RS232-pinout og specifikationer

Hvad er RS232 seriel kommunikationsprotokol?

RS-232 er en standard, der blev introduceret i begyndelsen af 60’erne til seriel datatransmission og stadig er udbredt i brug, primært fordi den er alsidig, nem at betjene og vedligeholde, tilgængelig og bredt understøttet. Den definerer ikke kun elektriske signalkarakteristika, såsom signaloverførselshastighed, spændingsniveauer, kabellængde, timing og kortslutningsadfærd, men også mange andre ting, herunder grænsefladens mekaniske karakteristika, stik og benkonfigurationer.

Ifølge RS-232-standarden transmitteres alle data i en tidsserie af bits. For pc’er er den mest almindelige konfiguration en asynkron forbindelse, der sender 7-bit- eller 8-bit-pakker. Denne standard understøtter dog også synkron transmission.

RS232 transmissions eksempel

På trods af alle sine fordele har RS-232 nogle alvorlige begrænsninger med hensyn til rækkevidde og datagennemstrømningsydelse, så dets primære anvendelsesområde er industrielt udstyr, netværk og laboratorieudstyr.

Hovedspecifikationer for RS-232

Driftstilstand: single-ended
Maks. kabellængde: 15,24 meter (50 ft)
Maks. datagennemstrømning: 20 kbps
Maks. udgangsspænding for driver: +/-25V
Maks. slew rate: 30V/uS
Maks. driverstrøm i High Z-tilstand: +/-6mA @ +/-2v (slukket)
Belastningsimpedans for driver: 3000-7000 Ohm
Drivers udgangssignalniveau: +/-5V til +/-15V (belastet) eller +/-25V (ubelastet)
Modtagerens indgangsmodstand: 3000-7000 Ohm
Modtagerens indgangsspændingsområde: +/-15V
Modtagerens indgangsfølsomhed: +/-3V
Samlet antal drivere og modtagere på én linje: 1 driver og 1 modtager

RS232 Standardbegrænsninger

Hvad er de kendte problemer med RS-232-serielporten? Brug af den standard COM-port medfører en række begrænsninger, som du er nødt til at håndtere. Her er de åbenlyse begrænsninger ved standarden:

  • Øget strømforbrug på grund af store spændingssving er en stor komplikation for strømforsyningsdesignet.
  • Mange enheder bruger ikke handshake-linjerne til flowkontrol, hvilket gør RS-232 upålidelig.
  • Selvom problemet med multi-drop-forbindelser er blevet adresseret med mere pålidelige alternativer, opvejer det stadig ikke kompatibilitets- og hastighedsbegrænsningerne ved RS232-porten.
  • Behovet for et null-modem eller et krydset kabel, når en periferienhed forbindes til en computer.
  • RS-232 løser ikke problemet, som single-ended signalering medfører.

RS-232-stikforbindelser

En RS-232-enhed er enten kredsløbsafsluttende udstyr (DCE) eller dataterminaludstyr (DTE) afhængigt af, hvilke ledninger der bruges til at sende og modtage hvert signal.

Datakommunikationsudstyr (DCE)

I overensstemmelse med RS-232-standarden er DCE beregnet til hunstik, og DTE er beregnet til hanstik. Der findes dog enheder med alle mulige kombinationer af stiktype/køns- og pindefinitionskombinationer. For eksempel opfylder en terminal, der har indbyggede hunstik for at blive leveret med et kabel, der har et hanstik i hver ende, fuldt ud RS-232-standarden.

Indtil revision C anbefaler standarden brugen af et D-subminiature 25-bens stik, selvom det først er obligatorisk fra og med revision D. Det skyldes, at langt de fleste enheder ikke rigtig har brug for alle de 20 standardspecificerede signaler, og RS-232 9-bens forbindelser er meget billigere og fylder meget lidt. Mere kompakt og mindre dyrt. Dette 9-bens RS-232-stik bruges i vid udstrækning til personlige computere og lignende gadgets.

DB25-stikforbindelser

Det er værd at bemærke, at ikke alle 25-benede D-sub-stik har en RS-232-C-kompatibel grænseflade. Nogle pc-producenter vælger ikke-standardiserede signaler og spændinger på visse ben i deres PC COM-port-pinout. På den originale IBM PC blev det kvindelige D-sub-stik f.eks. brugt til den parallelle Centronics-printerport.

25-bens seriel pinout:

DB25 pinout scheme

Pin 1: GND − Skærmjord.

Pin 2: TxD → Transmitterede data. Overfører data fra dataterminalen til datasættet.

Pin 3: RxD ← Modtagne data. Overfører data fra datasættet til dataterminalen.

Pin 4: RTS → Anmodning om at sende. Dataterminalen signalerer til datasættet, at det skal forberede sig på datatransmission.

Pin 5: CTS ← Klar til at sende. Datasættet signalerer til dataterminalen, at det er klar til at modtage data.

Pin 6: DSR ← Datasæt klar. DCE er klar til at modtage og sende data.

Pin 7: GND − Systemjord. Nulspændingsreference.

Pin 8: CD ← Carrier Detect. Datasættet signalerer til dataterminalen om den detekterede bærebølge fra en anden enhed.

Pin 9: Reserveret

Pin 10: Reserveret

Pin 11: STF → Vælg transmitkanal.

Pin 12: S.CD ← Sekundær Carrier Detect.

Pin 13: S.CTS ← Sekundær Clear to Send.

Pin 14: S.TXD → Sekundære transmitterede data.

Pin 15: TCK ← Timing af transmissionens signalelement.

Pin 16: S.RXD ← Sekundære modtagne data.

Pin 17: RCK ← Timing af modtagerens signalelement.

Pin 18: LL → Lokal loop-kontrol.

Pin 19: S.RTS → Sekundær anmodning om at sende

Pin 20: DTR → Da fjern loop-kontrol.

Pin 22: RI ← Ringindikator. Datasættet signalerer til dataterminalen om en detekteret ringetilstand.

Pin 23: DSR → Vælger for datasignalhastighed.

Pin 24: XCK → Timing af transmit-signalets element.

Pin 25: TI ← Testindikator.

Under asynkron kommunikation er både RTS og CTS aktiveret hele vejen gennem sessionen. Hvis DTE dog er forbundet til en multipunktlinje, transmitters data af én station ad gangen (på grund af deling af retur-telefonparret), så den eneste anvendelse af RTS er at tænde og slukke modemets bærebølge. En station aktiverer RTS, når den er klar til at transmittere. Modemmet tænder sin bærebølge, venter, indtil den er stabiliseret (normalt tager det et par millisekunder), og aktiverer CTS. Mens CTS er aktiv, transmitterer DTE. Når transmissionen er færdig, deaktiverer stationen RTS, og derefter deaktiverer modemmet både CTS og bærebølgen.

Alle kloksignalerne på seriekablets ben 15, 17 og 24 i COM-portens pinout er kun til synkron kommunikation. Klokken udtrækkes fra datastrømmen af DSU eller modemmet, eller DSU’en udtrækker den og sender den til DTE for at levere et stabilt kloksignal. Det er vigtigt at understrege, at modtagne og transmitterede kloksignaler ikke behøver at være identiske og kan have forskellige baudrater.

9 pin RS-232 pinout

Så her er en forenklet version af den serielle forbindelses pinout, der bruges på personlige computere: RS-232 9-pins pinout.

9-pin RS232 han- og hunstik

Pin 1: DCD ← Data Carrier Detect

Pin 2: RxD ← Modtag data

Pin 3: TxD → Send data

Pin 4: DTR → Dataterminal klar

Pin 5: 0V/COM − 0V eller systemjord

Pin 6: DSR ← Datasæt klar

Pin 7: RTS → Anmodning om at sende

Pin 8: CTS ← Klar til at sende

Pin 9: RI ← Ringindikator

RS-232-signaler

Spændingsniveauer, der repræsenterer signalerne i RS232-serielportens pinouts i forhold til et systemfælles (strøm-/logikjord). Den aktive tilstands (SPACE) signalniveau er positivt, og den inaktive tilstands (MARK) signalniveau er negativt i forhold til fælles. En kommunikationsprotokol skal specificeres af RS-232. Desuden har RS-232 flere håndtrykssignaler til brug med modemmer (i de fleste tilfælde).

RS-232-grænsefladen antager, at både DTE og DCE har lignende elektriske busser med identiske jordforbindelser. Det er åbenlyst, at denne antagelse kan være helt forkert, når det gælder de lange linjer mellem DTE og DCE.

Den maksimale åben-kredsløbs-spænding, som er specificeret af RS232-standarden, er 25 V, men normalt er signalniveauerne 5 V, 10 V, 12 V og 15 V.

Ifølge RS-232-standarden er alle data bipolare. For det meste udstyr angives en ON- eller 0-tilstand (SPACE) ved spænding fra +3 V til +12 V, og en OFF- eller 1-tilstand (MARK) angives ved spænding fra -3 V til -12 V. Nogle enheder genkender dog ikke nogen negative niveauer, og 0 V er nok til OFF-tilstanden. Og nogle gange kan mindre spændinger være nok til at opnå ON-tilstanden. Dermed er det muligt at reducere det samlede område for RS-232 transmission/modtagelse betydeligt.

Normal spænding for udgangssignalet er fra +12 V til -12 V. Der er også et såkaldt “dødt område” i et +3 V til -3 V-område, som er beregnet til absorption af linjestøj. I andre serielport-pinouts, der ligner RS-232, kan dette område være anderledes (f.eks. har V.10-definitionen et +0.3 V til -0.3 V dødt område). Mange RS-232-modtagere kan let registrere differentialer på 1 V eller endda mindre.

RS-232-kablers specifikationer

RS232-interface

Der er ingen kabellængdebegrænsninger, der er defineret direkte af RS-232-standarden, så den vigtigste afgørende faktor er den maksimale kapacitans, som et kompatibelt driverkredsløb kan tolerere. Som en generel tommelfingerregel vil den kritiske længde være 15 m (eller omkring 300 m, forudsat at der kun blev brugt kabler med lav kapacitans). Ærligt talt er RS-232-standarden ikke den bedste løsning til højhastigheds datatransmission over lange afstande.

Med tanke på, at ikke alle enhedsproducenter overholder standarden hele vejen igennem, er det god praksis at sætte sig ind i dokumentationen og at bruge en breakout-boks til at teste hver ny forbindelse. I nogle tilfælde kan kun metoden med forsøg og fejl hjælpe med at finde det rigtige kabel til at forbinde hvert par af enheder.

I overensstemmelse med RS-232-standarden skal en DCE-enhed forbindes til en DTE via et kabel, der har identiske ben-numre i hver stikforbinder (kendt som et “lige kabel”). Eventuelle kønsuoverensstemmelser mellem kabel/stik kan nemt løses med kønsskiftere. Også almindeligt anvendt er kabler med et 25-bens D-sub-stik i den ene ende og et RS-232 9-bens stik i den anden. Udstyr med 8P8C-stik leveres normalt med et kabel, der har en DB-9 eller en DB-25. Nogle har endda udskiftelige stik for ekstra fleksibilitet.

Hvis der ikke er behov for at udnytte RS-232 til fuld kapacitet, kan du bruge en minimal 3-ledet forbindelse: transmit, receive og jord. Til envejs dataflow findes der en 2-ledet mulighed: data og jord. Og til tovejs hardwarestyret datatransmission er det bedste alternativ en 5-ledet version, som er den samme som 3-leder, men med RTS- og CTS-linjerne tilføjet.

RS-232 dataflowdiagram

Ifølge RS-232-standarden kan data overføres i mange variationer. Den mest almindelige er dog at sende pakker, der inkluderer et 7-8-bit ord samt start-, stop- og paritetsbit. Som du kan se på diagrammet nedenfor, kommer først startbittet (aktiv lav, +3 V til +15 V), derefter databits, efterfulgt af paritetsbittet (hvis det kræves af protokollen) og til sidst stopbittet (bruges til at bringe logikken høj, -3 V til -15 V).

RS232 dataflow-diagram

Forholdet mellem RS232 og andre standarder

RS-232-kompatible porte fungerer ikke nødvendigvis med flere andre serielle signalstandarder som RS-422, RS-423, RS-449, RS-422, 423, RS-485 osv. For GPS-modtagere og ekkolod, der bruger et TTL-niveau tæt på +5 og 0 volt, flytter mark-niveauet ind i et udefineret område af standarden. Du skal bruge en strømtranslator for at kunne bruge RS-232-standarden i et miljø som dette.

Sådan hænger de sammen:

  • RS-422 har en lignende hastighed som RS-232, men adskiller sig i signaleringen
  • RS-423-hastigheden er den samme uden balanceret signalering
  • Rs-449 udfaset


MIL-STD-188 ligner RS-232, men har en fremragende kontrol af stigtid med en bedre impedans. Overvejer du at skille dig af med din RS-232-enhed? Ikke så hurtigt! Som du kan se, fortsætter denne serielle protokol med at trodse alle påstande om, at den er blevet fuldstændigt erstattet af USB. Selvom moderne kommunikationssystemer kræver et mere sofistikeret system som USB, vil vi fortsat bruge de standardiserede serielle porte.

Tredjepartsapplikationer har været gode til at forbedre den måde, vi arbejder med RS-232-serielporten på. Et eksempel er RS232 til Ethernet Connector udviklet af Electronic Team. Du kan finde interessante brugsscenarier i brugervejledningen.

Moderne anvendelsestilfælde for serielle porte

Serielle porte er måske ikke prangende, men de er stadig en af de mest pålidelige og mest udbredte kommunikationsmetoder inden for elektronik og IT.

Uanset om du arbejder med industrielle systemer, indlejrede enheder eller netværkshardware, er det stadig en værdifuld færdighed at forstå serielle portes pinouts.

Serielle porte har udviklet sig ud over ældre pc’er.

1. USB-til-seriel kommunikation

Adaptere gør det muligt for moderne bærbare computere nemt at forbinde til serielle enheder.

2. Virtuelle serielle porte

Virtual Serial Port Driver kan emulere COM-porte til test og fjernkommunikation.

  • Nyttig i IoT- og cloudforbundne systemer
  • Muliggør portdeling over netværk

3. Indlejret udvikling

Seriel er stadig den primære fejlsøgningsgrænseflade til:

  • Mikrocontrollere
  • IoT-enheder
  • Firmwareudvikling

4. Netværksenhedskonfiguration

Mange enterprise-routere og -switches er stadig afhængige af seriel konsoladgang.

Ofte stillede spørgsmål

RS (anbefalet standard) blev udviklet af Electronic Industries Association tilbage i 60’erne for at lette kommunikationen mellem et modem og computerterminaler.

De fleste industrielle automations- og opmålingslaboratorier fortsætter med at bruge serielportteknologi på trods af dens begrænsninger. Genintroduktionen af DB-9M-stikket på Tecra-personalcomputeren fra Toshiba beviser, at disse standarder er kommet for at blive, i hvert fald foreløbig. På trods af deres forskelle understøtter både USB- og RS-232-standarderne de fleste softwareprogrammer i de vigtigste operativsystemer.