Pinout e specifiche RS232


Sommario:

  1. Cos'è il protocollo di comunicazione seriale RS232?
  2. Specifiche principali per RS-232
  3. Connettori RS-232
  4. Segnali RS-232
  5. Specifiche dei cavi RS-232
  6. Diagramma del flusso di dati RS-232
  7. Relazione tra RS232 e altri standard

Cos'è il protocollo di comunicazione seriale RS232?


RS-232 è uno standard che è stato introdotto nei primi anni '60 per la trasmissione di dati seriali e ancora ampiamente utilizzato principalmente perché è multiuso, facile da usare e mantenere, accessibile e ampiamente supportato. Definisce non solo le caratteristiche del segnale elettrico, come la velocità di trasmissione del segnale, i livelli di tensione, la lunghezza del cavo, i tempi e il comportamento in cortocircuito, ma anche molte altre cose, comprese le caratteristiche meccaniche dell'interfaccia, i connettori e le piedinature.

Secondo lo standard RS-232, tutti i dati vengono trasmessi in una serie temporale di bit. Per PC, la configurazione più comune è il collegamento asincrono che invia pacchetti a 7 o 8 bit. Tuttavia, questo standard supporta anche la trasmissione sincrona.

Esempio di trasmissione RS232

Nonostante tutti i suoi pregi, l ' RS-232 presenta alcune serie limitazioni nella portata e nelle prestazioni di trasmissione dei dati, quindi il suo ambito di applicazione principale è rappresentato da apparecchiature industriali, reti e apparecchiature di laboratorio.

Specifiche principali per RS-232


Modalità di funzionamento: single-ended
Max. lunghezza del cavo: 15,24 metri (50 piedi)
Max. velocità effettiva dei dati: 20 kbps
Max. tensione di uscita del driver: +/-25V
Max. velocità di risposta: 30V/uS
Max. corrente del driver nello stato Z alto: +/- 6mA @ +/- 2v (spento)
Impedenza di carico del driver: 3000-7000 Ohm
Livello del segnale di uscita del driver: Da +/- 5 V a +/- 15 V (caricato) o +/- 25 V (senza carico)
Resistenza di ingresso del ricevitore: 3000-7000 Ohm
Intervallo di tensione in ingresso del ricevitore: +/-15V
Sensibilità di ingresso del ricevitore: +/-3V
Numero totale di driver e ricevitori su una linea: 1 driver e 1 ricevitore


Limitazioni dello standard RS232


Quali sono i problemi noti con la porta seriale RS-232? L'utilizzo della porta COM standard comporta una serie di limitazioni che devi affrontare. Ecco gli ovvi limiti dello standard:

  • L'aumento del consumo di energia dovuto a forti oscillazioni di tensione è un'enorme complicazione per il design dell'alimentatore.
  • Molti dispositivi non utilizzano le linee di handshake per il controllo del flusso, rendendo così inaffidabile RS-232.
  • Sebbene il problema della connessione multi-drop sia stato risolto con alternative più affidabili, non compensa ancora la compatibilità e i limiti di velocità della porta RS232.
  • La necessità di un null modem o di un cavo crossover ogni volta che si collega una periferica a un computer.
  • RS-232 non risolve il problema presentato dalla segnalazione single-ended.

Connettori RS-232


Un dispositivo RS-232 può essere utilizzato come apparecchiatura di terminazione del circuito (DCE) o come apparecchiatura terminale dati (DTE) a seconda dei cavi utilizzati per inviare e ricevere ciascun segnale.

Apparecchiature di comunicazione dati (DCE)

In conformità con lo standard RS-232, DCE è destinato ai connettori femmina e DTE è destinato ai connettori maschio. Tuttavia, ci sono dispositivi con tutti i tipi di combinazioni di definizioni di genere/pin del connettore. Ad esempio, un terminale dotato di connettori femmina integrati con un cavo dotato di un connettore maschio a ciascuna estremità soddisfa pienamente lo standard RS-232.

Fino alla revisione C, lo standard consiglia di utilizzare un connettore D-subminiatura a 25 pin, sebbene sia obbligatorio solo a partire dalla revisione D. Questo perché la stragrande maggioranza dei dispositivi non ha davvero bisogno di tutti quei 20 segnali specificati dallo standard e le connessioni RS-232 a 9 pin sono molto più economiche e occupano pochissimo spazio. Più compatto e meno costoso. Questo connettore RS-232 a 9 pin è ampiamente utilizzato per personal computer e gadget simili.

Connettori DB25


Vale la pena notare che non tutti i connettori D-sub a 25 pin hanno un'interfaccia conforme a RS-232-C. Alcuni produttori di PC optano per segnali e tensioni non standard su determinati pin del pinout della porta COM del PC. Sul PC IBM originale, ad esempio, il connettore D-sub femmina è stato utilizzato per la porta parallela della stampante Centronics.

Pinout seriale a 25 pin:


Schema di pinout DB25

Perno 1: GND − Shield Ground.

Perno 2: TxD → Dati trasmessi. Trasporta i dati dal Data Terminal al Data Set.

Perno 3: RxD ← Dati ricevuti. Trasporta i dati dal Data Set al Data Terminal.

Perno 4: RTS → Richiesta di inviare. Data Terminal segnala al Data Set di prepararsi per la trasmissione dei dati.

Perno 5: CTS ← Cancella per inviare. Set di dati per segnalare al terminale dati che è pronto per la ricezione dei dati.

Perno 6: DSR ← Set di dati pronto. DCE è pronto per ricevere e inviare dati.

Perno 7: GND − Terra del sistema. Riferimento di tensione zero.

Perno 8: CD ← Carrier Detect. Data Set segnala al Data Terminal il vettore rilevato di un altro dispositivo.

Perno 9: Riservato

Perno 10: Riservato

Perno 11: STF → Seleziona Transmit Channel.

Perno 12: S.CD ← Rilevamento portante secondario.

Perno 13: S.CTS ← Secondario Clear to Send.

Perno 14: S.TXD → Dati di trasmissione secondari.

Perno 15: TCK ← Timing dell'elemento del segnale di trasmissione.

Perno 16: S.RXD ← Secondary Receive Data.

Perno 17: RCK ← Temporizzazione elemento segnale ricevitore.

Perno 18: LL → Controllo del loop locale.

Perno 19: S.RTS → Richiesta secondaria da inviare

Perno 20: DTR → Da Remote Loop Control.

Perno 22: RI ← Indicatore ad anello. Data Set segnala al terminale dati una condizione di suoneria rilevata.

Perno 23: DSR → Selettore della velocità del segnale dati.

Perno 24: XCK → Transmit Signal Element Timing.

Perno 25: TI ← Indicatore di test.

Durante la comunicazione asincrona, sia RTS che CTS sono attivi per tutta la sessione. Tuttavia, se DTE è connesso a una linea multipoint, i dati vengono trasmessi da una stazione alla volta (a causa della condivisione della coppia telefonica di ritorno), quindi l'unico utilizzo per RTS è quello di accendere e spegnere il gestore del modem. Una stazione aumenta l'RTS quando è pronta per trasmettere. Il modem accende la sua portante, aspetta che si stabilizzi (normalmente ci vogliono un paio di millisecondi) e alza CTS. Mentre CTS è attivo, DTE trasmette. Una volta terminata la trasmissione, la stazione interrompe RTS e quindi il modem abbandona sia CTS che portante.

Tutti i segnali di clock sui pin del cavo seriale 15, 17 e 24 del pinout della porta COM sono solo per comunicazioni sincrone. L'orologio viene estratto dal flusso di dati dalla DSU o dal modem o dagli estratti della DSU e inviato al DTE per fornire un segnale di clock costante. È importante sottolineare che i segnali di clock ricevuti e trasmessi non devono essere identici e possono avere velocità di trasmissione diverse.

Pinout RS-232 a 9 pin


Quindi ecco una versione semplificata del pinout della connessione seriale utilizzato sui personal computer: il pinout RS-232 a 9 pin.

Connettori RS232 maschio e femmina a 9 pin

Perno 1: DCD ← Data Carrier Detect

Perno 2: RxD ← Ricevi dati

Perno 3: TxD → Trasmetti dati

Perno 4: DTR → Terminale dati pronto

Perno 5: 0V/COM − 0V o terra del sistema

Perno 6: DSR ← Set di dati pronto

Perno 7: RTS → Richiesta di inviare

Perno 8: CTS ← Cancella per inviare

Perno 9: RI ← Indicatore ad anello

Segnali RS-232


Livelli di tensione che rappresentano i segnali dei pinout della porta seriale RS232 rispetto a un comune di sistema (alimentazione / massa logica). Il livello del segnale dello stato attivo (SPAZIO) è positivo e il livello del segnale dello stato inattivo (MARK) è negativo rispetto al comune. Un protocollo di comunicazione deve essere specificato da RS-232. Inoltre, RS-232 dispone di più linee di handshaking da utilizzare con i modem (nella maggior parte dei casi).

L'interfaccia RS-232 presuppone che sia DTE che DCE abbiano bus elettrici simili con massa identica. Ovviamente, questa ipotesi può essere completamente sbagliata quando si tratta delle lunghe code tra il DTE e il DCE.

La tensione a circuito aperto massima specificata dallo standard RS232 è 25 V, ma normalmente i livelli di segnale 5 V, 10 V, 12 V e 15 V.

Secondo lo standard RS-232, tutti i dati sono bipolari. Per la maggior parte delle apparecchiature, una condizione di stato ON o 0 (SPAZIO) è indicata dalla tensione da +3 V a +12 V e una condizione OFF o 1 stato (MARK) è indicata dalla tensione da -3 V a -12 V. Tuttavia, alcuni dispositivi non riconoscono alcun livello negativo e 0 V è sufficiente per lo stato OFF. E a volte tensioni più piccole possono essere sufficienti per ottenere lo stato ON. In questo modo è possibile ridurre in modo significativo la portata complessiva per la trasmissione / ricezione RS-232.

La tensione normale per il segnale di uscita va da +12 V a -12 V. Inoltre, c'è una cosiddetta "area morta" in un intervallo da +3 V a -3 V che è destinata all'assorbimento del rumore di linea. In altre piedinature della porta seriale simili a RS-232 questo intervallo può essere diverso (ad esempio, la definizione V.10 ha un'area morta da +0,3 V a -0,3 V). Un sacco di ricevitori RS-232 possono facilmente rilevare differenziali di 1 V o anche meno.

Specifiche dei cavi RS-232


Interfaccia RS232

Non ci sono limiti di lunghezza del cavo definiti direttamente dallo standard RS-232, quindi il fattore determinante principale è la capacità massima tollerata da un circuito di azionamento conforme. Come regola generale, la lunghezza critica sarà di 15 m (o circa 300 m a condizione che siano stati utilizzati solo cavi a bassa capacità). Francamente, per distanze maggiori, lo standard RS-232 non è l'opzione migliore per il trasferimento di dati a lunga distanza ad alta velocità.

Tenendo presente che non tutti i produttori di dispositivi mantengono lo standard fino in fondo, è buona norma studiare la documentazione e utilizzare una breakout box per testare ogni nuova connessione. In alcuni casi, solo il metodo per tentativi ed errori può aiutare a trovare il cavo giusto per collegare ciascuna coppia di dispositivi.

In conformità con lo standard RS-232, un dispositivo DCE deve essere collegato a un DTE tramite il cavo che ha numeri di pin identici in ciascun connettore (noto come "cavo diritto"). Qualsiasi disadattamento di genere di cavo / connettore può essere facilmente risolto con i cambia di genere. Inoltre, di uso comune sono cavi con un connettore D-sub a 25 pin su un'estremità e un connettore RS-232 a 9 pin sull'altra. Qualsiasi apparecchiatura con connettori 8P8C viene solitamente fornita con un cavo dotato di DB-9 o DB-25. Alcuni hanno persino connettori intercambiabili per una maggiore flessibilità.

Se non è necessario sfruttare la capacità dell'RS-232, è possibile utilizzare una connessione a 3 fili minima: trasmissione, ricezione e messa a terra. Per un flusso di dati unidirezionale, è disponibile un'opzione a 2 fili: dati e terra. E per la trasmissione dati a due vie controllata dall'hardware, la migliore alternativa è una versione a 5 fili, che è la stessa di quella a 3 fili ma con l'aggiunta delle linee RTS e CTS.

Diagramma del flusso di dati RS-232


Secondo lo standard RS-232, i dati possono essere trasmessi in molte varianti. Il più comune, tuttavia, è l'invio di pacchetti che includono una parola di 7-8 bit e bit di inizio, fine e parità. Come puoi vedere nel diagramma sottostante, prima arriva il bit di start (attivo basso, da +3 V a +15 V), poi i bit di dati, seguito dal bit di parità (se richiesto dal protocollo) e infine il bit di stop (usato per portare la logica alta, da -3 V a -15 V).

Diagramma di flusso dati RS232

Relazione tra RS232 e altri standard


Le porte conformi a RS-232 potrebbero non funzionare necessariamente con molti altri standard di segnalazione seriale come RS-422, RS-423, RS-449, RS-422, 423, RS-485 e così via. Per i ricevitori GPS e gli ecoscandagli che utilizzano un livello TTL vicino a +5 e 0 di tensione, il livello del contrassegno si sposta su un'area indefinita dello standard. Avrai bisogno di un traduttore aggiornato per utilizzare lo standard RS-232 in un ambiente come questo.

Come si relazionano:

  • RS-422 ha una velocità simile a RS-232 ma differisce nella segnalazione
  • La velocità RS-423 è la stessa senza una segnalazione bilanciata
  • Rs-449 disattivato

MIL-STD-188 è simile a RS-232, ma ha un ottimo controllo del tempo di salita con una migliore impedenza. Stai pensando di abbandonare il tuo dispositivo RS-232? Non così in fretta! Come puoi vedere, questo protocollo seriale continua a sfidare tutte le affermazioni secondo cui è stato completamente sostituito dall'USB. Sebbene i moderni sistemi di comunicazione richiedano un sistema più sofisticato come l'USB, continueremo a utilizzare le porte seriali standard.

Le applicazioni di terze parti hanno funzionato bene nel migliorare il modo in cui lavoriamo con la porta seriale RS-232. Un esempio è RS232 to Ethernet Connector sviluppato da Eltima Software. Puoi trovare interessanti scenari di utilizzo nella Guida per l'utente.

Domande frequenti

RS (standard consigliato) è stato sviluppato dalla Electronic Industries Association negli anni '60 per facilitare la comunicazione tra un modem e i terminali di computer.
La maggior parte dei laboratori di automazione industriale e di rilevamento continua a utilizzare la tecnologia delle porte seriali nonostante i suoi limiti. La reintroduzione del connettore DB-9M sul personal computer Tecra da parte di Toshiba dimostra che questi standard sono destinati a rimanere per ora. Nonostante le loro differenze, sia gli standard USB che RS-232 supportano la maggior parte dei programmi software nei principali sistemi operativi.
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