Protocolli di Comunicazione Seriale - Parte Tre: RS-232

In questa serie di articoli, stiamo esaminando alcuni dei diversi tipi di Protocolli di Comunicazione Seriale disponibili per il trasferimento di dati tra dispositivi. Gli articoli copriranno alcuni dei protocolli e degli standard più popolari in uso oggi, e alla fine di questa serie, faremo un riepilogo e un confronto dei vantaggi e degli svantaggi di ciascuno. Speriamo che queste informazioni si rivelino preziose la prossima volta che avrete bisogno di implementare un bus di comunicazione seriale nel vostro progetto, aiutandovi a selezionare l'opzione più appropriata per il vostro circuito.

In questo articolo, esamineremo lo standard del protocollo legacy RS-232.

RS-232, che sta per Recommended Standard 232, è uno standard di protocollo per dispositivi elettronici utilizzato per le trasmissioni di dati tra dispositivi elettronici creato nel 1960. In un certo periodo, RS-232 era il formato di trasmissione dati più comunemente utilizzato ed era principalmente implementato utilizzando una connessione standard a 9 pin D-sub (DB-9). Questo standard è ancora spesso utilizzato oggi in vari dispositivi elettronici, inclusi computer, automazione e dispositivi medici.

Classico Cavo DB-9, Fonte dell'immagine: https://www.digikey.co.uk/product-detail/en/assmann-wsw-components/AK131-2/AE1379-ND/930165

L'RS-232 utilizza una tensione positiva per la trasmissione di un segnale di livello logico basso (0) e una tensione negativa per la trasmissione di un segnale di livello logico alto (1).

Esempio di segnali RS-232

Il principio di comunicazione delle comunicazioni RS-232 è semplice. Il dispositivo mittente memorizza i dati nel suo buffer e poi invia i dati attraverso il cavo (o la traccia del PCB), e il ricevitore poi memorizza questi dati nel suo buffer. Quindi, il ricevitore può leggere i dati memorizzati nel buffer.

Per evitare di inviare informazioni quando non c'è un ricevitore connesso, si utilizzano i pin DTR (Data Transmit Ready) e DSR (Data Set Ready). Quando questi pin sono connessi, e la tensione corretta è impostata su questi dal ricevitore, allora il dispositivo mittente saprà che il ricevitore è connesso e pronto.

Se il mittente trasmette i dati troppo velocemente e il ricevitore non riesce a leggere i dati dal suo buffer abbastanza velocemente, il buffer andrà in overflow e i dati andranno persi. Sono stati aggiunti altri due pin al mittente e uno al ricevitore per prevenire questa situazione. Dal lato del mittente, il pin è etichettato RTS (Request to send), e dal lato del ricevitore, è etichettato CTS (Clear to send). Il ricevitore informa il mittente quando il suo buffer è pieno abbassando la tensione di questo pin. Questo indica al mittente di non inviare altre informazioni fino a quando il ricevitore non è pronto. Questo è noto come controllo di flusso hardware.

Ci sono anche altri due pin disponibili per applicazioni di telefonia che ora sono largamente ridondanti. Uno è il DCD (Data Carrier Detect), che indica a un modem che un segnale analogico viene ricevuto, e l'altro è il RI (Ring Indicator) che indica che un telefono sta squillando. Questi sono praticamente inutilizzati oggi.

L'ultima connessione è SG o Signal Ground, che è il riferimento di tensione di terra per i dispositivi che comunicano.

Ci sono due tipi di dispositivi di comunicazione RS-232: DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Communication Equipment). Esempi di DTE includono un computer, PLC o altri dispositivi di invio comandi. Esempi di DCE sono un modem, una fotocamera, una stampante e attrezzature per l'automazione generale.

Due dispositivi DTE o due dispositivi DCE non possono trasmettere informazioni l'uno all'altro. Deve essere presente un DTE che invia comandi per stabilire comunicazioni tra dispositivi e un DCE per eseguire questi comandi.

RS-232 può anche essere utilizzato per comunicare tra computer utilizzando modem, come mostrato di seguito:

In alternativa, è possibile utilizzare il cablaggio Null Modem, che elimina la necessità di un modem

Tuttavia, per eliminare la necessità dei cavi DSR e RTS, i pacchetti di dati dal lato ricevente devono essere inviati per indicare quando i dati possono essere inviati e quando non possono. I pacchetti sono impostati su XON per suggerire che i dati possono essere inviati e XOFF per suggerire che i dati non possono essere inviati. Questo è noto come controllo di flusso software.

Il principale svantaggio nell'utilizzo di RS-232 è che le sue comunicazioni sono relativamente lente rispetto ad altri protocolli di comunicazione seriale. Può raggiungere in modo affidabile velocità fino a 128 kbps in molte applicazioni. L'altro inconveniente è che la lunghezza massima del cavo su cui può lavorare in modo affidabile è di soli 15 metri. La resistenza dei cavi e i loop di tensione diventano un problema su cavi di lunghezza maggiore.

Sebbene RS-232 non sia ora comunemente utilizzato nei nuovi dispositivi a causa degli altri protocolli di comunicazione più moderni disponibili, spesso si trovano dispositivi più vecchi. Detto ciò, anche le schede madri dei computer più attuali e di alta tecnologia hanno tipicamente un'intestazione della porta COM, che espone RS-232 se ne hai bisogno. C'è ancora una notevole quantità di attrezzature sul campo di oltre 10 anni, inclusi dispositivi come stampanti, apparecchiature per l'automazione industriale, ecc., che richiedono programmazione e manutenzione poiché vengono utilizzate. Per questo, RS-232 è essenziale. Fortunatamente, ci sono molti convertitori come RS-232 a USB, il che significa che possiamo ancora comunicare facilmente con questi dispositivi.

Riassunto

Questo articolo ha esaminato alcune caratteristiche standard del protocollo legacy RS-232 e ha discusso alcuni dei suoi vantaggi e dettagli implementativi. Nel prossimo articolo, esamineremo alcuni dei protocolli di comunicazione seriale alternativi disponibili. Ti sei perso qualcosa? Dai un'occhiata agli articoli precedenti di questa serie: Protocolli di Comunicazione Seriale - Introduzione e Protocolli di Comunicazione Seriale - Parte Due: UART.

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