Protocolos de Comunicação Serial - Parte Três: RS-232

Nesta série de artigos, estamos analisando alguns dos diferentes tipos de Protocolos de Comunicação Serial disponíveis para a transferência de dados entre dispositivos. Os artigos cobrirão alguns dos protocolos e padrões mais populares em uso hoje, e, ao final desta série, faremos um resumo e compararemos as vantagens e desvantagens de cada um. Esperamos que esta informação seja valiosa na próxima vez que você precisar implementar um barramento de comunicação serial em seu projeto, ajudando-o a selecionar a opção mais apropriada para o seu circuito.

Neste artigo, estaremos olhando para o padrão de protocolo legado RS-232.

RS-232, que significa Recommended Standard 232, é um padrão de protocolo para dispositivos eletrônicos usado para transmissões de dados entre dispositivos eletrônicos criado em 1960. Em um determinado momento, o RS-232 foi o formato de transmissão de dados mais comumente usado e era principalmente implementado usando uma conexão padrão de 9 pinos D-sub (DB-9). Este padrão ainda é frequentemente usado hoje em vários dispositivos eletrônicos, incluindo computadores, automação e dispositivos médicos.

Cabo DB-9 Clássico, Fonte da Imagem: https://www.digikey.co.uk/product-detail/en/assmann-wsw-components/AK131-2/AE1379-ND/930165

O RS-232 utiliza uma tensão positiva para transmissão de um sinal de nível lógico baixo (0) e uma tensão negativa para transmissão de um sinal de nível lógico alto (1).

Exemplo de sinais RS-232

O princípio de comunicação das comunicações RS-232 é simples. O dispositivo emissor armazena dados em seu buffer e, em seguida, envia os dados através do cabo (ou trilha de PCB), e o receptor então armazena esses dados em seu buffer. Então, o receptor pode ler os dados armazenados.

Para evitar o envio de informações quando não há um receptor conectado, os pinos DTR (Data Transmit Ready) e DSR (Data Set Ready) são usados. Quando esses pinos estão conectados, e a tensão correta é estabelecida por eles pelo receptor, então o dispositivo emissor saberá que o receptor está conectado e pronto.

Se o emissor transmitir os dados muito rapidamente e o receptor não conseguir ler os dados do seu buffer com rapidez suficiente, o buffer transbordará e os dados serão perdidos. Dois outros pinos foram adicionados ao emissor e um ao receptor para prevenir essa situação. Do lado do emissor, o pino é rotulado como RTS (Request to Send - Solicitação para Enviar), e do lado do receptor, é rotulado como CTS (Clear to Send - Pronto para Enviar). O receptor informa ao emissor quando seu buffer está cheio, puxando a tensão deste pino para baixo. Isso indica ao emissor para não enviar mais informações até que o receptor esteja pronto. Isso é conhecido como controle de fluxo de hardware.

Há também mais dois pinos disponíveis para aplicações de telefonia que agora são largamente redundantes. Um é o DCD (Data Carrier Detect - Detecção de Portadora de Dados), que informa a um modem que um sinal analógico está sendo recebido, e o outro é o RI (Ring Indicator - Indicador de Chamada) que indica que um telefone está tocando. Hoje em dia, são praticamente inutilizados.

A última conexão é SG ou Signal Ground (Terra de Sinal), que é a referência de tensão de terra para os dispositivos em comunicação.

Existem dois tipos de dispositivos de comunicação RS-232: DTE (Equipamento Terminal de Dados) e DCE (Equipamento de Comunicação de Dados). Exemplos de DTE incluem um computador, PLC ou outro equipamento que envia comandos. Exemplos de DCE são um modem, câmera, impressora e equipamento de automação em geral.

Dois dispositivos DTE ou dois dispositivos DCE não podem transmitir informações um para o outro. Deve haver um DTE presente que envia comandos para estabelecer comunicações entre dispositivos e um DCE para executar esses comandos.

O RS-232 também pode ser usado para comunicar entre computadores usando modems, conforme mostrado abaixo:

Alternativamente, pode-se usar a fiação de Modem Nulo, que elimina a necessidade de um modem

Contudo, para eliminar a necessidade dos fios DSR e RTS, pacotes de dados do lado do receptor devem ser enviados para indicar quando os dados podem ser enviados e quando não podem. Os pacotes são configurados para XON para sugerir que os dados podem ser enviados e XOFF para sugerir que os dados não podem ser enviados. Isso é conhecido como controle de fluxo por software.

A principal desvantagem de usar RS-232 é que suas comunicações são relativamente lentas comparadas a outros protocolos de comunicação serial. Ele só pode alcançar de forma confiável velocidades de até 128 kbps em muitas aplicações. Outra desvantagem é que o comprimento máximo de cabo com o qual pode trabalhar de forma confiável é de apenas 15 metros. A resistência do fio e os loops de tensão se tornam um problema em cabos de maior distância.

Embora o RS-232 agora não seja comumente usado em novos dispositivos devido aos outros protocolos de comunicação mais modernos disponíveis, dispositivos mais antigos são frequentemente encontrados. Dito isso, até as placas-mãe de computadores mais atuais e de alta tecnologia ainda costumam ter um cabeçalho de porta COM, que expõe o RS-232 se você precisar dele. Ainda há uma quantidade considerável de equipamentos em campo com mais de 10 anos, incluindo dispositivos como impressoras, equipamentos de automação industrial, etc., que requerem programação e manutenção à medida que são utilizados. Para isso, o RS-232 é essencial. Felizmente, existem muitos conversores, como RS-232 para USB, o que significa que ainda podemos nos comunicar com esses dispositivos facilmente.

Resumo

Este artigo examinou algumas características padrão do protocolo RS-232 legado e discutiu algumas de suas vantagens e detalhes de implementação. No próximo artigo, vamos olhar para alguns dos protocolos de comunicação serial alternativos disponíveis. Perdeu alguma coisa? Confira os artigos anteriores desta série: Protocolos de Comunicações Seriais - Introdução e Protocolos de Comunicações Seriais - Parte Dois: UART.

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