor fi suprascrise cu noile date.

  următoarea imagine prezintă o transmisie și recepție tipică a datelor utilizând tampoane pentru emițător și receptor. În această configurație, receptorul a citit cu succes primii trei biți de date, dar nu a citit al patrulea bit. Prin urmare, următorul bit, adică al cincilea bit va suprascrie al patrulea bit și al patrulea bit este pierdut.,

  
  pentru a evita astfel de situații, avem nevoie de un fel de mecanism de strângere de mână (fie Software, fie hardware).

  strângere de mână hardware

  în strângerea de mână Hardware, emițătorul întreabă mai întâi receptorul dacă este gata să primească datele. Receptorul verifică apoi tamponul său și dacă tamponul este gol, va spune apoi emițătorului că este gata să primească.

  transmițătorul va transmite datele și este încărcat în tamponul receptorului., În acest timp, receptorul îi spune emițătorului să nu trimită date suplimentare până când datele din tampon nu au fost citite de receptor.

  RS232 Protocol definește patru semnale în scopul de Handshaking:

  • Gata pentru a Trimite (RTS)
  • Clar pentru Send (CTS)
  • Data Terminal Ready (DTR) și
  • Data Set Ready (DSR)

  următoarea imagine prezintă conexiunea dintre un 9 – pin Transmițător (DTE) și 25 – pin Receptor (DCE) și un 9 – pin Emițător și un 9 – pin Receptor în hardware handshaking modul.,

  

  Cu ajutorul Hardware Handshaking, datele de la emițător nu este pierdut sau suprascrise în receptorul tampon. Când transmițătorul (DTE) dorește să trimită date, trage linia RTS (gata de trimitere) la înălțime.

  apoi transmițătorul așteaptă ca CTS (Clear to Send) să se ridice și, prin urmare, continuă să-l monitorizeze. Dacă linia CTS este scăzută, înseamnă că receptorul (DCE) este ocupat și nu este încă pregătit să primească date. când receptorul este gata, trage linia CTS la înălțime. Transmițătorul transmite apoi datele., Această metodă este, de asemenea, numit ca RTS/CTS Handshaking.în plus ,există alte două fire utilizate în strângerea de mână. Acestea sunt DTR (terminal de date gata) și DSR (set de date gata). Aceste două semnale sunt utilizate de DTE și DCE pentru a indica starea lor individuală. Adesea, aceste două semnale sunt utilizate în comunicarea modemului.standardele mai noi ale RS232 definesc o strângere de mână hardware de semnal 8.

  
  Software Handshaking

  software Handshaking în RS232 implică două caractere speciale pentru pornirea și oprirea comunicării., Aceste caractere sunt X-ON și X-OFF (transmițător pornit și transmițător oprit). când receptorul trimite un semnal X-OFF, emițătorul nu mai trimite datele. Transmițătorul începe să trimită date numai după ce primește semnalul X-ON.

  

  limitările RS232

  • protocolul RS232 necesită un teren comun între emițător (DTE) și receptor (DCE). Prin urmare, motivul pentru cabluri mai scurte între DTE și DCE în protocolul RS232.
  • semnalul din linie este foarte susceptibil la zgomot. Zgomotul poate fi intern sau extern.,
  • dacă există o creștere a ratei de transfer și a lungimii cablului, există o șansă de discuție încrucișată introdusă de capacitatea dintre cabluri.
  • nivelurile de tensiune din RS232 nu sunt compatibile cu logica modernă TTL sau CMOS. Avem nevoie de un convertor de nivel extern.

  Aplicații

  • deși RS232 este un protocol de comunicare serial foarte faimos, acum a fost înlocuit cu protocoale avansate precum USB.
  • anterior am folosit pentru terminale seriale precum Mouse, Modem etc.,
  • dar, RS232 este încă utilizat în unele controlere Servo, mașini CNC, Mașini PLC și unele plăci de microcontroler folosesc protocolul RS232.