RS232 är en av de mest använda teknikerna för att koppla extern utrustning till datorer. RS232 är en seriell kommunikationsstandard som utvecklats av Electronic Industry Association (EIA) och Telecommunications Industry Association (TIA).
RS232 definierar signalerna som förbinder mellan dte och DCE. Här står dte för Dataterminalutrustning och ett exempel för DTE är en dator., DCE står för Datakommunikationsutrustning eller Datakretsavslutande utrustning och ett exempel för DCE är ett modem.
RS232 introducerades på 1960-talet och var ursprungligen känd som EIA rekommenderade Standard 232. RS232 är en av de äldsta seriella kommunikationsstandarderna med säkerställd enkel anslutning och kompatibilitet mellan olika tillverkare. Ursprungligen DTEs i RS32 är elektromekaniska skrivmaskiner och DCEs är modem.
RS232 använder seriell kommunikation, där en bit data skickas i taget längs en enda datalinje., Detta står i kontrast till parallell kommunikation, där flera bitar av data skickas åt gången med hjälp av flera datalinjer.
fördelen med att använda seriell kommunikation över parallell kommunikation är antalet ledningar som krävs för att göra en full duplex dataöverföring kommer att vara mycket mindre (två ledningar är tillräckliga utan att överväga elektriska linjer).,
RS232 har blivit en de facto-standard för dator-och instrumenteringsenheter eftersom den standardiserades år 1962 av EIA och som ett resultat blev den den mest använda kommunikationsstandarden.
men den största nackdelen med RS232-standarden är datahastighet och längd på kabeln. RS232 stöder en maximal baud-hastighet på 19200 bps och kabelns maximala längd är 20 meter.
disposition
vad är RS232?,
officiellt kallas RS232 – standarden EIA/TIA-232 och definieras som gränssnittet mellan en dte och en DCE-enhet som använder seriellt binärt datautbyte. RS232 anses vara en lämplig standard., Detta beror på att RS232 säkerställer att det inte finns någon konflikt mellan dte-och DCE-enheterna genom att ange:
- elektriska specifikationer
- Mekaniska specifikationer
- funktionella specifikationer och
- Procedurspecifikationer
alla dessa specifikationer ger oss olika parametrar som vanliga spänningsnivåer, signalnivåer, stiftkabelspecifikationer, styrdata mellan värdenheten och dess kringutrustning etc. Låt oss se om de olika specifikationerna i detalj.,
elektriska egenskaper
de elektriska egenskaperna hos RS232 definierar specifikationerna för spänningsnivåer, linjeimpedans och förändringshastighet för signalnivåer.
spänningsnivåer
RS232 definierades långt före TTL-logiken och det är därför inte oväntat att RS232 inte använder TTL-specifika 5V-och GND-logiska nivåer.
logiken ” 1 ”i RS232 beskrivs som i spänningsområdet-15V till-3V och logiken” 0 ”beskrivs som spänningsområdet + 3V till + 15V, dvs. lågnivåspänningen är logiken” 1 ”och högnivåspänningen är logiken ”0”.,
logiken ” 1 ”i RS232 kommer vanligtvis att vara-12V och logiken” 0 ”kommer att vara +12V. alla ovan nämnda spänningar är med avseende på en gemensam grund” GND ” – pin. Varje spänning mellan – 3V och + 3V anses vara ett odefinierat logiskt tillstånd.
historiskt kallas logiken ” 1 ”(- 15V till-3V) märkning och logik ” 0 ” (+3V till +15V) som avstånd.
Slew Rate
den andra viktiga elektriska egenskapen är graden av förändring av signalnivåer, dvs Slew Rate. Maximal stighastighet i RS232 är begränsad till 30V/µs., Dessutom definieras också en Maximal bithastighet på 20 Kbps.
dessa begränsningar av standardhjälpen för att minska cross – talk med intilliggande signaler.
Linjeimpedans
linjeimpedansen dvs impedansen hos tråden mellan dte-och DCE-enheterna är specificerad för att vara runt 3Ω till 7Ω.
den ursprungliga RS232-standarden anger också kabelns maximala längd som 15 meter, men de reviderade standarderna anger maximal längd när det gäller kapacitans per enhetslängd.,
Mekaniska specifikationer
de mekaniska specifikationerna för RS232 täcker standardens mekaniska gränssnitt. RS232-standarden anger en 25 – stifts D-type-kontakt för att stödja RS232S fullständiga funktionalitet.
följande bild visar en DB25-kontakt. Dte-enheten använder ett kvinnligt ytterhölje med manliga stift och DCE-enheten använder ett manligt ytterhölje med kvinnliga stift.
det finns tre typer av signaler i RS232. De är data, kontroll och mark., Följande tabell visar listan över stift, deras riktning i kommunikation tillsammans med deras Signaltyp.
eftersom den elektroniska utrustningen och enheterna blir mindre har vi inte utrymme för större kontakt som DB25 och de vanligaste applikationerna kräver inte alla 25 stiften i kontakten. Därför används en reducerad funktion 9-stifts kontakt vanligen.
9 – pin-kontakten kallas som DE-9 (ofta felaktigt kallad DB – 9) och det är en d – Typ Subminiature (D-Sub) – kontakt., Följande bild visar de-9 manliga och kvinnliga kontakterna.
stiften i DE-9-kontakten, deras namn och beskrivning anges i följande tabell.
funktionella specifikationer
eftersom RS232 anses vara en komplett standard definierar den mer än elektriska och mekaniska egenskaper. RS232 standard definierar också funktionerna hos olika signaler som används i gränssnittet.
signalerna klassificeras som: vanliga, Data, Timing och styrsignaler.,
Procedurspecifikationer
PROCEDURSPECIFIKATIONER för RS232 anger den sekvens av operationer som måste utföras när en DTE och DCE är anslutna.
Antag att en dator (dte) är ansluten till ett Modem (DCE) via RS232-gränssnitt. För att skicka data från dator till Modem måste följande procedur följas.
- När Modem (DCE) är redo att ta emot, kommer det att skicka en DCE klar signal.
- när datorn (DTE) är redo att skicka data, skickar den en redo att skicka (RTS) signal.,
- modemet (DCE) skickar sedan En Clear to Send (CTS) – signal för att indikera att data kan skickas via dator (DTE).
- slutligen skickar datorn (DTE) data om sändningsdata (TD) till modemet (DCE).
OBS: Detta är inte en exakt procedur men liknar den faktiska.
praktiskt genomförande av RS232
spänningsnivåerna för RS232 skiljer sig mycket från de flesta system som utformats idag. Därför behöver vi en nivåomvandlare av något slag för att implementera RS232-gränssnitt., Det här jobbet utförs av dedikerade nivåomvandlare ICs som MAX232 av Maxim Integrated till exempel.
dessa ICs tar in RS232-signalerna och genererar en TTL-nivåspänning. Dessa IC inverterar också signalerna eftersom låga spänningsnivåer i RS232 är logiska ” 1 ”och höga spänningsnivåer i RS232 är logiska ”0”. Följande bild visar genomförandet av RS232-drivrutinen i en realtidsapplikation.,
här genererar UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) och tar emot nödvändiga signaler för seriell kommunikation och RS232-drivrutinen ansvarar för att konvertera signaler mellan TTL och RS232-gränssnittet.
kommunikationssystemet som nämns i det här exemplet är av asynkron typ och det kräver synkroniseringsbitar dvs Start och stopp och felkontroll bit dvs paritet., UART i ovanstående exempel är ansvarig för att generera Start -, Stopp-och Paritetsbitarna vid överföring av data och även detektering av fel vid mottagning av data.
följande bild illustrerar ett typiskt RS232-program mellan en dator och ett Modem. Här är datorn eller datorn DTE och modemet är DCE.
datorn och modemet kommunicerar med varandra med RS232-gränssnittet och kommunikationen mellan modemen upprättas med hjälp av telekommunikationslänkar.,
hur RS232 fungerar?
i RS232 överförs data seriellt i en riktning över en enda datalinje. För att upprätta tvåvägskommunikation behöver vi minst tre ledningar (RX, TX och GND) förutom styrsignalerna. En byte av data kan överföras när som helst förutsatt att föregående byte redan har överförts.
RS232 följer asynkron kommunikationsprotokoll, dvs det finns ingen klocksignal för att synkronisera sändare och mottagare., Därför använder den start-och stoppbitar för att informera mottagaren när du ska kontrollera data.
det finns en fördröjning av viss tid mellan sändningarna av varje bit. Denna fördröjning är inget annat än ett inaktivt tillstånd, dvs signalen är inställd på logiken ” 1 ”dvs-12V (om du kommer ihåg, är logiken” 1 ”i RS232-12V och logiken” 0 ” +12V).
först sändaren dvs dte skickar en start bit till mottagaren dvs DCE att informera den om att dataöverföring startar från nästa bit. Startbiten är alltid ” 0 ” dvs +12V. de följande 5 till 9 tecknen är databitar.,
om paritetsbit används kan maximalt 8 bitar överföras. Om paritet inte används Kan 9 databitar överföras. När data överförs skickar sändaren stoppbitarna. Det kan vara antingen 1 bit eller 1,5 bitar eller 2 bitar lång. Följande bild visar ramformatet för RS232-protokollet.
även om RS232 anses vara en komplett standard, kanske många tillverkare inte följer standarderna. Vissa tillverkare kan genomföra de fullständiga specifikationerna och vissa implementerar bara en partiell specifikation.,
anledningen till denna variation i genomförandet av RS232-standarden är att inte alla enheter och applikationer kräver fullständiga specifikationer och funktionalitet i RS232-protokollet. Till exempel kan ett seriellt Modem som använder RS232 kräva fler kontrolllinjer än en seriell mus som använder seriell port.
hur överför sändaren och mottagaren, som kan använda olika specifikationer, framgångsrikt eller ta emot data? En process som kallas handskakning används för detta ändamål.,
handskakning
handskakning är en process för att dynamiskt ställa in parametrarna för en kommunikation mellan sändaren och mottagaren innan kommunikationen börjar.
behovet av handskakning dikteras av hastigheten vid med sändaren (dte) överför data, hastigheten vid vilken mottagaren (DCE) tar emot data och hastigheten vid vilken data överförs.
i ett asynkront dataöverföringssystem kan det inte finnas något handskakning, hårdvaruhandskakning och programvaruhandskakning.,
ingen handskakning
om handskakning inte används, måste mottagaren (DCE) läsa de data som redan mottagits av den innan sändaren (dte) skickar nästa data. För detta använder mottagaren en speciell minnesplats som kallas buffert och eftersom den används vid mottagaränden kallas den Mottagarbuffert.
den mottagna data lagras i bufferten innan den läses av mottagaren., Mottagarbufferten kan normalt lagra en enda bit data och dessa data måste rensas (läsa) innan nästa data anländer och om det inte rensas, kommer de befintliga data att skrivas över med de nya data.
följande bild visar en typisk överföring och mottagning av data med hjälp av sändare och mottagare buffertar. I den här inställningen har mottagaren framgångsrikt läst de tre första bitarna av data men läste inte den fjärde biten. Därför kommer nästa bit dvs den femte biten att skriva över den fjärde biten och den fjärde biten går förlorad.,
för att undvika situationer som detta behöver vi någon form av handskakningsmekanism (antingen programvara eller Hårdvaruhandskakning).
Hårdvaruhandskakning
i Hårdvaruhandskakning frågar sändaren först mottagaren om den är redo att ta emot data. Mottagaren kontrollerar sedan dess buffert och om bufferten är tom, kommer den då att berätta för sändaren att den är redo att ta emot.
sändaren kommer att överföra data och den laddas in i mottagarbufferten., Under denna tid talar mottagaren om för sändaren att inte skicka ytterligare data förrän data i bufferten har lästs av mottagaren.
RS232 – protokollet definierar fyra signaler för handskakning:
- Ready to Send (RTS)
- Clear to Send (CTS)
- data Terminal Ready (DTR) och
- data Set Ready (DSR)
följande bild visar anslutningen mellan en 9 – pin – sändare (DTE) och 25 – pin-mottagare (DCE) och en 9-pin-sändare och en en 9-stifts mottagare i hårdvaruhandskakningsläge.,
med hjälp av hårdvara handskakning, data från sändaren är aldrig förlorat eller skrivs över i mottagarbufferten. När sändaren (dte) vill skicka data, drar den RTS (redo att skicka) linjen till hög.
då väntar sändaren på att CTS (Clear to Send) ska gå högt och därmed fortsätter den att övervaka den. Om CTS-linjen är låg betyder det att mottagaren (DCE) är upptagen och ännu inte redo att ta emot data.
när mottagaren är klar drar den CTS-linjen till hög. Sändaren sänder sedan data., Denna metod kallas också som RTS / CTS handskakning.
dessutom finns det två andra ledningar som används vid handskakning. De är DTR (Data Terminal Ready) och DSR (Data Set Ready). Dessa två signaler används av DTE och DCE för att ange deras individuella status. Ofta används dessa två signaler i modemkommunikation.
de nyare standarderna för RS232 definierar en 8 signalhårdvara handskakning.
programvara handskakning
programvara handskakning i RS232 innebär två specialtecken för att starta och stoppa kommunikationen., Dessa tecken är X-ON och X-OFF (sändare på och sändare av).
när mottagaren skickar en X-OFF-signal slutar sändaren att skicka data. Sändaren börjar skicka data först efter det att den tar emot X-ON-signalen.
begränsningar av RS232
- RS232-protokollet kräver en gemensam grund mellan sändaren (dte) och mottagaren (DCE). Anledningen till kortare kablar mellan dte och DCE i RS232-protokollet.
- signalen i linjen är mycket mottaglig för ljud. Bullret kan vara antingen internt eller externt.,
- om det finns en ökning av baud-hastigheten och längden på kabeln, finns det en chans att cross talk introduceras av kapacitansen mellan kablarna.
- spänningsnivåerna i RS232 är inte kompatibla med moderna TTL eller CMOS logics. Vi behöver en extern nivåomvandlare.
program
- även om RS232 är ett mycket känt seriellt kommunikationsprotokoll, är det nu har ersatts med avancerade protokoll som USB.
- tidigare de vi använde för seriella terminaler som mus, Modem etc.,
- men RS232 används fortfarande i vissa Servostyrenheter, CNC-maskiner, PLC-maskiner och vissa mikrokontroller använder RS232-protokoll.