Как работает протокол последовательной связи RS232


Одним из старейших, но все еще популярных протоколов связи, которые используются в промышленности и коммерческих продуктах, является протокол связи RS232. Термин RS232 означает "Recommended Standard 232" и представляет собой тип последовательной связи, используемый для передачи данных обычно на средние расстояния. Он был представлен еще в 1960-х годах и нашел свое применение во многих приложениях, таких как компьютерные принтеры, устройства автоматизации производства и т. д. Сегодня существует множество более современных протоколов последовательной связи, таких как RS485, SPII2CCAN и т. д. В этой статье мы рассмотрим основы протокола RS232, принципы его работы и характеристики.

Как работает протокол последовательной связи RS232

Что такое последовательная связь?

В телекоммуникациях процесс последовательной отправки данных по компьютерной шине называется последовательной связью, что означает, что данные будут передаваться побитно. При параллельной связи данные передаются в виде байта (8 бит) или символа по нескольким линиям данных или шинам одновременно. Последовательная связь медленнее параллельной, но используется для более длительной передачи данных из-за более низкой стоимости и практических соображений.

Последовательная связь

Параллельная связь

Пример для понимания:

Последовательная связь — вы стреляете по мишени из пулеметов, при этом пули одна за другой долетают до цели.

Параллельная связь - вы стреляете по мишени из дробовика, куда одновременно попадает много пуль.

Режимы передачи данных при последовательной связи:

  • Асинхронная передача данных – режим, в котором биты данных не синхронизируются тактовыми импульсами. Тактовый импульс – это сигнал, используемый для синхронизации работы электронной системы.
  • Синхронная передача данных – режим, в котором биты данных синхронизируются тактовыми импульсами.

Характеристики последовательной связи:

  • Скорость передачи данных используется для измерения скорости передачи данных. Оно описывается как количество битов, передаваемых за одну секунду. Например, если скорость передачи данных равна 200, то передается 200 бит в секунду. В телефонных линиях скорости передачи обычно составляют 14400, 28800 и 33600.
  • Стоповые биты используются для остановки передачи одного пакета и обозначаются буквой «T». Некоторые типовые значения — 1, 1,5 и 2 бита.
  • Бит четности — это простейшая форма проверки ошибок. Их четыре вида: четные, нечетные, отмеченные и разделенные интервалами. Например, если 011 является числом, бит четности = 0, т. е. четность, а если бит четности = 1, то это нечетность.

Что такое RS232?

RS232C “Recommended Standard 232C” — это последняя версия стандарта с 25 контактами, тогда как RS232D имеет 22 контакта. В новом ПК штекер D-типа имеет 9 контактов.

RS232 — это стандартный протокол, используемый для последовательной связи. Он используется для подключения компьютера и его периферийных устройств для обеспечения последовательного обмена данными между ними. Он применяется для последовательной связи на расстоянии до 50 футов со скоростью 1,492 кбит/с. Согласно определению EIA, RS232 используется для соединения терминального оборудования для передачи данных (Data Transmission Equipment, DTE) и оконечного оборудование для передачи данных (Data Communication Equipment, DCE) .

Принцип соединения с помощью протокола RS232 приемника и передатчика

Универсальный асинхронный приемник и передатчик данных (Universal Asynchronous Data Receiver &Transmitter, UART) используется в сочетании с RS232 для передачи данных между принтером и компьютером. Микроконтроллеры не способны обрабатывать такие уровни напряжения, между сигналами RS232 подключаются разъемы. Эти разъемы известны как разъем DB-9 для последовательного порта и бывают двух типов: разъем-папа (DTE) и разъем-мама (DCE).

Электрические характеристики

Давайте обсудим электрические характеристики RS232, приведенные ниже:

  • Уровни напряжения: RS232 также используется в качестве уровня земли и 5 В. Двоичный 0 работает с напряжением от +5 В до +15 В постоянного тока. Это называется «ВКЛ» или интервал (уровень высокого напряжения), тогда как двоичный 1 работает с напряжениями от -5 В до -15 В постоянного тока. Это называется «OFF» или маркировкой (низкий уровень напряжения).
  • Уровень напряжения принимаемого сигнала: двоичный 0 работает с напряжениями полученного сигнала от +3 В до +13 В постоянного тока, а двоичный 1 работает с напряжениями от -3 В до -13 В постоянного тока.
  • Сопротивление линии: Сопротивление проводов составляет от 3 до 7 Ом, максимальная длина кабеля составляет 15 метров, но новая максимальная длина определяется емкостью на единицу длины.
  • Рабочее напряжение: Максимальное рабочее напряжение составляет 250 В переменного тока.
  • Рабочий ток: Максимальный ток составляет 3 А.
  • Диэлектрическое выдерживаемое напряжение: мин. 1000 В переменного тока.
  • Скорость нарастания: Скорость изменения уровней сигнала называется скоростью нарастания. При этом скорость нарастания сигнала достигает 30 В/микросекунду, а максимальный битрейт составит 20 кбит/с.

Номинальные характеристики и технические характеристики изменяются с изменением модели оборудования.

Как работает RS232?

RS232 работает по двусторонней связи, обмениваясь данными друг с другом. Есть два устройства, подключенных друг к другу: (DTE) оборудование для передачи данных и (DCE) оборудование для приема данных, которое имеет такие контакты, как TXD, RXD и RTS и CTS. Сначала из источника DTE, RTS генерирует запрос на отправку данных. Затем с другой стороны DCECTS очищает буфер для приема данных. После освобождения буфера он подает сигнал RTS источника DTE на отправку сигнала. Затем биты передаются от DTE к DCE . Теперь снова из источника DCE запрос может быть сгенерирован RTS, а CTS источников DTE очищает буфер для получения данных и дает сигнал на отправку данных. Это весь процесс, посредством которого происходит передача данных.

TXD TRANSMITTER (передатчик)
RXD RECEIVER (приемник)
RTS REQUEST TO SEND (запрос на передачу)
CTS CLEAR TO SEND (готов к передаче)
GND GROUND (земля)

Например: Сигналы установлены на логическую 1, т.е. -12 В. Передача данных начинается со следующего бита, и, чтобы сообщить об этом, DTE отправляет стартовый бит в DCE. Стартовый бит всегда равен «0», т. е. +12 В, а следующие 5–9 символов — это биты данных. Если мы используем бит четности, то можно передавать 8-битные данные, тогда как если мы не используем бит четности, передаются 9 битов. Стоповые биты отправляются передатчиком, значения которых составляют 1, 1,5 или 2 бита после передачи данных.

Последовательность передаваемых битов в протоколе RS232

Последовательность импульсов сигналов в протоколе RS232 при передаче данных

Механические характеристики

Что касается механических характеристик, нам необходимо изучить два типа разъемов: DB-25 и DB-9. В DB-25 доступно 25 контактов, которые используются во многих приложениях, но некоторые приложения не использовали все 25 контактов, поэтому был разработан 9-контактный разъем для удобства работы устройств и оборудования.

Итак, рассмотрим штыревой разъем DB-9, который используется для соединения микроконтроллеров и разъема. Он бывает двух типов: штекерный разъем (DTE) и гнездовой разъем (DCE). В верхнем ряду 5 контактов, в нижнем ряду 4 контакта. Его часто называют разъемом DE-9 или D-типа.

Структура контактов разъема DB-9:

Структура контактов разъема DB-9 типа "Папа"

Структура контактов разъема DB-9 типа "Мама"

Описание контактов разъема DB-9:

Номер контакта Название контакта Описание контакта
1 Наличие несущей (CD, Carrier Detect) Входящий сигнал от DCE
2 Прием данных (RD, Receive Data) Получает входящие данные от DTE
3 Передача данных (TD, Transmit Data) Отправка исходящих данных в DCE
4 Готовность приемника данных (DTR, Data Terminal Ready) Исходящий сигнал подтверждения связи
5 Земля (GND, System Ground) Общее опорное напряжение
6 Готовность источника данных (DSR, Data Set Ready) Входящий сигнал подтверждения связи
7 Запрос на передачу (RTS, Request to Send) Исходящий сигнал для управления потоком
8 Готовность передачи (CTS, Clear to Send) Входящий сигнал для управления потоком
9 Сигнал вызова (RI, Ring Indicator) Входящий сигнал от DCE

Как видите, назначение контактов достаточно продуманное.

Что такое рукопожатие (Handshaking)?

Как определить что передатчик успешно передает данные, а приемник их успешно принимает? Для этого и существует рукопожатие (квитирование, подтверждение).

Квитирование связи — это процесс, который используется для передачи сигнала от DTE к DCE для установления соединения перед фактической передачей данных. Обмен сообщениями между передатчиком и приемником может осуществляться посредством квитирования связи.

Существует 3 типа процессов установления связи, называемых:

Нет рукопожатия:

Если квитирования нет, то DCE считывает уже полученные данные, в то время как DTE передает следующие данные. Все полученные данные сохраняются в ячейке памяти, известной как буфер получателя. Этот буфер может хранить только один бит, поэтому получатель должен прочитать буфер памяти до прибытия следующего бита. Если получатель не может прочитать сохраненный бит в буфере и прибудет следующий бит, сохраненный бит будет потерян.

Как показано на диаграмме ниже, приемник не смог прочитать 4-й бит до прибытия 5-го бита, и в результате произошло перекрытие 4-го бита 5 битом, а 4 бит был потеряно.

Потеря одного из битов в RS232 когда квитирование не используется

Аппаратное рукопожатие (подтверждение):

  • Используются определенные последовательные порты, то есть RTS и CTS, для управления потоком данных.
  • В этом процессе передатчик запрашивает приемник, что он готов к приему данных, затем приемник проверяет буфер, что он пуст, и если он пуст, то он передает передатчику сигнал о том, что он готов к приему данных.
  • Приемник дает сигнал передатчику не отправлять какие-либо данные, пока уже полученные данные не могут быть прочитаны.
  • Его рабочий процесс аналогичен описанному выше при установлении связи.

Программное квитирование:

  • В этом процессе есть две формы: X-ON и X-OFF. Здесь «X» — передатчик.
  • X-ON — это часть, в которой возобновляется передача данных.
  • X-OFF — это часть, в которой приостанавливается передача данных.
  • Он используется для управления потоком данных и предотвращения потери во время передачи.

Принцип программного квитирования в RS232

Применение протокола RS232

  • Последовательная связь по протоколу RS232 используется в персональных компьютерах (ПК) старого поколения для подключения периферийных устройств, таких как мышь, принтеры, модем и т. д.
  • В настоящее время интерфейс RS232 в ПК заменен интерфейсом USB.
  • Он находит применение в станках ПЛК, станках с ЧПУ и сервоконтроллерах ввиду своей низкой стоимости.
  • Он до сих пор используется в некоторых платах микроконтроллеров, принтерах чеков, системах торговых точек (PoS) и т. д.
(Проголосуй первым!)
Загрузка...
17 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *