RS-232

DB- 25-liitin RS-232-standardin suositusten mukaisesti

9-napainen D-Sub-liitin

9-napainen D-Sub-liitäntä

COM-portti PC on RS-232-liitäntä, ja se on merkitty sinivihreä mukaisen PC-99 -standardin.

RS-232 ( R ecommended S standardimalliset 232) on vakio jonkin sarjaportti , joka 1960-luvun alussa Yhdysvaltain standardointijärjestö Gremium Electronic Industries Associationin  kehitettiin (EIA) ja ylös usein 2010-luvulla, jolloin tietokoneet olivat saatavilla.

sovellus

Alkupuolelle asti 1990, keskusyksiköt ja teksti terminaalit oli kytketty tuella modeemien avulla point-to-point-yhteyksien yli puhelinlinja . Tietojen välitys molemmissa järjestelmissä tapahtui peräkkäin . Alkuperäisestä käyttötarkoituksesta johtuen käyttöliittymä näyttää joitain epäsymmetrioita ohjauslinjojen määrittelyssä, mikä voi johtaa yhteenliittämisongelmiin myöhemmissä tavallisissa sovelluksissa täysin eri alueilla.

Nykyinen käyttö

Takana kotiteatteri - AV-vastaanotin päässä Yamaha vuodesta 2012 - oikeassa yläkulmassa on RS-232-liitäntä, jonka kautta laite voidaan kauko-ohjata jossain määrin.

PCIe- laajennuskortti, jossa on neljä RS-232-liitäntää

Yhä vähemmän RS-232-liitännällä varustettuja laitteita tuotetaan maailmanlaajuisesti. Esimerkkejä ovat palvelu- ja määritysyhteydet laitteissa, kuten B. reitittimet , kytkimet , varastointijärjestelmät, laboratoriolaitteet ja myyntipisteiden terminaalit . Vaihtoehtoiset sarjaliitännät tarjoavat luotettavammat ja nopeammat liitäntävaihtoehdot. Vain muutama tietokone toimitetaan edelleen COM-portin mukana, kannettavien tietokoneiden valmistajat eivät melkein enää tarjoa tätä laitevaihtoehtoa. Jotta voisimme käyttää ja ohjelmoida laitteita, joilla on RS-232-liitäntä tietokoneiden kanssa ilman tätä, on olemassa muuntimia USB: stä RS-232: een. Tarjolla on jopa kortteja, joissa on RS-232-liitännät tietokoneille.

Monet nykyiset laitteet, joissa on RS-232, käyttävät vain kolmea johtoa tai nastaa (RX, TX, GND), joten ne tekevät ilman kättelyä ja ohjauslinjoja. Pienen tiedonsiirtonopeuden, suhteellisen matalien kaapelointivaatimusten ja korkean, suvaitsevaisen signaalitason vuoksi RS-232: ta käytetään edelleen laajalti häiriönsietoon ja pitkiin signaaliliitäntöihin. Tässä suhteessa se ylittää kuitenkin kierrettyjen parien verkkokaapeliyhteydet muuntajilla ("Ethernet") ja RS-485- standardi.

Optisia sovitinpistokkeita on saatavana sähköiseen eristämiseen ja häiriönsietokyvyn lisäämiseksi, jotka vetävät käyttöjännitteen signaalitasosta, eli eivät vaadi omaa virtalähdettä.

ANSI-standardi

Nykyisen amerikkalaisen version nimi on virallisesti (ANSI EIA /) TIA -232-F ja se on vuodelta 1997. Yhdysvalloissa ja Euroopassa yleisesti käytetty nimi on RS-232 (RS tarkoittaa suositeltavaa standardia ). Sillä kyse asianmukaisesta nimitys on kohdassa merkintävaatimuksina klo EIA - Electronic Industries Alliance .

määritelmä

Kaaviokuva kahden tietokoneen yhdistämisestä modeemilla puhelinverkon kautta:
RS-232- yhteyksiä käytetään tässä tietokoneen ja modeemin välillä

Kahden data-aseman kytkentä (saksalaisessa terminologiassa merkinnät)

RS-232 määrittelee yhteyden päätelaitteen ( datapäätelaite (DTE), engl. Data Terminal Equipment (DTE)) ja modeemin ( tiedonsiirtolaite (DÜE), englanninkielinen tiedonsiirtolaite (DCE)) välillä, joka liittyy ajoitus ja jännitetaso. 25-napaista D-Sub- liitintä suositeltiin (ei pakollinen). Lähetysprotokolla ei ole osa standardia. Parametrit selitetään yleensä sarjaliikenteessä .

Muita lähetysstandardeja, kuten RS-422 , RS-485, löytyy artikkelista Sarjaliitäntä .

• Lähetys tapahtuu sanoin. Konfiguraatiosta riippuen sana vastaa viittä yhdeksää bittiä, joihin yksi merkki sitten koodataan. Enimmäkseen koodaus tapahtuu ASCII: n mukaisesti . (ASCII) -ohjauskoodeja käytetään usein päätelaitteen, kuten VT100 , ohjaamiseen , mutta niitä ei ole määritelty RS-232-standardissa. Siksi on tavallista lähettää seitsemän tai kahdeksan databittiä. 5-bittisen teleksikoodin käsittely on kuitenkin myös mahdollista (signaalin tason säätämisen jälkeen) .
• RS-232-yhteys toimii (bitti) sarjaan yhden datalinjan kanssa kummallekin siirtosuuntaan . Tämä tarkoittaa, että bitit lähetetään peräkkäin yhdellä linjalla, toisin kuin rinnakkainen tiedonsiirto . Tätä varten tarvittava sarja- ja rinnakkaismuunnos tapahtuu enimmäkseen ns. UART: issa (joko integroituna moduulina mikro-ohjaimessa tai yhtenä komponenttina).
• Vaikka on olemassa lukemattomia muita sarjaliitäntöjä, RS-232: ta kutsutaan perinteisesti "sarjaliitännäksi", koska se oli aiemmin ainoa yleinen, etenkin PC-sektorilla.
• Tiedonsiirto on asynkronista , joten yhteistä kelloa ei ole . Jokainen tilaaja voi lähettää täydelliset datasanat milloin tahansa, kun linja on vapaa . Synkronoinnin lähetyksessä vastaanotin suorittaa ns. Sanan tahdistuksena, ts. Alussa aloitusbitin signaalireunalla .
  Vastaanotin on synkronoitu lähetyksen aloituksen kanssa datalinjalla, koska linjalla olevalla pysäytysbitillä tai joutokäynnillä on käänteinen taso aloitusbittiin. Vastaanotin synkronoi itsensä yksittäisten databittien keskellä ja skannaa seuraavat datasanan bitit omalla bittinopeudella .
  Jotta tämä toimisi, lähettäjän ja vastaanottajan bittinopeudet voivat poiketa toisistaan ​​vain muutamalla prosentilla. Jokainen siirretty sana on siksi lisättävä aloitusbitillä (looginen arvo 0) ja lopetettava vähintään yhdellä pysäytysbitillä (looginen arvo 1). Stop-bitti ei ole bitti sanan tarkassa merkityksessä, vaan se kuvaa taukon tai lepotilan vähimmäispituuden. Tämän seurauksena kahden sanan välillä voi olla mikä tahansa määrä stop-bittejä, mukaan lukien ei-kokonaislukuarvot, kuten 1,5 stop-bittiä. Tämä tarkoittaa, että tauon vähimmäiskesto vastaa 1,5-bittisten solujen kestoa. Syynä on se, että jotkut UART: t vaativat hieman pidemmän, yli yhden bittisen tauon kahden sanan vastaanoton välillä.
  Varsinainen käyttäjädata (databitit ) lähetetään muuttumattomana ( NRZ-koodattu ) syklin ajan aloitus- ja lopetusbitin (bittien) välillä .

Esimerkki jännitekäyrästä merkin "K" (0x4b) sarjaliikenteelle UART: n ja sallittujen jännitealueiden kanssa

• RS-232 on jänniteliitäntä (toisin kuin esimerkiksi nykyinen rajapinta ). Binaaritilat toteutetaan erilaisilla sähköjännitetasoilla.
  Datajohdoille (TxD ja RxD) käytetään negatiivista logiikkaa , kun jännite välillä −3 V - −15 V (ANSI / EIA / TIA-232-F-1997) on looginen ja jännite +3 V ja + 15 V edustaa loogista nollaa. Signaalitasoja välillä −3 V ja +3 V pidetään määrittelemättöminä.
  Ohjauslinjoilla (DCD, DTR, DSR, RTS, CTS ja RI) aktiivista tilaa edustaa jännite välillä +3 V - +15 V, passiivista tilaa jännite välillä --3 V - −15 V. Huomaa kuitenkin, että tässä annettuja (ja enimmäkseen käytettyjä) ohjauslinjoja koskevia nimityksiä ei ole alkuperäisessä standardissa. Siellä kuvataan vain tiettyjä piirejä, jotka voidaan osoittaa näille nimityksille, mutta jotka on nimetty eri tavalla standardissa.
  Edellä mainitut jännitteet viittaavat vastaanottimiin (tuloihin). Lähettimien (lähtöjen) jännitteen on oltava vähintään +5 V tai −5 V 3 - 7 kΩ kuormituksella riittävän signaali-kohinasuhteen takaamiseksi. On tavallista käyttää +12 V ja −12 V.
• Mukaan alkuperäisen standardin, 25-napainen D-Sub- pistokkeet varten DTE ja pistorasiat varten DCE olivat käytettiin kuin pistoliitännät . Koska monet 25 linjasta ovat puhtaita sähkömekaanisen aikakauden tulostimen tai päätelaitteen ohjauslinjoja, joita ei vaadita useimmissa yhteyksissä nykyaikaisempien oheislaitteiden kanssa, 9-napaiset D-Sub-pistokkeet ja pistorasiat ovat nykyään vakiintuneet, jotka ovat usein DB 9 tai enemmän oikein DE-9 . Nämä alun perin käyttöön kanssa IBM PC / AT puhtaasti hätäratkaisu tilan säästämiseksi (tuolloin se oli kysymys mahtuu liittimen päälle pistoyksikkönä yhdessä samoin alennettu Centronics- interface ). 9-napaista liitintä ei siis löydy RS-232-standardista, vaan EIA / TIA-574- standardista . Muita liittimiä käytetään harvoin RS-232-tiedonsiirtoon, kuten B. Mini-DIN- , Modular 8p8c (virheellisesti kutsutaan usein RJ-45, on määritelty EIA / TIA 561 ) tai kokonaan yrityksen.
• Tietojen häviämisen välttämiseksi vastaanottajan on kyettävä lopettamaan tiedonsiirto, kun muita tietoja ei voida käsitellä. Tämä ns. Kädenpuristus voidaan toteuttaa kahdella tavalla, joko ohjelmistopuolella tiettyjen ohjauskoodien kautta tai erityisillä viivoilla (laitteiston kädenpuristus).
  • Kun ohjelmisto kättely , vastaanotin lähettää erikoismerkkejä lähettäjälle ohjaamaan tietovirta. Vastaavasti vain kolme linjaa (RxD, TxD ja GND) tarvitaan tiedonsiirtoon. Tämäntyyppinen kättely on mahdollista vain, jos näitä kahta ohjauskoodia ei näy käyttäjätiedoissa. Yleisimmin käytetyssä Xon / Xoff-protokollassa vastaanotin lähettää lähettäjälle erikoismerkkejä tiedonkulun ohjaamiseksi (Xon = 11h ja Xoff = 13h).
  • Kun laitteisto kättely , kaksi laitetta signaalin niiden asema ylimääräisillä ohjaus- ja viestin linjat. Pienin käyttöliittymä esimerkiksi laitteiston kättelyyn koostuu viidestä rivistä (TxD, RxD, GND, RTS ja CTS).
• Periaatteessa täysi kaksipuolinen yhteys on mahdollista, koska lähetystä ja vastaanottoa varten on käytettävissä erilliset tietolinjat.
• Alkuperäinen standardi suositteli 25-napaisten liittimien käyttöä, jotka mahdollistivat kaksi itsenäistä datakanavaa (joista jokaisella on lähetys- ja vastaanottolinjat). Tietokoneiden käyttöönoton myötä nykyään yleisimmin käytetty muunnos 9-napaisilla liittimillä tuli laajalle levinneeksi.
• Erityisiä bittinopeuksia tai pariteettimenettelyjä ei ole määritelty standardissa.

Standardi ei täsmennä bittinopeuksia, vaikka mainitaankin, että se on tarkoitettu siirtonopeuksille enintään 20 kbit / s. Yleiset UART: t , joita käytetään yhdessä RS-232: n kanssa, tukevat siirtonopeutta 115,2 kbit / s ja enemmän. Määritetyn lähetyskäyttäytymisen saavuttamiseksi standardi määrää enimmäisreunan jyrkkyyden lähettimessä ja pienimmän reunan jyrkkyyden (bittinopeudesta riippuen) siirtymäalueella −3 V… + 3 V vastaanottimessa.

Jotkut tietokoneet (kuten Amiga ) hyväksyvät myös +5 V matalalle ja 0 V korkealle tuloksi, joten yksinkertainen invertteri riittää.

Linjan pituus ja siirtonopeus

Vastaava kytkentäkaapeli (pitkittäin homogeeninen linja)

Koska signaalin laatu heikkenee kaapelin pituuden kasvaessa, kaapelin pituus on rajoitettu.

Signaalin ajonaika on rajoittava tekijä. Koska linjan päässä olevaa RS-232-liitäntää ei voida lopettaa sen ominaisimpedanssilla (tehohäviö on liian suuri), johto heijastuu väistämättä. Lähetysnopeuden ja kaapelin pituuden kasvaessa heijastukset häiritsevät yhä enemmän tiedonsiirtoa. Standardi edellyttää, että lähettimen reunan jyrkkyys ei saa ylittää 30 V / µs, mikä rajoittaa heijastusten vaikutuksia. Vastaanottimen puolella käytetään Schmitt-liipaisinta neliöaaltosignaalin tuottamiseen hyvin jyrkällä reunalla.

Toinen näkökohta on, että signaalin lähetys ei tapahdu eri tavalla , vaan epäsymmetrisesti ( yksipäinen tai epätasapainoinen ). Lähetettävä signaali sisältää tasajännitekomponentin ja on siten suhteellisen herkkä yhteismoodin häiriöille . Tällaiset häiriöt voivat esimerkiksi B. aiheuttama induktiivinen kytkentä silmukkaan RxD-GND. Koska kaikki signaalit viittaavat samaan GND-signaaliin, TxD-linjan virta voi tuottaa jännitehäviön GND-linjalle, mikä johtaa potentiaalisiirtoon kahden kommunikaatiokumppanin välillä ja nähdään esimerkiksi RxD-linjalla ja aiheuttaa häiriöitä.

Alkuperäisen standardin mukaan kaapelikapasitanssi on enintään 2500 pF, mikä vastaa enintään 15 metrin (50 jalkaa ) kaapelin pituutta vakiokaapeleille . Erityisen pienen kapasiteetin kaapeleilla (esimerkiksi UTP CAT-5 -kaapelilla, jonka pF / m on 55 pF / m) 45 m voidaan saavuttaa määritelmän mukaisesti. Vastakkaisessa taulukossa näkyvät Texas Instrumentsin empiiriset arvot .

GND: n kautta tapahtuvan keskinäisen häiriön, puuttuvan päätevastuksen jne . Ongelmat voidaan poistaa differentiaalilähetyksellä kuten RS-485: n , LVDS: n jne.

Johdotus ja liitin

DE-9-liittimen (9-napainen, uros ) nastojen määritys , koska se on tavallisesti saatavana DTE: ssä

DE-9-liitännän (9-napainen, naaras ) nastojen määritys , koska se on yleensä saatavana DCE: ssä

Kahden laitteen yhdistämiseksi sarjaliitännän kautta, yhden laitteen "kuulo" -linjat on kytkettävä toisella puolella oleviin "puhuviin" linjoihin. Päätelaitteissa tai tietokoneissa (DTE - datapäätelaitteet) "puhuvat" linjat ovat TxD, RTS ja DTR, "kuulevat" linjat ovat RxD, CTS, DSR, DCD ja RI. Modeemien (DCE - datapiirien päättävät laitteet) kanssa se on täsmälleen päinvastainen; se välittää päätelaitteen "puhuttamat" signaalit vastakkaiseen päähän ja sen vuoksi on "kuunneltava" niitä; päinvastoin vastakkaisen pään "kuulemat" signaalit "välitetään" päätelaitteelle.

• Jos yhteys muodostetaan päätelaitteesta tai tietokoneesta (DTE) (enimmäkseen pistokkeella) modeemiin (DCE) (enimmäkseen pistorasiaan), tarvitaan 1: 1-kaapeli.
• Jos toisaalta on kytketty kaksi samantyyppistä laitetta (esim. Kaksi tietokonetta), linjat on ylitettävä. Tällaista kaapelia kutsutaan nollamodeemikaapeliksi, koska modeemia (eli '0 modeemia') ei käytetä. Epäsymmetrisesti määritellyn ohjaussignaalijoukon ja niiden joskus melko liberaalin käytön vuoksi ei aina ole sopivaa THE crossover -kaapelia. Kuitenkin vallitsi standardi, jota kutsutaan yleisesti nollamodeemikaapeliksi ja joka yleensä toimii. Äärimmäisissä tapauksissa z. Esimerkiksi kaapelipää, joka on tarkoitettu liitettäväksi DTE-laitteeseen, voi aiheuttaa oikosulun DCE-laitteessa (joka ei V.28-erittelyn mukaan saa aiheuttaa laitteistovaurioita normaalitapauksissa, mutta käytännössä on jo tapahtunut ).
• Sarjamuotoisen lähetyssignaalin laitteen reititetään suoraan vastaanottavalle osa samaa laitteen läpi paluusilmukan pistoke tai pistorasia. Tällaista loopback-laitetta käytetään esimerkiksi viestintäohjelmien kehittämiseen tai laitteistojen testaamiseen. Jos myös ohjausjohdot ovat "silmukoituja", on myös huomattava, että laitteen tyypistä (DTE tai DCE) riippuen ohjaussignaalit DCD ja RI ovat joko tuloja tai lähtöjä, eikä niillä ole selkeästi määriteltyä "vastakkaista" . Niiden on siksi oltava asianmukaisesti kytkettyinä siten, että lähtöjen tai määrittelemättömien tulotasojen välillä ei ole oikosulkuja.

DTE- ja DCE-laitteiden käytännön tunnistaminen on mahdollista mittaamalla lepotilan taso (jännite GND: n ja TxD: n tai RxD: n välillä, huomioi 9- ja 25-napaisten kaapeleiden erilainen järjestys). Jotkut nykyaikaiset laitteet tunnistavat kytkemättömät yhteydet ja sammuttavat lähtöajurit energiansäästön vuoksi. Tässä tapauksessa on käytettävä sopivaa vastusta signaaliliitännän ja GND: n välillä oletettujen lähtöjen huijaamiseksi kytkettyyn vastineeseen.

Tärkeimpien signaalilinjojen nimet ja kuvaukset perustuvat käyttöliittymän alkuperäiseen käyttöön. ”Etäasema” tässä taulukossa ei tarkoita toista puolta (jos kyseessä on perinteinen käyttö, puhelinlinjan toisessa päässä), vaan pikemminkin DTE: n paikallista kumppania (eli klassisessa tapauksessa DCE: tä ( modeemi)). Linjamerkinnät ovat samat sekä DTE: lle (PC) että DCE: lle (modeemi) ja ne on muotoiltu DTE: n näkökulmasta, mutta yhteyden ominaisuudet (tulo tai lähtö) ovat kussakin tapauksessa erilaiset.

RTS, CTS ja RTR

Alunperin RTS / CTS oli puoli-duplex - modeemit (kuten Bell 202 kehittyy). Tällaiset modeemit sammuttavat lähettimen, kun sitä ei tarvita; heidän on lähetettävä synkronointisignaali, kun lähetin kytketään uudelleen päälle. Jos tietokone (DTE) haluaa lähettää tietoja, siitä ilmoitetaan RTS: n kautta. Jos modeemi (DCE) on synkronoitu etämodeemin kanssa, siitä ilmoitetaan CTS: n kautta. Tällaisia ​​modeemeja ei enää käytetä. Koska synkronointi on sallittua vain yhteen suuntaan, menettely on epäsymmetrinen.

Symmetrinen menetelmä, joka sallii virtauksen hallinnan molempiin suuntiin, kehitettiin 1980-luvun lopulla. RTS-signaalin merkitys on määritelty uudelleen siten, että se osoittaa, onko DTE valmis vastaanottamaan dataa DCE: ltä. Vastaavasti CTS ilmoittaa, onko DCE valmis vastaanottamaan dataa DTE: ltä. Tämä uusi määritelmä tunnetaan myös nimellä “RTR” (Valmiina vastaanottoon) (katso CCITT V.24 -piiri 133 ja TIA-232-E). Kun puhutaan RTS / CTS-virtauksen ohjauksesta, tarkoitetaan usein RTR / CTS-virtauksen ohjausta.

Muut standardit

• V.24 : ITU-standardi (1964) määrittelee yli 50 rajapintaa. RS-232-liitäntä käyttää niistä 22.
• V.28 : ITU-standardi (1972) kuvaa liitännän sähköiset ominaisuudet, jota käytetään usein V.24: n kanssa .
• DIN 66020-1 : V.24 on suurelta osin Saksan standardointilaitoksen hyväksymä.
• ISO 2110: Liittimen mekaniikan määrittely.

Katso myös

• TTY-liitäntä
• Modbus

kirjallisuus

• Burkhard Kainka: Mittaus, ohjaus, säätö RS 232 -liitännän kautta, CD-ROM-levyllä . 7. painos. Franzis Verlag , 1997, ISBN 978-3-7723-6058-9 . 
• Joe Campbell: V24 / RS-232-viestintä. (6313 736) . 4. painos. Sybex-Verlag GmbH, 1984, ISBN 978-3-88745-075-5 . 
• Gerhard Schnell ja Bernhard Wiedemann: Väyläjärjestelmät automaatiossa ja prosessitekniikassa . 7. painos. Vieweg + Teubner Verlag GmbH, 2008, ISBN 978-3-8348-0425-9 . 

nettilinkit

• Erilaisia ​​RS-232-liittimien määrityksiä ja kaapeleita
• UART-ohjelmointi RS-232 / V.24 (PDF, 148 kB)
• Johdatus RS-232: een
• Sarjaliitäntä - perusteet
• RS232-liitäntä - taustatiedot

Yksittäiset todisteet