Serielle Kommunikationsprotokolle - Teil Drei: RS-232

In dieser Artikelserie betrachten wir einige der verschiedenen Arten von seriellen Kommunikationsprotokollen, die für die Übertragung von Daten zwischen Geräten verfügbar sind. Die Artikel werden einige der heute gebräuchlicheren Protokolle und Standards behandeln, und am Ende dieser Serie werden wir die Vor- und Nachteile jedes einzelnen zusammenfassen und vergleichen. Wir hoffen, dass diese Informationen beim nächsten Mal, wenn Sie einen seriellen Kommunikationsbus in Ihrem Design implementieren müssen, wertvoll sein werden und Ihnen helfen, die am besten geeignete Option für Ihren Schaltkreis auszuwählen.

In diesem Artikel werden wir uns den traditionellen RS-232-Protokollstandard ansehen.

RS-232, was für Recommended Standard 232 steht, ist ein elektronischer Geräteprotokollstandard, der seit 1960 für die Datenübertragung zwischen elektronischen Geräten verwendet wird. Einst war RS-232 das am häufigsten verwendete Datenübertragungsformat und wurde hauptsächlich mit einer standardmäßigen 9-poligen D-Sub (DB-9)-Verbindung implementiert. Dieser Standard wird auch heute noch in verschiedenen elektronischen Geräten, einschließlich Computern, Automatisierung und medizinischen Geräten, oft verwendet.

Klassisches DB-9-Kabel, Bildquelle: https://www.digikey.co.uk/product-detail/en/assmann-wsw-components/AK131-2/AE1379-ND/930165

RS-232 verwendet eine positive Spannung für die Übertragung eines niedrigen Logikpegelsignals (0) und eine negative Spannung für die Übertragung eines hohen Logikpegelsignals (1).

Beispiel RS-232 Signale

Das Kommunikationsprinzip von RS-232-Kommunikation ist einfach. Das sendende Gerät speichert Daten in seinem Puffer und sendet dann die Daten durch das Kabel (oder die PCB-Leiterbahn), und der Empfänger speichert diese Daten in seinem Puffer. Dann kann der Empfänger die gepufferten Daten lesen.

Um zu verhindern, dass Informationen gesendet werden, wenn kein Empfänger angeschlossen ist, werden die DTR- (Data Transmit Ready) und DSR- (Data Set Ready) Pins verwendet. Wenn diese Pins verbunden sind und die korrekte Spannung durch den Empfänger darauf eingestellt ist, dann weiß das sendende Gerät, dass der Empfänger angeschlossen und bereit ist.

Wenn der Sender die Daten zu schnell überträgt und der Empfänger die Daten aus seinem Puffer nicht schnell genug lesen kann, wird der Puffer überlaufen und die Daten gehen verloren. Um diese Situation zu verhindern, wurden dem Sender zwei weitere Pins hinzugefügt und einem Empfänger ein weiterer. Vom Sender aus wird der Pin als RTS (Request to send) bezeichnet und vom Empfänger aus als CTS (Clear to send). Der Empfänger informiert den Sender, wenn sein Puffer voll ist, indem er die Spannung dieses Pins nach unten zieht. Dies signalisiert dem Sender, keine weiteren Informationen zu senden, bis der Empfänger bereit ist. Dies ist als Hardware-Flusskontrolle bekannt.

Es gibt auch zwei weitere Pins für Telekommunikationsanwendungen, die heute weitgehend überflüssig sind. Einer ist der DCD (Data Carrier Detect), der einem Modem mitteilt, dass ein analoges Signal empfangen wird, und der andere ist der RI (Ring Indicator), der anzeigt, dass ein Telefon klingelt. Diese werden heute praktisch nicht verwendet.

Die letzte Verbindung ist SG oder Signal Ground, die die Erdspannungsreferenz für die kommunizierenden Geräte ist.

Es gibt zwei Arten von RS-232-Kommunikationsgeräten: DTE (Data Terminal Equipment) und DCE (Data Communication Equipment). Beispiele für DTE sind ein Computer, PLC oder andere befehlssendende Geräte. Beispiele für DCE sind ein Modem, Kamera, Drucker und allgemeine Automatisierungsgeräte.

Zwei DTE- oder zwei DCE-Geräte können keine Informationen miteinander austauschen. Es muss ein DTE vorhanden sein, das Befehle sendet, um die Kommunikation zwischen den Geräten herzustellen, und ein DCE, um diese Befehle auszuführen.

RS-232 kann auch verwendet werden, um zwischen Computern über Modems zu kommunizieren, wie unten gezeigt:

Alternativ kann eine Nullmodem-Verkabelung verwendet werden, die die Notwendigkeit eines Modems überflüssig macht

Um jedoch die Notwendigkeit für die DSR- und RTS-Leitungen zu eliminieren, müssen Datenpakete von der Empfängerseite gesendet werden, um anzuzeigen, wann die Daten gesendet werden können und wann nicht. Pakete werden auf XON gesetzt, um zu signalisieren, dass die Daten gesendet werden können, und auf XOFF, um zu signalisieren, dass die Daten nicht gesendet werden können. Dies ist als Software-Flusskontrolle bekannt.

Der Hauptnachteil der Verwendung von RS-232 besteht darin, dass seine Kommunikation im Vergleich zu anderen seriellen Kommunikationsprotokollen relativ langsam ist. Es kann in vielen Anwendungen nur zuverlässig Geschwindigkeiten von bis zu 128 kbps erreichen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die maximale Kabellänge, über die es zuverlässig funktionieren kann, nur 15 Meter beträgt. Drahtwiderstand und Spannungsschleifen werden bei längeren Kabeln zum Problem.

Obwohl RS-232 in neuen Geräten aufgrund der anderen, moderneren Kommunikationsprotokolle, die zur Verfügung stehen, nun nicht mehr häufig verwendet wird, findet man oft ältere Geräte. Trotzdem haben selbst die aktuellsten und hochtechnologischsten Computer-Motherboards in der Regel noch einen COM-Port-Header, der RS-232 bereitstellt, falls Sie es benötigen. Es gibt immer noch eine erhebliche Menge an Ausrüstung im Feld, die über 10 Jahre alt ist, einschließlich Geräte wie Drucker, Industrieautomatisierungsgeräte usw., die programmiert und gewartet werden müssen, da sie verwendet werden. Dafür ist RS-232 unerlässlich. Glücklicherweise gibt es viele Konverter wie RS-232 zu USB, was bedeutet, dass wir immer noch problemlos mit diesen Geräten kommunizieren können.

Zusammenfassung

Dieser Artikel hat einige der Legacy-Funktionen des RS-232-Protokollstandards betrachtet und einige seiner Vorteile sowie Implementierungsdetails diskutiert. Im nächsten Artikel werden wir uns einige der alternativen seriellen Kommunikationsprotokolle ansehen. Haben Sie etwas verpasst? Schauen Sie sich die vorherigen Artikel dieser Serie an: Serielle Kommunikationsprotokolle - Einführung und Serielle Kommunikationsprotokolle - Teil Zwei: UART.

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