シリアル通信プロトコル - パート3: RS-232

この一連の記事では、デバイス間でデータを転送するために利用可能なさまざまなシリアル通信プロトコルのタイプを見ていきます。これらの記事では、現在使用されているより人気のあるプロトコルと標準のいくつかを取り上げ、このシリーズの最後には、それぞれの利点と欠点をまとめて比較します。次に設計でシリアル通信バスを実装する必要があるときに、この情報が有益であることを願っています。これにより、回路に最も適したオプションを選択するのに役立ちます。

この記事では、レガシーのRS-232プロトコル標準について見ていきます。

RS-232は、Recommended Standard 232を意味し、1960年に作成された電子デバイス間のデータ伝送用の電子デバイスプロトコル標準です。かつて、RS-232は最も一般的に使用されるデータ伝送形式であり、主に標準の9ピンD-sub（DB-9）接続を使用して実装されていました。この標準は、今日でもコンピュータ、オートメーション、医療機器を含むさまざまな電子デバイスでよく使用されています。

クラシックなDB-9ケーブル、画像出典：https://www.digikey.co.uk/product-detail/en/assmann-wsw-components/AK131-2/AE1379-ND/930165

RS-232は、低論理レベル信号（0）の送信に正の電圧を使用し、高論理レベル信号（1）の送信に負の電圧を使用します。

RS-232信号の例

RS-232通信の原理はシンプルです。送信デバイスはデータをバッファに格納し、その後、データをケーブル（またはPCBトレース）を通じて送信し、受信デバイスはこのデータを自身のバッファに格納します。その後、受信デバイスはバッファされたデータを読み取ることができます。

受信デバイスが接続されていないときに情報を送信しないようにするために、DTR（Data Transmit Ready）ピンとDSR（Data Set Ready）ピンが使用されます。これらのピンが接続され、受信デバイスによってこれらに適切な電圧が設定されると、送信デバイスは受信デバイスが接続され準備ができていることを知ることができます。

送信側がデータを速すぎる速度で送信し、受信側がそのバッファからデータを十分に速く読み取ることができない場合、バッファはオーバーフローし、データは失われます。この状況を防ぐために、送信側には2つのピンが、受信側には1つのピンが追加されました。送信側から見ると、このピンはRTS（送信要求）とラベル付けされ、受信側から見ると、CTS（送信クリア）とラベル付けされます。受信側は、バッファが満杯になったことをこのピンの電圧を下げることで送信側に通知します。これは、受信側が準備ができるまで、送信側にこれ以上の情報を送らないように伝えます。これはハードウェアフロー制御として知られています。

電話アプリケーション用にさらに2つのピンが利用可能ですが、現在ではほとんど使われていません。一つはDCD（データキャリア検出）で、モデムにアナログ信号が受信されていることを伝え、もう一つはRI（着信指示）で、電話が鳴っていることを示します。これらは今日では実質的に使用されていません。

最後の接続はSGまたはシグナルグラウンドで、通信デバイスのグラウンド電圧の参照です。

RS-232通信デバイスには、DTE（データ端末装置）とDCE（データ通信装置）の2種類があります。DTEの例には、コンピュータ、PLC、その他のコマンド送信装置が含まれます。DCEの例には、モデム、カメラ、プリンター、一般的な自動化装置があります。

2つのDTEまたは2つのDCEデバイスでは、情報を互いに送信することはできません。デバイス間の通信を確立するコマンドを送信するDTEと、これらのコマンドを実行するDCEが必要です。

以下に示すように、モデムを使用してコンピュータ間で通信するためにRS-232を使用することもできます：

または、モデムが不要になるNull Modem配線を使用することができます

しかし、DSRおよびRTS線の必要性を排除するためには、受信側からのデータパケットを送信して、データを送信できる時と送信できない時を示す必要があります。パケットは、データを送信できることを示唆するためにXONに設定され、データを送信できないことを示唆するためにXOFFに設定されます。これはソフトウェアフロー制御として知られています。

RS-232を使用する主な欠点は、他のシリアル通信プロトコルと比較して通信速度が比較的遅いことです。多くのアプリケーションで信頼性の高い速度は最大で128kbpsにしか達しません。もう一つの欠点は、信頼性の高い作業が可能なケーブルの最大長さが15メートルに過ぎないことです。長距離ケーブルでは、ワイヤーの抵抗と電圧ループが問題になります。

RS-232は、利用可能な他のより現代的な通信プロトコルのため、現在新しいデバイスで一般的に使用されていませんが、古いデバイスではよく見られます。それにもかかわらず、最も現代的でハイテクなコンピューターマザーボードでさえ、必要に応じてRS-232を利用できるCOMポートヘッダーを通常備えています。10年以上前の機器、プリンターや産業自動化機器など、プログラミングやメンテナンスが必要な機器がまだ大量に現場にあります。そのため、RS-232は不可欠です。幸いなことに、RS-232からUSBへの変換器など、これらのデバイスと簡単に通信できる手段が豊富にあります。

要約

この記事では、レガシーRS-232プロトコル標準のいくつかの特徴と、その利点や実装の詳細について説明しました。次の記事では、利用可能な他のシリアル通信プロトコルについて見ていきます。何か見逃しましたか？このシリーズの前の記事をチェックしてください：シリアル通信プロトコル - 導入およびシリアル通信プロトコル - パートツー：UART。

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