Sériový komunikační protokol RS232: základy, práce a specifikace

Jedním z nejstarších, přesto populárních komunikačních protokolů, které se používají v průmyslových a komerčních produktech, je komunikační protokol RS232. Termín RS232 znamená „Doporučený standard 232“ a jedná se o typ sériové komunikace používaný pro normální přenos dat na střední vzdálenosti. Byl představen v šedesátých letech minulého století a našel si cestu do mnoha aplikací, jako jsou počítačové tiskárny, zařízení pro automatizaci výroby atd. Dnes existuje mnoho moderních komunikačních protokolů, jako jsou RS485, SPI, I2C, CAN atd., Můžete si je v případě zájmu prohlédnout. V tomto článku porozumíme základům protokolu RS232 a jeho fungování.

Co je sériová komunikace?

V telekomunikacích se proces postupného odesílání dat po sběrnici počítače nazývá sériová komunikace, což znamená, že data budou přenášena bit po bitu. Při paralelní komunikaci jsou data přenášena v bajtu (8 bitů) nebo znaku na několika datových linkách nebo sběrnicích najednou. Sériová komunikace je pomalejší než paralelní komunikace, ale používá se pro dlouhý přenos dat z důvodu nižších nákladů a praktických důvodů.

Příklad k pochopení:

Sériová komunikace - střílíte cíl pomocí kulometů, kde kulky zasahují jeden po druhém k ​​cíli.

Paralelní komunikace - střílíte na cíl brokovnicí, kde zasáhne více střel současně.

Režimy přenosu dat v sériové komunikaci:

• Asynchronous Data Transfer - Režim, ve kterém nejsou bitové údaje synchronizovány hodinovým pulzem. Hodinový puls je signál používaný k synchronizaci provozu v elektronickém systému.
• Synchronní přenos dat - Režim, ve kterém jsou bity dat synchronizovány hodinovým pulzem.

Charakteristika sériové komunikace:

• Přenosová rychlost se používá k měření rychlosti přenosu. Je popsán jako počet bitů procházejících za jednu sekundu. Například pokud je přenosová rychlost 200, pak prochází 200 bitů za sekundu. Na telefonních linkách budou přenosové rychlosti 14400, 28800 a 33600.
• Stop bity se používají pro jeden paket k zastavení přenosu, který je označen jako „T“. Některé typické hodnoty jsou 1, 1,5 a 2 bity.
• Paritní bit je nejjednodušší forma kontroly chyb. Existují čtyři druhy, tj. Sudé liché, označené a s mezerami. Například pokud 011 je číslo, paritní bit = 0, tj. Sudá parita a parita = 1, tj. Lichá parita.

Co je RS232?

RS232C „Doporučený standard 232C“ je nejnovější verze standardního 25kolíkového konektoru, zatímco RS232D, který má 22 pinů. V novém PC mužského typu D, který má 9 pinů.

RS232 je standardní protokol používaný pro sériovou komunikaci, slouží k připojení počítače a jeho periferních zařízení k umožnění sériové výměny dat mezi nimi. Protože získává napětí pro cestu použitou pro výměnu dat mezi zařízeními. Používá se v sériové komunikaci do vzdálenosti 50 stop s rychlostí 1 492 kb / s. Jak definuje EIA, RS232 se používá pro připojení zařízení pro přenos dat (DTE) a zařízení pro datovou komunikaci (DCE).

Univerzální asynchronní přijímač a vysílač dat (UART) používaný ve spojení s RS232 pro přenos dat mezi tiskárnou a počítačem. Mikrokontroléry nejsou schopny zvládnout tento druh napěťových úrovní, konektory jsou zapojeny mezi signály RS232. Tyto konektory se označují jako konektor DB-9 jako sériový port a jedná se o dva typy konektoru Male (DTE) a konektoru Female (DCE).

Elektrické specifikace

Pojďme diskutovat níže uvedené elektrické specifikace RS232:

• Úrovně napětí: RS232 se také používá jako zem a 5V úroveň. Binární 0 pracuje s napětím do + 5V až + 15Vdc. Říká se tomu „ZAPNUTO“ nebo rozteč (úroveň vysokého napětí), zatímco Binární 1 pracuje s napětím do -5 V až -15 V stejnosměrného proudu. Nazývá se to „VYPNUTO“ nebo označení (úroveň nízkého napětí).
• Úroveň napětí přijímaného signálu: Binární 0 pracuje na napětí přijímaného signálu až do + 3 V až + 13 V DC a Binární 1 pracuje s napětím do -3 V až -13 V DC.
• Impedance vedení: Impedance vodičů je od 3 ohmů do 7 ohmů a maximální délka kabelu je 15 metrů, ale nová maximální délka z hlediska kapacity na jednotku délky.
• Provozní napětí: Provozní napětí bude maximálně 250 V AC.
• Aktuální hodnocení: Aktuální hodnocení bude maximálně 3 A.
• Dielektrické výdržné napětí: 1000 VAC min.
• Slew Rate: Rychlost změny úrovní signálu se nazývá Slew Rate. S rychlostí přeběhu je až 30 V / mikrosekundu a maximální datový tok bude 20 kbps.

Jak funguje RS232?

RS232 pracuje na obousměrné komunikaci, která si navzájem vyměňuje data. K sobě jsou připojena dvě zařízení, (DTE) Data Transmission Equipment & (DCE) Data Communication Equipment, která má piny jako TXD, RXD a RTS & CTS. Nyní ze zdroje DTE generuje RTS požadavek na odeslání dat. Potom z druhé strany DCE, CTS, vyčistí cestu pro příjem dat. Po klestí cestu, dá signál RTS z DTE zdroj vyslat signál. Poté se bity přenášejí z DTE do DCE. Nyní znovu od DCEzdroj, může být žádost generován RTS a CTS ze DTE zdrojů vyčistí cestu pro příjem dat a dává signál k odesílání dat. Toto je celý proces, jehož prostřednictvím probíhá přenos dat.

TXD	VYSÍLAČ
RXD	PŘIJÍMAČ
RTS	ŽÁDOST O ODESLÁNÍ
CTS	CHCETE ODESLAT
GND	PŘÍZEMNÍ

Například: Signály nastaveny na logiku 1, tj. -12V. Přenos dat začíná od dalšího bitu a za tímto účelem odešle DTE počáteční bit do DCE. Počáteční bit je vždy „0“, tj. +12 V a dalších 5 až 9 znaků jsou datové bity. Použijeme-li paritní bit, lze přenášet 8 bitových dat, zatímco pokud se parita nepoužívá, přenáší se 9 bitů. Stop bity jsou vysílány vysílačem, jehož hodnoty jsou 1, 1,5 nebo 2 bity po datovém přenosu.

Mechanická specifikace

U mechanických specifikací musíme studovat dva typy konektorů, kterými jsou DB-25 a DB-9. V DB-25 je k dispozici 25 pinů, které se používají pro mnoho aplikací, ale některé aplikace nevyužily celých 25 pinů. 9kolíkový konektor je tedy vyroben pro pohodlí zařízení a vybavení.

Nyní diskutujeme o pinovém konektoru DB-9, který se používá pro připojení mezi mikrokontroléry a konektorem. Jedná se o dva typy: Male Connector (DTE) & Female Connector (DCE). V horní řadě je 5 kolíků a ve spodní řadě 4 kolíky. Často se tomu říká konektor typu DE-9 nebo D.

Struktura kolíků konektoru DB-9:

Popis kolíku Konektor DB-9:

PIN č.	Název PIN	Popis kolíku
1	CD (Carrier Detect)	Příchozí signál z DCE
2	RD (příjem dat)	Přijímá příchozí data z DTE
3	TD (přenos dat)	Odesílat odchozí data do DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	Odchozí signál potřesení rukou
5	GND (signální zem)	Společné referenční napětí
6	DSR (Data Set Ready)	Příchozí signál potřesení rukou
7	RTS (žádost o odeslání)	Odchozí signál pro řízení toku
8	CTS (Clear to Send)	Příchozí signál pro řízení toku
9	RI (kruhový indikátor)	Příchozí signál z DCE

Co je handshaking?

Handshaking je proces, který se používá k přenosu signálu z DTE do DCE, aby se spojení uskutečnilo před samotným přenosem dat. Zprávy mezi vysílačem a přijímačem lze provádět handshakingem.

Existují 3 typy procesu handshaking pojmenované jako: -

Žádné potřesení rukou:

Pokud nedojde k navázání spojení, pak DCE načte již přijatá data, zatímco DTE vysílá další data. Všechna přijatá data uložená na paměťovém místě známém jako vyrovnávací paměť přijímače. Do této vyrovnávací paměti lze uložit pouze jeden bit, takže přijímač musí číst paměťovou vyrovnávací paměť, než dorazí další bit. Pokud přijímač není schopen přečíst uložený bit ve vyrovnávací paměti a přijde další bit, bude uložený bit ztracen.

Jak je znázorněno na následujícím schématu, přijímač nemohl přečíst na 4: ^th bit až do 5 ^-tého bitu příjezdu a tento výsledek nerespektování 4 ^th kousek po 5 ^th bit a 4 ^tý bit je ztracena.

Hardwarové handshaking:

• K řízení toku dat používá specifické sériové porty, tj. RTS a CTS.
• V tomto procesu se vysílač zeptá přijímače, že je připraven přijímat data, poté přijímač zkontroluje vyrovnávací paměť, že je prázdná, pokud je prázdná, dá vysílači signál, že jsem připraven přijímat data.
• Přijímač dává signálu vysílači, aby neposílal žádná data, zatímco již přijatá data nelze přečíst.
• Jeho pracovní proces je stejný jako výše popsaný při podání ruky.

Softwarový handshaking:

• V tomto procesu existují dvě formy, tj. X-ON a X-OFF. Zde je „X“ vysílač.
• X-ON je část, ve které obnovuje přenos dat.
• X-OFF je část, ve které pozastavuje přenos dat.
• Používá se k řízení toku dat a prevenci ztráty během přenosu.

Aplikace komunikace RS232

• Sériová komunikace RS232 se používá v počítačích staré generace k připojení periferních zařízení, jako jsou myš, tiskárny, modem atd.
• V dnešní době je RS232 nahrazen pokročilým USB.
• Používá se také v PLC strojích, CNC strojích a servopohonech, protože je mnohem levnější.
• Stále je používán některými deskami mikrokontrolérů, tiskárnami účtenek, systémem prodejních míst (PoS) atd.