RS-232 (англ. Recommended Standard 232 , другое название EIA232 [1] ) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса (UART). Устройство, поддерживающее этот стандарт, широко известно как последовательный порт персональных компьютеров. Исторически стандарт имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании. В настоящее время используется для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, нетребовательного к скорости обмена, особенно при значительном удалении его от компьютера и отклонении условий применения от стандартных. В компьютерах, занятых офисными и развлекательными приложениями, практически вытеснен интерфейсом USB.

RS-232 обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом (англ. Data Terminal Equipment , DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment , DCE) на расстояние до 15 метров на максимальной скорости (115200 бод). Так как этот интерфейс известен не только простотой программирования, но и неприхотливостью, в реальных условиях это расстояние увеличивается во много раз с примерно пропорциональным снижением скорости.

Протокол интерфейса предполагает два режима передачи данных синхронный и асинхронный, а также два метода управления обменом данных: аппаратный и программный. Каждый режим может работать с любым методом управления. В протоколе также предполагается вариант управления передачей данных по специальным сигналам, устанавливаемым хостом (DSR — сигнал состояния готовности, DTR — сигнал готовности передачи данных).

Для передачи данных по интерфейсу RS-232 используется код NRZ, который не является самосинхронизирующимся, поэтому для синхронизации используется стартовый и стоповый бит, позволяющие выделить битовую последовательность и синхронизировать приёмник с передатчиком.

Содержание

Назначение [ править | править код ]

Изначально создавался для подключения телефонных модемов к компьютерам [ источник не указан 443 дня ] . В связи с такой специализацией имеет рудименты в виде, например, отдельной линии RING («звонок»). Постепенно телефонные модемы перешли на другие интерфейсы (USB), но разъём для RS-232 имелся на всех персональных компьютерах и многие изготовители оборудования использовали его для подключения своего оборудования. Например, компьютерные мыши.

В настоящее время чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. На портативных компьютерах (ноутбуках, нетбуках, КПК и т. п.) широкого применения RS-232 не нашел, однако материнские платы стационарных персональных компьютеров обычно ещё содержат RS-232 — либо в виде разъёма на задней панели, либо в виде колодки для подключения шлейфа на плате. Также возможно использование переходников-преобразователей. Также RS-232 имеется на некоторых телевизорах и ресиверов, в частности спутниковых.

Также этот стандарт используется для взаимодействия микроконтроллеров различных архитектур, имеющих в своем составе интерфейс UART, с другими цифровыми устройствами и периферией.

Принцип работы [ править | править код ]

RS-232 — проводной дуплексный интерфейс. Метод передачи данных аналогичен асинхронному последовательному интерфейсу UART.

Информация передаётся по проводам двоичным сигналом с двумя уровнями напряжения (код NRZ). Логическому «0» соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической «1» — отрицательное (от −5 до −15 В для передатчика). Для электрического согласования линий RS-232 и стандартной цифровой логики UART выпускается большая номенклатура микросхем драйверов, например, MAX232.

Помимо линий входа и выхода данных, RS-232 регламентировал ряд необязательных вспомогательных линий для аппаратного управления потоком и специальных функций.

Соединители [ править | править код ]

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9- или 25-контактными разъёмами типа D-sub. Обычно они обозначаются Dx-yz, где

x — размер разъёма (например, B для 25 контактов, E для 9 контактов); y — количество контактов (25 или 9); z — тип контактов: вилка (Р, pin ) или розетка (S, socket ).

Так, DB25P — вилка с 25 контактами, DE9P — вилка с 9 контактами, а DB25S и DE9S, соответственно — розетки с 25 и 9 контактами.

Первоначально в RS-232 использовались DB-25, но, поскольку многие приложения использовали лишь часть предусмотренных стандартом контактов, стало возможно применять для этих целей 9-штырьковые разъёмы DE-9, которые рекомендованы стандартом RS-574.

Номера основного контакта, передающего и принимающего данные, для разъёмов DE-9 и DB-25 разные: для DE-9 контакт 2 — вход приёмника, контакт 3 — выход передатчика. Для DB-25, наоборот, контакт 2 — выход передатчика, контакт 3 — вход приёмника.

Стандарт [ править | править код ]

Стандарт RS-232 был предложен в 1962 году американской Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Стандарты EIA изначально имели префикс «RS» (англ. recommended standard , «рекомендованный стандарт»), но сейчас обозначаются просто «EIA». В 1969 году представлена третья редакция (RS-232C), в 1987 году — четвёртая (RS-232D, или EIA-232D). Самой последней является модификация «Е», принятая в июле 1991 года как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.

RS-232 идентичен стандартам ITU-T (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.

Ограничения [ править | править код ]

Скорость работы ограничена физическими параметрами скорости передачи одного байта: на 115200 Бод, каждый бит длится (1/115200) = 8,7 µs. Если передаются 8-разрядные данные, это длится 8 x 8,7 µs = 69 µs, но каждый байт требует дополнительного стартового и стопового бита, поэтому необходимо 10 x 8,7 µs = 87 µs. Это означает максимальную скорость 11,5 Кбайт в секунду.

На практике в зависимости от качества применяемого кабеля требуемое расстояние передачи данных в 15 метров может не достигаться, составляя, к примеру, порядка 1,5 м на скорости 115200 бод для неэкранированного плоского или круглого кабеля. Это вызвано применением однофазных сигналов вместо дифференциальных, а также отсутствием требований по согласованию приёмника (и часто также передатчика) с линией.

Для преодоления этого ограничения, а также возможного получения гальванической развязки между узлами, преобразуют физический уровень RS-232 в другие физические уровни асинхронного интерфейса:

• «RS-232 — RS-422» (с сохранением полной программной совместимости) или «RS-232 — RS-485» (с определёнными программными ограничениями). Расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 9600 бод и при использовании кабеля типа «витая пара» категории 3;
• Внешний преобразователь «RS232 — Токовая петля» для 9-контактного разъёма или соответствующие цепи 25-контактного разъёма в случае наличия преобразователя внутри устройств.

Строго говоря, интерфейс RS 232 — это название стандарта (RS — recommended standard — рекомендованный стандарт, 232 — его номер), описывающего интерфейс для соединения компьютера и устройства передачи данных.

Стандарт был разработан достаточно давно, в 60-х годах 20-го века. В настоящее время действует редакция стандарта, принятая в 1991 году ассоциациями электронной и телекоммуникационной промышленности, под названием EIA/TIA-232-E.

Тем не менее, большинство людей по-прежнему использует название RS-232, которое накрепко приросло к самому интерфейсу.

Устройства

Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) — ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе — DCE (Data Communications Equipment) — ОПД (Оборудование Передачи Данных).

Как правило, DTE (ООД) — это компьютер, а DCE (ОПД) — это модем, хотя RS-232 использовался и для подключения к компьютеру периферийных устройств (мышь, принтер), и для соединения с другим компьютером или контроллером.

Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.

Типы разъемов

Изначально стандарт описывал применение 25-контактного соединителя, типа DB25. DTE-устройство должно оснащаться вилкой (male — «папа»), DCE-устройство — розеткой (female — «мама»). Позднее, с появлением IBM PC, стали использовать усеченный вариант интерфейса и 9-контактные соединители DB9, наиболее распространенные в настоящее время.

Распайка RS-232

В приведенной ниже таблице показано назначение контактов 9-контактного соединителя DB9. Таблица показывает распайку вилки оборудования обработки данных (DTE), например, ПЭВМ. Розетка устройства передачи данных (DCE) распаяна так, что два разъема стыкуются напрямую, или через кабель, распаянный «контакт в контакт».

1 – Carrier Detect (CD) Наличие несущей частоты

2 – Received Data (RD) Принимаемые данные

3 – Transmitted Data (TD) Передаваемые данные

4 – Data Terminal Ready (DTR) Готовность ООД

5 – Signal Ground Общий

6 – Data Set Ready (DSR) Готовность ОПД

7 – Request To Send (RTS) Запрос на передачу

8 – Clear To Send (CTS) Готов передавать

9 – Ring Indicator (RI) Наличие сигнала вызова

Для передачи данных предназначены цепи RD и TD. Остальные цепи предназначены для индикации состояния устройств (DTR, DSR), управления передачей (RTS, CTS) и индикации состояния линии (CD, RI). Полный набор цепей используется только для подключения к ПЭВМ внешнего модема. В остальных случаях, например при подключении к ПЭВМ промышленного контроллера, используется ограниченный набор цепей, зависящий от аппаратной и программной реализации стыка в контроллере.

Схема кабеля RS-232

Как было сказано выше, для соединения строго соответствующих стандарту устройств DTE и DCE нужен кабель «контакт в контакт». Для соединения двух DTE-устройств используют так называемые нуль-модемные кабели, в которых провода «перекрещиваются» в соответствии с назначением сигналов. На практике перед распайкой кабеля всегда следует разобраться с документацией на оба соединяемых устройства.

Для соединения многих устройств достаточно минимального набора цепей интерфейса RS-232: RD, TD и Signal Ground. Вот, например, схема кабеля для соединения ПЭВМ и контроллера ВАРИКОНТ, на соединителях DB9

Остальные цепи интерфейса в данном подключении не используются.

Длина и провод

Стандарт определяет максимальную длину кабеля в 50 футов (примерно 15 метров) при скорости 9600 бит/с. На практике устойчивая работа может быть достигнута и при большей длине кабеля. Утверждают, что можно удвоить указанную цифру при использовании неэкранированного кабеля и упятерить ее для экранированного кабеля, а при понижении скорости вдвое предельная длина может быть увеличена примерно вдвое. Тем не менее, мы не можем ручаться за это утверждение, из-за различного уровня внешних электромагнитных помех в каждом конкретном случае.

Рекомендуется использовать кабели на основе витой пары, где каждый из сигнальных проводов свит с общим проводом. Например, для этой цели хорошо подходит кабель для прокладки локальной сети Ethernet на неэкранированных витых парах (Unshielded Twisted Pair — UTP), а лучше — на экранированных — STP. Экран кабеля рекомендуется не объединять с сигнальным общим, а подключить к металлической оболочке разъема.

Уровни сигналов

Все сигналы в интерфейсе потенциальные, с номинальными уровнями +12В и -12В относительно общего провода (Signal Ground). Логической единице соответствует уровень -12В, логическому нулю соответствует +12В.

Передача данных

RS-232 называют последовательным интерфейсом, поскольку поток данных передается по одному проводу бит за битом. В отсутствие передачи данных линия находится в состоянии логической единицы (-12В). Скорость передачи данных стандартом не нормируется, но обычно выбирают из ряда 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бит в секунду. В основном используется асинхронный режим работы, при котором данные передаются фреймами. Каждый фрейм состоит из стартового бита, битов данных, бита контроля четности (может отсутствовать), стопового бита. Биты байта данных передаются «хвостом вперёд», начиная с младшего бита.

Для правильной стыковки приемопередатчики на обоих устройствах должны быть запрограммированы одинаковым образом, т.е. должны совпадать скорость, количество битов данных (7 или 8), тип контроля по четности (см. ниже), длина стопового бита (1, 1.5 или 2).

При точных расчётах времени на передачу массива байтов наряду с битами данных следует учитывать все служебные биты.

Осциллограмма

Ниже приведена «осциллограмма» одного фрейма при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности (parity odd), 1 стоповый бит:

Стартовый бит всегда идет уровнем логического нуля, стоповый — единицей. Состояние бита паритета определяется настройкой передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности (parity odd), четности (parity even), может не использоваться (parity none), быть всегда единицей (mark) или нулем (space).

Перспективы

На самом деле перспектив у RS-232 нет. В настоящее время появляется всё больше компьютеров, не оснащенных этим интерфейсом. Однако в эксплуатации находится большое число устройств с интерфейсом RS-232. Для стыковки ПЭВМ с такими устройствами используют переходники USB — RS-232.

После подключения такого переходника и установки драйверов в ПЭВМ появляется виртуальный COM-порт, через который можно общаться с устройством.

RS-232 (англ. Recommended Standard 232 или другое название EIA232 ) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса UART (UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter – «универсальный асинхронный приемопередатчик»). Широко известен как последовательный порт (англ. serial port, COM-порт, англ. communications port — сленговое название интерфейса стандарта RS-232) персональных компьютеров. В современных компьютерах, практически полностью вытеснен интерфейсом USB. До этого использовался для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, особенно нетребовательного к скорости обмена данными и отклонений условий применения от стандартных.

Интерфейс RS-232 (или EIA-232) предназначен для организации приема-передачи данных между передатчиком или терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и приемником или коммуникационным оборудованием (англ. Data Communications Equipment, DCE) по схеме точка-точка. Например:

Для электрических кабельных соединений используют разъёмы DB9 (9-ти контактные) или, реже, DB25 (25-ти контактные).

Распайка кабеля RS232 зависит от типа соединения компьютер-модем, модем-модем или компьютер-компьютер. Например, для разъёмов DB9:

Таблица соответствий распиновки разъёмов DB9 и DB25:

RI (ring indicator) – устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.

25-контактный интерфейс RS232, с разъёмами DB25, может отличаться от 9-контактного разъёма DB9 добавкой полноценного второго канала приема-передачи данных, а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере «широкого» разъема, дополнительные сигналы на нём просто не подключены (или не используются).

Для успешного обмена данными ряд переменных параметров протокола должны быть заданы одинаково на стороне приёмника и передатчика :

• скорость обмена данными в битах в секунду (300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

38400, 57600, или другая, если она поддерживается обеими сторонами) ;

• количество бит данных — от 4 до 8;
• контроль чётности может быть чётным, нечётным или вообще отсутствовать;
• длина стоп бита может достигать одну, полторы или две длительности бита данных.

К основным электрическим характеристикам относят :

• логические уровни передатчика : «0» – от +5 В до +15 В, «1» – от -5 В до -15 В ;
• логические уровни приёмника : «0» – от +3 В и выше, «1» – от -3 В и ниже ;
• максимальная нагрузка передатчика : входное сопротивление приёмника не менее 3 кОм.

Довольно часто в специальных приложениях используется пяти- или трёх-проводная связь по интерфейсу RS232. Например, связь частотных преобразователей Simodrive с программатором фирмы Siemens или персональным компьютером (при наличии специального программного обеспечения) для выполнения работ по параметрированию приводной системы и так далее.

Интерфейс RS232 применяют и другие известные производители частотных преобазоватоелей, в т. ч. и всем известная фирма Mitsubishi, что пока ещё не снимает его использование с повестки дня.
Кроме этого, ещё работают на производстве станки с установленными на них ”устаревшими” системами ЧПУ, где загрузка и выгрузка управляющих программ обработки, машинных и технологических параметров осуществляется с применением интерфейса RS232.

В современных технологиях большое значение имеют расстояние и скорость передачи данных, в этом RS232 “немного” проигрывает другим типам интерфейсов. Надёжная передача данных зависит от многих факторов (наличие посторонних электромагнитных помех, схемы прокладки кабеля, материала проводников, надёжности контактных соединений и так далее), но мы акцентируем внимание на длине кабеля. Чем длиннее кабель, тем больше его ёмкость, поэтому для надёжной передачи требуется более низкая скорость. Максимальным расстоянием для RS232 принято считать 15 метров, не ссылаясь на стандарты. Приблизительная зависимость длины кабеля от скорости передачи данных указана в таблице ниже.