Sériový komunikačný protokol RS232: základy, práca a špecifikácie

Jedným z najstarších, zatiaľ populárnych komunikačných protokolov, ktorý sa používa v priemyselných a komerčných produktoch, je komunikačný protokol RS232. Pojem RS232 znamená „odporúčaný štandard 232“ a je to typ sériovej komunikácie používaný na normálny prenos údajov na stredné vzdialenosti. Bolo predstavené v 60. rokoch a našlo si cestu do mnohých aplikácií, ako sú počítačové tlačiarne, zariadenia na automatizáciu výroby atď. Dnes existuje veľa moderných komunikačných protokolov, ako sú RS485, SPI, I2C, CAN atď.. V tomto článku pochopíme základy protokolu RS232 a jeho fungovanie.

Čo je to sériová komunikácia?

V telekomunikáciách sa proces postupného odosielania údajov po počítačovej zbernici nazýva sériová komunikácia, čo znamená, že údaje sa budú prenášať po bitoch. Pri paralelnej komunikácii sa údaje prenášajú v bajtech (8 bitov) alebo znakoch na viacerých dátových linkách alebo zberniciach naraz. Sériová komunikácia je pomalšia ako paralelná, ale používa sa na dlhý prenos dát z dôvodu nižších nákladov a praktických dôvodov.

Príklad na pochopenie:

Sériová komunikácia - strieľate na cieľ pomocou guľometov, kde guľky po jednom zasahujú až k cieľu.

Paralelná komunikácia - strieľate na cieľ brokovnicou, kde zasahuje veľa guľiek súčasne.

Režimy prenosu dát v sériovej komunikácii:

Asynchrónny prenos dát - Režim, v ktorom sa bity dát nesynchronizujú pomocou hodinového impulzu. Hodinový impulz je signál používaný na synchronizáciu činnosti v elektronickom systéme.
Synchrónny prenos dát - Režim, v ktorom sú bitové údaje synchronizované hodinovým impulzom.

Charakteristika sériovej komunikácie:

Prenosová rýchlosť sa používa na meranie rýchlosti prenosu. Je to popísané ako počet bitov prechádzajúcich za jednu sekundu. Napríklad, ak je prenosová rýchlosť 200, potom prešlo 200 bitov za sekundu. Na telefónnych linkách budú prenosové rýchlosti 14 400, 28 800 a 33 600.
Stop Bity sa používajú pre jeden paket na zastavenie prenosu, ktorý sa označuje ako „T“. Niektoré typické hodnoty sú 1, 1,5 a 2 bity.
Paritný bit je najjednoduchšia forma kontroly chýb. Existujú štyri druhy, tj. Párne, nepárne, označené a s rozstupom. Napríklad ak je 011 číslo, paritný bit = 0, tj. Párna parita a parita = 1, tj nepárna parita.

Čo je to RS232?

RS232C „Recommended Standard 232C“ je najnovšia verzia štandardu s 25 vývodmi, zatiaľ čo RS232D s 22 vývodmi. V novom PC typu D, ktorý má 9 pinov.

RS232 je štandardný protokol používaný pre sériovú komunikáciu. Používa sa na pripojenie počítača a jeho periférnych zariadení k umožneniu sériovej výmeny dát medzi nimi. Pretože získava napätie pre cestu použitú na výmenu údajov medzi zariadeniami. Používa sa v sériovej komunikácii do 50 stôp s rýchlosťou 1 492 kb / s. Ako definuje EIA, RS232 sa používa na pripojenie zariadení na prenos dát (DTE) a zariadení na dátovú komunikáciu (DCE).

Univerzálny asynchrónny prijímač a vysielač dát (UART) používaný v spojení s RS232 na prenos dát medzi tlačiarňou a počítačom. Mikrokontroléry nie sú schopné zvládnuť tento druh napäťových úrovní, konektory sú zapojené medzi signálmi RS232. Tieto konektory sú známe ako konektor DB-9 ako sériový port a sú to dva typy konektorov: Male (DTE) a Female (DCE).

Elektrické špecifikácie

Poďme diskutovať o elektrických špecifikáciách RS232 uvedených nižšie:

Úrovne napätia: RS232 sa tiež používa ako zem a úroveň 5V. Binárna 0 pracuje s napätím do + 5V až + 15Vdc. Nazýva sa to ako „ZAPNUTÉ“ alebo rozostup (úroveň vysokého napätia), zatiaľ čo binárny systém 1 pracuje s napätím do –5 V až –15 V DC. Nazýva sa to „VYPNUTÉ“ alebo značenie (úroveň nízkeho napätia).
Úroveň napätia prijímaného signálu: Binárna 0 pracuje na napätiach prijatého signálu do + 3 V až + 13 Vdc a binárna 1 pracuje s napätím do -3 V až -13 Vdc.
Lineárne impedancie: Impedancia vodičov je od 3 ohmov do 7 ohmov a maximálna dĺžka kábla je 15 metrov, ale nová maximálna dĺžka z hľadiska kapacity na jednotku dĺžky.
Prevádzkové napätie: Prevádzkové napätie bude max. 250 V str.
Aktuálne hodnotenie: Aktuálne hodnotenie bude max. 3 A.
Dielektrické výdržné napätie: 1 000 VAC min.
Slew Rate: Rýchlosť zmeny úrovní signálu sa nazýva Slew Rate. S rýchlosťou prechodu je až 30 V / mikrosekundu a maximálny dátový tok bude 20 kbps.

Ako funguje RS232?

RS232 pracuje na obojsmernej komunikácii, ktorá si vymieňa údaje navzájom. Existujú navzájom prepojené dve zariadenia, (DTE) zariadenie na prenos dát a (DCE) zariadenie na dátovú komunikáciu, ktoré má kolíky ako TXD, RXD a RTS & CTS. Teraz zo zdroja DTE RTS generuje požiadavku na odoslanie údajov. Potom z druhej strany DCE, CTS, vyčistí cestu pre príjem dát. Po kliesni cestu, dá signál RTS z DTE zdroj vyslať signál. Potom sa bity prenášajú z DTE do DCE. Teraz opäť od DCEzdroj, môže byť žiadosť generovaný RTS a CTS zo DTE zdrojov vyčistí cestu pre príjem dát a dáva signál na odosielanie dát. Toto je celý proces, cez ktorý prebieha prenos dát.

TXD	VYSIELAČ
RXD	PRIJÍMAČ
RTS	ŽIADOSŤ O ODOSLANIE
CTS	CHCETE ODOSLAŤ
GND	ZEMINY

Napríklad: Signály nastavené na logiku 1, tj. -12V. Prenos dát začína od nasledujúceho bitu a aby to informoval, DTE pošle štartovací bit do DCE. Počiatočný bit je vždy „0“, tj. +12 V a ďalších 5 až 9 znakov sú dátové bity. Ak použijeme paritný bit, potom sa dá preniesť 8 bitových údajov, zatiaľ čo ak sa parita nepoužíva, prenáša sa 9 bitov. Stop bity sú vysielané vysielačom, ktorého hodnoty sú 1, 1,5 alebo 2 bity po dátovom prenose.

Mechanická špecifikácia

Pokiaľ ide o mechanické špecifikácie, musíme študovať dva typy konektorov, a to DB-25 a DB-9. V DB-25 je k dispozícii 25 pinov, ktoré sa používajú pre mnohé aplikácie, ale niektoré z aplikácií nepoužívali celých 25 pinov. 9-pinový konektor je vyrobený pre pohodlie prístrojov a zariadení.

Teraz tu diskutujeme o pinovom konektore DB-9, ktorý sa používa na pripojenie medzi mikrokontrolérmi a konektorom. Existujú dva typy: Male Connector (DTE) a Female Connector (DCE). V hornom rade je 5 špendlíkov a v spodnom rade 4 špendlíky. Často sa nazýva konektor typu DE-9 alebo D.

Štruktúra kolíka konektora DB-9:

Popis kolíka Konektor DB-9:

PIN č.	Názov špendlíka	Popis špendlíka
1	CD (detekcia nosiča)	Prichádzajúci signál z DCE
2	RD (príjem údajov)	Prijíma prichádzajúce údaje z DTE
3	TD (prenos údajov)	Odosielať odchádzajúce údaje do DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	Odchádzajúci signál nadviazania spojenia
5	GND (signálna zem)	Spoločné referenčné napätie
6	DSR (dátová sada pripravená)	Prichádzajúci signál podania ruky
7	RTS (žiadosť o odoslanie)	Odchádzajúci signál na riadenie prietoku
8	CTS (Clear to Send)	Prichádzajúci signál na riadenie prietoku
9	RI (kruhový indikátor)	Prichádzajúci signál z DCE

Čo je podanie ruky?

Handshaking je proces, ktorý sa používa na prenos signálu z DTE do DCE na vytvorenie spojenia pred skutočným prenosom údajov. Správy medzi vysielačom a prijímačom sa dajú uskutočniť podaním ruky.

Existujú 3 typy procesu podávania rúk, ktoré sa nazývajú: -

Žiadne podanie ruky:

Ak nedôjde k nadviazaniu spojenia, potom DCE načíta už prijaté dáta, zatiaľ čo DTE prenesie ďalšie dáta. Všetky prijaté dáta uložené v pamäťovom mieste známom ako vyrovnávacia pamäť prijímača. Do tejto medzipamäte je možné uložiť iba jeden bit, takže prijímač musí prečítať medzipamäť predtým, ako dorazí ďalší bit. Pokiaľ prijímač nie je schopný prečítať uložený bit vo vyrovnávacej pamäti a príde ďalší bit, uložený bit sa stratí.

Ako je znázornené na nasledujúcej schéme, prijímač nemohol prečítať na 4: ^th bit až do 5 ^-tého bitu príchodu a tento výsledok nerešpektovanie 4 ^th kúsok po 5 ^th bit a 4 ^tý bit je stratená.

Handshaking hardvéru:

Na riadenie toku dát používa špecifické sériové porty, tj. RTS a CTS.
V tomto procese sa vysielač pýta prijímača, že je pripravený na príjem údajov, potom prijímač skontroluje vyrovnávaciu pamäť, či je prázdna, ak je prázdna, dá vysielaču signál, že som pripravený na príjem údajov.
Prijímač dáva signálu do vysielača, aby neposielal žiadne údaje, zatiaľ čo už prijaté údaje nie je možné prečítať.
Jeho pracovný proces je rovnaký, ako je popísané vyššie pri podaní ruky.

Softvérové podanie ruky:

V tomto procese existujú dve formy, tj. X-ON a X-OFF. Tu je „X“ vysielač.
X-ON je časť, v ktorej obnovuje prenos dát.
X-OFF je časť, v ktorej pozastavuje dátový prenos.
Používa sa na riadenie dátového toku a zabránenie stratám počas prenosu.

Aplikácie komunikácie RS232

Sériová komunikácia RS232 sa používa v počítačoch starej generácie na pripojenie periférnych zariadení, ako sú myš, tlačiarne, modem atď.
V dnešnej dobe je RS232 nahradený pokrokovým USB.
Používa sa tiež v PLC strojoch, CNC strojoch a servoregulátoroch, pretože je oveľa lacnejší.
Stále ju používajú niektoré dosky s mikrokontrolérmi, tlačiarne tlačiarní dokladov, systém predajných miest (PoS) atď.