RS232 ist eine der am häufigsten verwendeten Techniken, um externe Geräte mit Computern zu verbinden. RS232 ist ein serieller Kommunikationsstandard, der von der Electronic Industry Association (EIA) und der Telecommunications Industry Association (TIA) entwickelt wurde.
RS232 definiert die Signale, die die Verbindung zwischen DTE und DCE. Hier steht DTE für Data Terminal Equipment und ein Beispiel für DTE ist ein Computer., DCE-steht für Data Communication Equipment oder Data Circuit Terminating Equipment und ein Beispiel für DCE ist ein modem.
RS232 wurde in den 1960er Jahren eingeführt und war ursprünglich als EIA Recommended Standard 232 bekannt. RS232 ist einer der ältesten seriellen Kommunikationsstandards mit einfacher Konnektivität und Kompatibilität zwischen verschiedenen Herstellern. Ursprünglich sind die DTEs in RS32 elektromechanische Schreibmaschinen und DCEs Modems.
RS232 verwendet serielle Kommunikation, wobei jeweils ein Datenbit entlang einer einzelnen Datenleitung gesendet wird., Dies steht im Gegensatz zur parallelen Kommunikation, bei der mehrere Datenbits gleichzeitig über mehrere Datenleitungen gesendet werden.
Der Vorteil der Verwendung der seriellen Kommunikation gegenüber der parallelen Kommunikation besteht darin, dass die Anzahl der Drähte, die für eine Vollduplex-Datenübertragung erforderlich sind, sehr gering ist (zwei Drähte sind ausreichend, ohne elektrische Leitungen zu berücksichtigen).,
RS232 ist seit seiner Standardisierung im Jahr 1962 durch die UVP de facto zum meistgenutzten Kommunikationsstandard geworden.
Aber der Hauptnachteil von RS232 Standard ist Datenrate und Länge des Kabels. RS232 unterstützt eine maximale baudrate von 19200 bps und die maximale länge der kabel ist 20 meter.
Was ist RS232?,
Offiziell heißt der RS232-Standard EIA / TIA – 232 und ist definiert als die Schnittstelle zwischen einem DTE und einem DCE-Gerät, das einen seriellen binären Datenaustausch verwendet. RS232 gilt als geeigneter Standard., Dies liegt daran, dass RS232 sicherstellt, dass es keinen Konflikt zwischen den DTE-und DCE-Geräten gibt, indem es angibt:
- Elektrische Spezifikationen
- Mechanische Spezifikationen
- Funktionale Spezifikationen und
- Verfahrenstechnische Spezifikationen
Alle diese Spezifikationen liefern uns verschiedene Parameter wie gemeinsame Spannungspegel, Signalpegel, Pin-Verdrahtungsspezifikationen, Steuerdaten zwischen dem Host-Gerät und seinem Peripheriegerät usw. Lassen Sie uns die verschiedenen Spezifikationen im Detail sehen.,
Elektrische Eigenschaften
Die elektrischen Eigenschaften von RS232 definieren die Spezifikationen in Bezug auf Spannungspegel, Leitungsimpedanz und Änderungsrate der Signalpegel.
Spannungspegel
RS232 wurde lange vor der TTL-Logik definiert und daher ist es nicht unerwartet, dass RS232 nicht die TTL-spezifischen 5V – und GND-Logikpegel verwendet.
Die Logik‘ 1 ‚in RS232 wird als im Spannungsbereich von-15V bis-3V beschrieben und die Logik‘ 0 ‚wird als Spannungsbereich von +3V bis +15V beschrieben, dh Niederspannung ist Logik‘ 1 ‚und Hochspannung ist Logik’0‘.,
Typischerweise ist die Logik ‚1‘ in RS232-12V und die Logik ‚0‘ +12V. Alle oben genannten Spannungen sind in Bezug auf einen gemeinsamen Boden ‚GND‘ Pin. Jede Spannung zwischen-3V und +3V wird als undefinierter logischer Zustand angesehen.
Historisch wird die Logik ‚ 1 ‚(- 15V bis-3V) als Markierung und die Logik‘ 0 ‚ (+3V bis +15V) als Abstand bezeichnet.
Slew Rate
Das andere wichtige elektrische Merkmal ist die Änderungsrate der Signalpegel, dh die Slew Rate. Die maximale Anschlagsrate in RS232 ist auf 30V/µs begrenzt., Außerdem ist eine maximale Bitrate von 20 Kbps definiert.
Diese Einschränkungen des Standards helfen bei der Reduzierung des Cross-Talk mit benachbarten Signalen.
Leitungsimpedanz
Die Leitungsimpedanz, d. h. Die Impedanz des Drahtes zwischen den DTE-und DCE-Geräten, liegt zwischen 3Ω und 7Ω.
Außerdem gibt der ursprüngliche RS232-Standard die maximale Länge des Kabels als 15 Meter an, aber die überarbeiteten Standards geben die maximale Länge in Bezug auf die Kapazität pro Längeneinheit an.,
Mechanische Spezifikationen
Die mechanischen Spezifikationen von RS232 umfassen die mechanische Schnittstelle der Norm. Der RS232-Standard gibt einen 25 – poligen D – Typ-Anschluss an, der die volle Funktionalität von RS232 unterstützt.
Das folgende Bild zeigt einen DB25-Anschluss. Das DTE-Gerät verwendet ein weibliches Außengehäuse mit männlichen Stiften und das DCE-Gerät verwendet ein männliches Außengehäuse mit weiblichen Stiften.
Es gibt drei Arten von Signale in RS232. Sie sind Daten, Kontrolle und Boden., Die folgende Tabelle zeigt die Liste der Pins, ihre Richtung in der Kommunikation zusammen mit ihrem Signaltyp.
Da die elektronischen Geräte und Geräte kleiner werden, haben wir keinen Platz für größere Stecker wie DB25 und die meisten gängigen Anwendungen erfordern nicht alle 25 Pins im Stecker. Daher wird üblicherweise ein 9 – poliger Steckverbinder mit reduzierter Funktion verwendet.
Der 9 – polige Stecker wird als DE-9 bezeichnet (oft fälschlicherweise als DB-9 bezeichnet) und ist ein D – Subminiatur – Anschluss (D-Sub)., Das folgende Bild zeigt die DE-9 Stecker und buchsen.
Die Pins im DE-9 Stecker, deren Namen und Beschreibung sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Funktionale Spezifikationen
Da RS232 als vollständiger Standard gilt, definiert es mehr als elektrische und mechanische Eigenschaften. RS232-standard definiert auch die Funktionen der verschiedenen Signale in der Schnittstelle verwendet.
Die Signale werden klassifiziert als: Gemeinsame, Daten, Timing und Steuersignale.,
Prozedurale Spezifikationen
Die prozeduralen Spezifikationen von RS232 geben die Reihenfolge der Operationen an, die ausgeführt werden müssen, wenn ein DTE und ein DCE verbunden sind.
Angenommen, ein Computer (DTE) ist über eine RS232-Schnittstelle mit einem Modem (DCE) verbunden. Um Daten vom Computer an das Modem zu senden, muss der folgende Vorgang befolgt werden.
- Wenn Modem (DCE) ist bereit zu empfangen, es wird senden eine DCE bereit signal.
- Wenn der Computer (DTE) bereit ist, die Daten zu senden, sendet er ein Ready-to-Send-Signal (RTS).,
- Das Modem (DCE) sendet dann ein Clear-to-Send-Signal (CTS), um anzuzeigen, dass Daten vom Computer (DTE) gesendet werden können.
- Schließlich sendet der Computer (DTE) Daten über die Übertragungsdatenleitung (TD) an das Modem (DCE).
HINWEIS:Dies ist keine exakte Prozedur, aber ähnlich der tatsächlichen.
Praktische Umsetzung von RS232
Die Spannungspegel von RS232 unterscheiden sich stark von den meisten heute entwickelten Systemen. Daher benötigen wir einen Pegelwandler einiger Art RS232-Schnittstelle zu implementieren., Dieser Job wird von dedizierten Level Converter ICs wie MAX232 von Maxim Integrated zum Beispiel durchgeführt.
Diese ICs nehmen die RS232-Signale auf und erzeugen einen TTL-Pegel. Diese ICs invertieren auch die Signale, da Niederspannungspegel in RS232 Logik ‚1‘ und Hochspannungspegel in RS232 Logik ‚0’sind. Das folgende Bild zeigt die Implementierung des RS232-Treibers in einer Echtzeitanwendung.,
Hier erzeugt und empfängt der UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) die notwendigen Signale für die serielle Kommunikation und der RS232-Treiber ist für die Konvertierung von Signalen zwischen TTL-und RS232-Schnittstelle verantwortlich.
Das in diesem Beispiel erwähnte Kommunikationssystem ist vom asynchronen Typ und erfordert Synchronisationsbits, dh Start-und Stopp-und Fehlerprüfbit, dh Parität., Der UART im obigen Beispiel ist dafür verantwortlich, die Start -, Stopp-und Paritätsbits beim Senden der Daten zu erzeugen und auch Fehler beim Empfangen von Daten zu erkennen.
Das folgende Bild zeigt eine typische RS232-Anwendung zwischen einem Computer und einem Modem. Hier ist der PC oder Computer der DTE und das Modem der DCE.
Computer und Modem kommunizieren über RS232-Schnittstelle miteinander und die Kommunikation zwischen den Modems wird über Telekommunikationsverbindungen hergestellt.,
Wie RS232 Funktioniert?
In RS232 werden die Daten seriell in einer Richtung über eine einzelne Datenleitung übertragen. Um eine Zwei-Wege-Kommunikation herzustellen, benötigen wir neben den Steuersignalen mindestens drei Drähte (RX, TX und GND). Ein Datenbyte kann jederzeit übertragen werden, sofern das vorherige Byte bereits übertragen wurde.
RS232 folgt dem asynchronen Kommunikationsprotokoll, d.h. es gibt kein Taktsignal, um Sender und Empfänger zu synchronisieren., Daher verwendet es Start-und Stoppbits, um den Empfänger zu informieren, wann nach Daten gesucht werden soll.
Es gibt eine verzögerung von bestimmten zeit zwischen den übertragungen von jedem bit. Diese Verzögerung ist nichts anderes als ein inaktiver Zustand, dh das Signal ist auf Logik ‚1‘ dh-12V eingestellt (wenn Sie sich erinnern, ist Logik ‚1‘ in RS232-12V und Logik ‚0‘ ist +12V).
Zunächst sendet der Sender d.h. der DTE ein Startbit an den Empfänger d.h. den DCE, um ihm mitzuteilen, dass die Datenübertragung vom nächsten Bit ausgeht. Das Startbit ist immer ‚0‘, d.h. +12V. Die nächsten 5 bis 9 Zeichen sind Datenbits.,
Wenn Paritätsbit verwendet wird, können maximal 8 Bits übertragen werden. Wenn keine Parität verwendet wird, können 9 Datenbits übertragen werden. Nachdem die Daten übertragen wurden, sendet der Sender die Stoppbits. Es kann entweder 1 Bit oder 1,5 Bit oder 2 Bit lang sein. Das folgende Bild zeigt das Frame-Format des RS232-Protokolls.
Obwohl RS232 als vollständiger Standard angesehen wird, halten sich viele Hersteller möglicherweise nicht an die Standards. Einige Hersteller können die vollständigen Spezifikationen implementieren und einige implementieren nur eine teilweise Spezifikation.,
Der Grund für diese Variation bei der Implementierung des RS232-Standards ist, dass nicht alle Geräte und Anwendungen die vollständigen Spezifikationen und Funktionen des RS232-Protokolls erfordern. Beispielsweise kann ein serielles Modem mit RS232 mehr Steuerleitungen erfordern als eine serielle Maus mit serieller Schnittstelle.
Wie können Sender und Empfänger, die möglicherweise unterschiedliche Spezifikationen verwenden, die Daten erfolgreich senden oder empfangen? Zu diesem Zweck wird ein Prozess namens Handshaking verwendet.,
Handshaking
Handshaking ist ein Prozess der dynamischen Einstellung der Parameter einer Kommunikation zwischen Sender und Empfänger, bevor die Kommunikation beginnt.
Die Notwendigkeit des Händeschüttelns wird durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Sender (DTE) die Daten überträgt, die Geschwindigkeit, mit der der Empfänger (DCE) die Daten empfängt, und die Geschwindigkeit, mit der die Daten übertragen werden.
In einem asynchronen Datenübertragungssystem kann es kein Handshaking, Hardware-Handshaking und Software-Handshaking geben.,
Kein Handshaking
Wenn kein Handshaking verwendet wird, muss der Empfänger (DCE) die bereits empfangenen Daten lesen, bevor der Sender (DTE) die nächsten Daten sendet. Dazu verwendet der Empfänger einen speziellen Speicherort namens Buffer und da er am Empfängerende verwendet wird, wird er als Empfängerpuffer bezeichnet.
Die empfangenen Daten werden im Puffer gespeichert, bevor sie vom Empfänger gelesen werden., Der Empfängerpuffer kann normalerweise ein einzelnes Datenbit speichern, und diese Daten müssen gelöscht (gelesen) werden, bevor die nächsten Daten eintreffen, und wenn sie nicht gelöscht werden, werden die vorhandenen Daten mit den neuen Daten überschrieben.
Das folgende Bild zeigt eine typische Übertragung und den Empfang von Daten unter Verwendung von Sender – und Empfängerpuffern. In diesem Setup hat der Empfänger die ersten drei Datenbits erfolgreich gelesen,das vierte Bit jedoch nicht. Daher überschreibt das nächste Bit, dh das fünfte Bit, das vierte Bit und das vierte Bit geht verloren.,
Um solche Situationen zu vermeiden, benötigen wir eine Art Handshaking-Mechanismus (entweder Software-oder Hardware-Handshaking).
Hardware Handshaking
Bei Hardware Handshaking fragt der Sender zuerst den Empfänger, ob er bereit ist, die Daten zu empfangen. Der Empfänger überprüft dann seinen Puffer und wenn der Puffer leer ist, teilt er dem Sender mit, dass er empfangsbereit ist.
Der Sender überträgt die Daten und wird in den Empfängerpuffer geladen., Während dieser Zeit weist der Empfänger den Sender an, keine weiteren Daten zu senden, bis die Daten im Puffer vom Empfänger gelesen wurden.
Das RS232 – Protokoll definiert vier Signale zum Handshaking:
- Ready to Send (RTS)
- Clear to Send (CTS)
- Data Terminal Ready (DTR) und
- Data Set Ready (DSR)
Das folgende Bild zeigt die Verbindung zwischen einem 9 – poligen Sender (DTE) und einem 25 – poligen Empfänger (DCE) und einem 9 – poligen Sender und einem 9-poligen-pin Empfänger in hardware handshaking modus.,
Mit hilfe von Hardware Handshaking, die daten von der sender ist nie verloren oder überschrieben in die empfänger puffer. Wenn der Sender (DTE) Daten senden möchte, zieht er die RTS-Leitung (Ready to Send) auf hoch.
Dann wartet der Sender darauf, dass CTS (Clear to Send) hoch geht und überwacht es daher weiter. Wenn die CTS-Leitung niedrig ist, bedeutet dies, dass der Empfänger (DCE) ausgelastet und noch nicht bereit ist, Daten zu empfangen.
Wenn der Empfänger bereit ist, zieht er die CTS-Leitung auf hoch. Der Sender überträgt dann die Daten., Diese Methode wird auch als RTS/CTS Handshaking bezeichnet.
Zusätzlich, es sind zwei andere drähte verwendet in Handshaking. Sie sind DTR (Data Terminal Ready) und DSR (Data Set Ready). Diese beiden Signale werden von DTE und DCE verwendet, um ihren individuellen Status anzuzeigen. Oft werden diese beiden Signale in der Modemkommunikation verwendet.
Die neueren standards von RS232 definieren eine 8 signal Hardware Handshaking.
Software-Handshaking
Software-Handshaking-in RS232 umfasst zwei spezielle Zeichen, die zum starten und stoppen der Kommunikation., Diese Zeichen sind X-ON und X-OFF (Sender Ein und Sender AUS).
Wenn der Empfänger ein X-OFF-Signal sendet, hört der Sender auf, die Daten zu senden. Der Sender beginnt erst mit dem Senden von Daten, nachdem er das X-ON-Signal empfangen hat.
Einschränkungen von RS232
- RS232 Protokoll erfordert eine gemeinsame boden zwischen die sender (DTE) und empfänger (DCE). Daher der Grund für kürzere Kabel zwischen DTE und DCE im RS232-Protokoll.
- Das Signal in der Leitung ist sehr störanfällig. Das Rauschen kann entweder intern oder extern sein.,
- Wenn die Baudrate und die Länge des Kabels zunehmen, besteht die Möglichkeit einer Querverbindung, die durch die Kapazität zwischen den Kabeln eingeführt wird.
- Die Spannungspegel in RS232 sind nicht kompatibel mit modernen TTL-oder CMOS-Logiken. Wir brauchen einen externen Pegelwandler.
Anwendungen
- Obwohl RS232 ein sehr bekanntes serielles Kommunikationsprotokoll ist, wurde es jetzt durch fortschrittliche Protokolle wie USB ersetzt.
- Früher haben wir sie für serielle Terminals wie Maus, Modem usw. verwendet.,
- Aber RS232 ist immer noch verwendet in einige Servo Controller, CNC Maschinen, PLC maschinen und einige mikrocontroller boards verwenden RS232 Protokoll.