RS-232 описание интерфейса, назначение линий

Кем был придуман и разработан интерфейс

Интерфейс RS-232(Recommended Standard 232 или просто RS232) был разработан компанией Electronic Industries Association (EIA) в 1962 году. Он был разработан с целью стандартизации передачи данных между устройствами, такими как компьютеры, модемы, терминалы и другие электронные устройства.

RS-232 является серийным интерфейсом, что означает, что данные передаются по одному биту за раз по одному проводу. Интерфейс RS-232 определяет электрические сигналы, протокол передачи данных и коннекторы, используемые для соединения устройств.

Одним из основных разработчиков интерфейса RS-232 была группа инженеров компании IBM, в частности, Боб Уильямсон (Bob Williamson) и Эд Робертс (Ed Roberts). Они сотрудничали с EIA, чтобы определить стандартные спецификации для интерфейса RS-232.

Архитектура последовательного порта

Архитектура последовательного порта RS-232 определяет способ передачи данных между устройствами с использованием этого интерфейса. Она включает в себя различные аспекты, такие как электрические сигналы, протоколы передачи данных и физические соединители.

Электрические сигналы в RS-232 передаются с помощью дифференциальной логики, где каждый бит представлен двумя напряжениями: положительным и отрицательным. Обычно для положительного сигнала используется напряжение от -3 до -15 вольт, а для отрицательного сигнала — от +3 до +15 вольт. Это обеспечивает надежную передачу данных на дальние расстояния.

Протокол передачи данных в RS-232 включает в себя стартовый бит, биты данных, бит проверки паритета и стоповые биты. Стартовый бит сигнализирует о начале передачи данных и всегда имеет значение «0». Биты данных определяют сами данные, которые нужно передать, и обычно их количество варьируется от 5 до 8 бит. Бит проверки паритета используется для обнаружения ошибок в переданных данных. Стоповые биты сигнализируют о завершении передачи данных и всегда имеют значение «1».

Физические соединители в RS-232 включают в себя разъемы и кабели, используемые для соединения устройств. Обычно в RS-232 используются 9-контактные разъемы DB-9 или 25-контактные разъемы DB-25. Кабели могут быть прямыми или перекрещенными в зависимости от типа подключаемых устройств.

Архитектура последовательного порта RS-232 предоставляет простой и надежный способ передачи данных между устройствами. Однако с развитием новых технологий и интерфейсов RS-232 стал устаревать и заменяется более современными интерфейсами, такими как USB, Ethernet и беспроводные технологии связи.

Стандарт последовательной передачи RS-232

Стандарт последовательной передачи RS-232 определяет электрические сигналы, протоколы передачи данных и физические параметры, используемые для связи между устройствами посредством интерфейса RS-232. Вот основные характеристики этого стандарта:

1. Электрические сигналы: RS-232 использует дифференциальную передачу данных, где сигналы представлены как пара напряжений, положительное и отрицательное. Обычно для положительного сигнала используется напряжение от -3 до -15 вольт, а для отрицательного сигнала — от +3 до +15 вольт.
2. Физический интерфейс: RS-232 использует разъемы для соединения устройств. Наиболее распространенными разъемами являются 9-контактный DB-9 и 25-контактный DB-25. Кабели могут быть прямыми или перекрещенными, в зависимости от типа соединяемых устройств.
3. Протокол передачи данных: RS-232 определяет формат передачи данных, который включает стартовый бит, биты данных, бит проверки паритета и стоповые биты. Обычно используется один стартовый бит, 5-8 битов данных, один бит проверки паритета (возможно, его отсутствие) и один или два стоповых бита.
4. Скорость передачи: RS-232 поддерживает различные скорости передачи данных, известные как бод-скорости. Типичные значения включают 300, 1200, 2400, 9600, 19200 бод и так далее. Более высокие скорости передачи данных обычно требуют лучшей электрической изоляции и более коротких кабелей.
5. Управление потоком: RS-232 также предоставляет различные механизмы для управления потоком данных между устройствами. Это может быть аппаратное или программное управление потоком, включая использование специальных сигналов, таких как RTS (Request to Send) и CTS (Clear to Send).

Назначение линий в соответствии со стандартом RS-232

DB-9 разъем:

1. CD (Carrier Detect) — Обнаружение несущей. Используется для указания, что модем или другое подключенное устройство обнаружило активный сигнал несущей от удаленного устройства.
2. RXD (Receive Data) — Прием данных. Используется для получения данных от подключенного устройства.
3. TXD (Transmit Data) — Передача данных. Используется для отправки данных к подключенному устройству.
4. DTR (Data Terminal Ready) — Готовность терминала данных. Используется для указания, что терминал данных (например, компьютер) готов к передаче данных.
5. GND (Signal Ground) — Заземление сигнала. Общий провод для заземления сигналов.
6. DSR (Data Set Ready) — Готовность набора данных. Используется для указания, что удаленный набор данных (например, модем) готов к передаче и приему данных.
7. RTS (Request to Send) — Запрос на передачу. Используется для уведомления удаленного устройства о готовности к передаче данных.
8. CTS (Clear to Send) — Готовность к передаче. Используется для указания, что удаленное устройство готово к приему данных.
9. RI (Ring Indicator) — Индикатор вызова (звонка). Используется для указания, что удаленное устройство получило входящий вызов или другое событие.

DB-25 разъем:

1. PG (Protective Ground) — Заземление. Используется для заземления и защиты от статического электричества.
2. TD (Transmit Data) — Передача данных. Используется для отправки данных к подключенному устройству.
3. RD (Receive Data) — Прием данных. Используется для получения данных от подключенного устройства.
4. RTS (Request to Send) — Запрос на передачу. Используется для уведомления удаленного устройства о готовности к передаче данных.
5. CTS (Clear to Send) — Готовность к передаче. Используется для указания, что удаленное устройство готово к приему данных.
6. DSR (Data Set Ready) — Готовность набора данных. Используется для указания, что удаленный набор данных (например, модем) готов к передаче и приему данных.
7. SG (Signal Ground) — Заземление сигнала. Общий провод для заземления сигналов.
8. CD (Carrier Detect) — Обнаружение несущей. Используется для указания, что модем или другое подключенное устройство обнаружило активный сигнал несущей от удаленного устройства.
9. RC (Ring Indicator) — Индикатор вызова (звонка). Используется для указания, что удаленное устройство получило входящий вызов или другое событие.
10. SR (Secondary Receive) — Вторичный прием. Используется для дополнительного приема данных.
11. TS (Secondary Transmit) — Вторичная передача. Используется для дополнительной передачи данных.
12. DTR (Data Terminal Ready) — Готовность терминала данных. Используется для указания, что терминал данных (например, компьютер) готов к передаче данных.
13. SC (Secondary Carrier Detect) — Вторичное обнаружение несущей. Используется для дополнительного обнаружения активного сигнала несущей от удаленного устройства.
14. TC (Secondary Clear to Send) — Вторичная готовность к передаче. Используется для указания, что удаленное устройство готово к приему дополнительных данных.
15. RR (Secondary Ring Indicator) — Вторичный индикатор вызова (звонка). Используется для указания, что удаленное устройство получило дополнительный входящий вызов или другое событие.
16. ER (Secondary DCE Ready) — Вторичная готовность DCE. Используется для указания, что удаленное DCE (например, модем) готово к передаче дополнительных данных.
17. ETC (Secondary DTE Ready) — Вторичная готовность DTE. Используется для указания, что удаленный DTE (например, компьютер) готов к приему дополнительных данных.
18. ESR (Secondary DCE Signal) — Вторичный сигнал DCE. Используется для дополнительной передачи сигналов DCE.
19. S (Service) — Служебная линия. Используется для служебных целей или специфических функций.
20. DRS (Data Rate Select) — Выбор скорости передачи данных. Используется для установки скорости передачи данных на линии.
21. CS (Clock Select) — Выбор тактовой частоты. Используется для выбора тактовой частоты при передаче данных.
22. SDCD (Secondary Data Carrier Detect) — Вторичное обнаружение несущей данных. Используется для дополнительного обнаружения активного сигнала несущей данных от удаленногоустройства.
23. SCTS (Secondary Clear to Send) — Вторичная готовность к передаче. Используется для указания, что удаленное устройство готово к приему дополнительных данных.
24. SSD (Secondary Data Signal) — Вторичный сигнал данных. Используется для дополнительной передачи сигналов данных.
25. SRTS (Secondary Request to Send) — Вторичный запрос на передачу. Используется для уведомления удаленного устройства о готовности к передаче дополнительных данных.

Универсальный асинхронный приемник – передатчик

Универсальный асинхронный приемник-передатчик (UART, УАПП) – это интегральная схема, используемая для обработки и передачи данных в формате асинхронной последовательной связи. UART является ключевым компонентом в системах передачи данных и обеспечивает интерфейс между микроконтроллерами или процессорами и внешними устройствами через последовательный порт.

Основные функции UART включают:

1. Прием данных: UART принимает входные данные в формате последовательного потока битов. Он считывает данные с линии RXD (Receive Data) и преобразует их в внутренний формат данных для дальнейшей обработки.
2. Передача данных: UART отправляет данные в формате последовательного потока битов. Он преобразует данные из внутреннего формата в последовательность битов и передает их на линию TXD (Transmit Data).
3. Управление потоком: Некоторые UART-контроллеры также поддерживают механизмы управления потоком данных. Это включает сигналы RTS (Request to Send) и CTS (Clear to Send), которые используются для контроля передачи данных между устройствами.
4. Управление параметрами: UART позволяет настраивать различные параметры передачи данных, такие как скорость передачи (бод-скорость), количество битов данных, бит проверки паритета и стоповые биты.

UART может быть встроенным компонентом микроконтроллеров или использоваться в виде отдельной интегральной схемы, подключаемой к микроконтроллеру или процессору через последовательный порт. UART-контроллеры облегчают обмен данными между микроконтроллерами и внешними устройствами, такими как модемы, дисплеи, сенсоры, GPS-модули и другие периферийные устройства.

UART является широко используемым интерфейсом передачи данных и является стандартным компонентом во многих системах связи и управления.

Контроль четности

Контроль четности (Parity Check) — это метод проверки целостности передаваемых данных в асинхронной последовательной связи, используемый в UART и других интерфейсах. Он предназначен для обнаружения ошибок в передаваемых данных.

Контроль четности основан на добавлении дополнительного бита, называемого битом проверки паритета, к каждому передаваемому байту данных. Бит проверки паритета может быть либо «четным» (even parity), либо «нечетным» (odd parity), в зависимости от выбранного режима контроля четности.

В режиме четности (even parity), бит проверки паритета устанавливается таким образом, чтобы количество единиц (1) в передаваемых данных (включая сам бит проверки паритета) было четным. Например, если передаваемые данные содержат нечетное количество единиц, бит проверки паритета будет установлен в 1, чтобы обеспечить четное общее количество единиц.

В режиме нечетности (odd parity), бит проверки паритета устанавливается таким образом, чтобы количество единиц (1) в передаваемых данных (включая сам бит проверки паритета) было нечетным. Если передаваемые данные уже содержат нечетное количество единиц, бит проверки паритета будет установлен в 0, чтобы обеспечить нечетное общее количество единиц.

Приемник, на другом конце связи, проверяет бит проверки паритета в принятых данных и сравнивает его с ожидаемым значением в соответствии с выбранным режимом четности. Если бит проверки паритета не соответствует ожидаемому значению, это указывает на ошибку в передаче данных.

Контроль четности обеспечивает базовую проверку целостности данных, но не может исправить ошибки. Он может обнаружить только ошибки в одиночном бите. В случае обнаружения ошибки, принимающая сторона может запросить повторную передачу данных или принять другие меры для обработки ошибки.

В современных системах связи, таких как USB или Ethernet, контроль четности не является обязательным и редко используется. Однако в некоторых специфических применениях и протоколах связи он может быть включен для повышения надежности передачи данных.

Ослабление электрических сигналов при передаче по линиям связи

При передаче электрических сигналов по линиям связи возникает явление ослабления сигналов, которое может привести к искажению и потере данных. Ослабление сигналов может быть вызвано несколькими факторами:

1. Дистанция: Чем дальше расстояние между источником и приемником, тем больше ослабление сигнала. Электрический сигнал теряет энергию по мере распространения по проводам, что может привести к уменьшению амплитуды сигнала.
2. Сопротивление и импеданс линии: Если сопротивление или импеданс линии связи несоответствуют сопротивлению источника и приемника, происходит отражение сигнала, что приводит к его ослаблению.
3. Шум и помехи: Шум и электромагнитные помехи, такие как интерференция от других источников сигналов или электронного оборудования, могут привести к искажению и ослаблению передаваемых сигналов.
4. Кабельные потери: Кабель, используемый для передачи сигналов, может иметь внутреннее сопротивление, индуктивность и емкость, которые могут вызывать ослабление сигнала.
5. Частотные потери: Сигналы высокой частоты могут подвергаться большему ослаблению, поскольку электрические компоненты линии связи имеют ограниченную пропускную способность.

Для борьбы с ослаблением сигналов при передаче по линиям связи можно применять следующие методы:

1. Использование усилителей сигнала: Усилители сигнала могут усиливать ослабленные сигналы, чтобы компенсировать потери на длинных расстояниях или из-за других факторов ослабления.
2. Использование экранированных кабелей: Экранированные кабели помогают защитить передаваемые сигналы

Сфера применения

RS-232 широко используется в различных сферах, где требуется передача данных между устройствами. Вот некоторые основные сферы применения RS-232:

1. Компьютерные системы: RS-232 был широко использован в компьютерах и периферийных устройствах, таких как модемы, принтеры, сканеры, манипуляторы (мыши), клавиатуры и т.д. Раньше RS-232 использовался для подключения периферийных устройств к компьютеру, но с развитием современных интерфейсов, таких как USB, его использование в компьютерах стало менее распространенным.
2. Промышленная автоматизация: RS-232 используется в системах промышленной автоматизации для связи с различными устройствами, такими как контроллеры, датчики, преобразователи данных, панели оператора и другие периферийные устройства. RS-232 обеспечивает надежную связь в промышленных условиях и является популярным выбором для подключения и управления оборудованием.
3. Телекоммуникации: RS-232 использовался в телекоммуникационном оборудовании, включая модемы, маршрутизаторы и коммутаторы. Он обеспечивает интерфейс для передачи данных между телекоммуникационными устройствами и компьютерами.
4. Медицинское оборудование: RS-232 применяется в медицинском оборудовании для связи и передачи данных между медицинскими устройствами, например, для передачи данных измерения пациента, управления медицинскими приборами и т.д.
5. Автомобильная промышленность: RS-232 использовался в автомобильной промышленности для связи с различными устройствами в автомобилях, такими как системы диагностики автомобиля, GPS-навигационные системы, системы связи и т.д.

Это лишь несколько примеров сфер применения RS-232.

Заключение

В заключение, RS-232 (Recommended Standard 232) — это один из наиболее распространенных стандартов последовательной передачи данных. RS-232 предоставляет простой и надежный интерфейс для связи между различными устройствами, такими как компьютеры, модемы, принтеры и другие периферийные устройства.

RS-232 обеспечивает передачу данных в формате последовательного потока битов и определяет характеристики, такие как напряжение сигналов, биты данных, бит проверки паритета, стартовый и стоповые биты. Он также определяет назначение линий и их значения для передачи данных и управления.

Хотя RS-232 является более старым стандартом и имеет некоторые ограничения, он все еще широко применяется во многих областях, особенно в промышленных и встроенных системах, где требуется простой и надежный интерфейс передачи данных. Он также часто используется в конвертерах интерфейсов для связи с более современными интерфейсами, такими как USB или Ethernet.

В целом, RS-232 является важным стандартом для последовательной передачи данных, который обеспечивает основу для связи между устройствами и обмена информацией.