Подключайтесь к стандарту RS-232 и соответствующим стандартам, часть 1

Высокоскоростные высокопроизводительные интерфейсы проводной связи типа «просто подключи и работай», такие как Ethernet и USB, широко используются. Напротив, технически древний стандарт RS-232 и связанные с ним стандарты кажутся антикварными музейными экспонатами без какого-либо интереса к дизайну.

Однако это упрощенный взгляд на реальность. Хотя этот стандарт не обязательно является первым или очевидным выбором в новых разработках, этот стандарт - наряду с более продвинутыми моделями RS-422, RS-423 и RS-485 - все еще играет роль как в модифицированных, так и в новых разработках.

Q: Что такое RS-232?

A: Это рекомендуемый стандарт (следовательно, префикс «RS») для последовательного соединения между двумя устройствами, такими как компьютер и периферийные устройства (принтер, сканер, клавиатура) или между устройством сбора данных и компьютером или промышленным устройством обнаружения / контроля. система.

Q: Где это используется сейчас? Зачем это изучать?

О: Он устанавливается в основном на устаревшем оборудовании в промышленных условиях или на научном оборудовании, когда подсистема должна быть модернизирована, заменена или сопряжена с существующим оборудованием. Хотя стандарты когда-то были основным способом подключения компьютера к принтеру (даже механическому «телетайпу»), их новое использование в таких ситуациях в настоящее время в основном устарело. Однако может потребоваться подключить устаревший порт RS-232 к USB или Ethernet, и для этого есть доступные адаптеры.

Вопрос: каков фон стандарта?

A: RS-232 был впервые представлен в 1960 году Ассоциацией электронной промышленности (EIA) в качестве рекомендуемого стандарта . Он был определен, чтобы разрешить соединение между любым устройством, настроенным как оборудование для передачи данных (DTE), и любым устройством, настроенным как оборудование для передачи данных (DCE), на расстояние до 50 футов. Контроль над стандартом был в конечном итоге передан Ассоциации индустрии телекоммуникаций (TIA); текущая версия стандарта (редакция F) была выпущена в 1997 году и называется TIA-232-F Интерфейс между оконечным оборудованием данных и оконечным оборудованием передачи данных, использующим последовательный обмен двоичными данными .

В: Что определяет стандарт?

О: В отличие от многих современных стандартов (USB, Ethernet), RS-232 и его родственники обеспечивают лишь грубую основу. Стандарт определяет три фактора: напряжения сигнала, использование сигнальных линий и синхронизацию сигналов и битов между АКД и АКД. Хотя он не определяет, какую информацию или данные представляют биты, ASCII-формат является наиболее распространенным используемым кодированием.

Напряжения сигнала : первоначально определяемые от +3 до +25 В как двоичный 0 (называемый «пробелом» от унаследованных механических телетайпов) и от -3 до -25 В для двоичного 1 (называемый «меткой»), рисунок 1 . По мере расширения приложений и снижения напряжения в цепи многие так называемые системы RS-232 работали при более низких напряжениях и не могли обеспечить полное колебание напряжения. Это часто вызывало проблемы с производительностью межсоединений и эксплуатационной согласованностью.

Рис. 1: Исходный стандарт RS-232 определил пробел (двоичный 0) как от +3 до +25 В и отметку от -3 до -25 В (двоичный 1); последующие версии сузили размах напряжения, чтобы быть совместимыми с цепями низкого напряжения (Источник: Максим Интегрированный )

Сигнальные линии : в стандарте RS-232 определено 25 контактов и разъем, используемый вместе с ним, который называется разъемом DB-25, рис. 2a и 2b . Большинству установок не требуется полный набор из 25 контактов, поэтому обычно использовались подмножества с 15 контактами (DB-15) и даже с 9 контактами (DB-9); В некоторых проприетарных системах используется нестандартный разъем. 25 выводов включают в себя линии данных и линии управления, которые управляют рабочим состоянием канала и осуществляют обратное рукопожатие. Наиболее важными из этих строк являются «Запрос на отправку» (RTS), «Очистка для отправки» (CTS), «Готовность набора данных» (DSR) и «Готовность терминала данных» (DTR).

Рисунок 2: a) Полный стандарт RS-232 требует 25-контактного разъема и соответствующих сигнальных линий (Источник: Сетевой сервис Black Box ); b) (ниже) физический разъем очень велик с точки зрения сегодняшнего дня, и в некоторых случаях также использовались меньшие разъемы, такие как 9-дюймовая версия (Источник: StarTech.com )

Все линии являются «односторонними», что означает, что их напряжения измеряются относительно заземляющего провода в кабеле. Этот несимметричный сигнал и заземление становятся источником проблем на больших расстояниях из-за падения напряжения на заземляющем проводнике и уравновешивания в заземляющем проводе.

Синхронизация сигналов и битов : это асинхронные стандарты, что означает, что между отправителем и получателем нет общих часов, и получатель не пытается извлечь тактовые импульсы из полученного потока данных. Стандарт поддерживает множество скоростей передачи данных, включая 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400 и 19200 бод (обычно это, но не всегда, то же самое, что бит / секунда). DTE и DCE должны быть установлены на одно и то же значение в бодах. Многие «сортирующие» системы RS-232 поддерживают более высокие скорости передачи, но они находятся в пределах определений стандарта и поэтому могут быть несовместимы с другими устройствами.

Синхронизация битов проста и сложна одновременно. Когда нет данных для передачи, линия данных находится в состоянии «метки», также называемой состоянием простоя. Когда есть данные для отправки, строка переходит в состояние пробела на один битовый период для генерации так называемого начального бита. Это предупреждает другой конец ссылки, чтобы проснуться и быть готовым к приему битов. За стартовым битом следуют от пяти до восьми битов данных, в зависимости от настройки системы (наиболее распространенными являются семь и восемь битов данных). LSB отправляется первым, а MSB отправляется последним.

После битов данных следует последовательность стоп-битов, которая состоит из отправки состояния маркировки в течение 1, 1 1/2 или 2 битовых периодов, опять же, в зависимости от настройки системы. Стандарт позволяет пользователю вставлять бит четности (выбор нечетной или четной четности) после последнего бита данных, но перед стоп-битом, чтобы обеспечить скромный уровень обнаружения ошибок, рисунок 3 .

Рис. 3: Эта передача буквы J с использованием кодировки ASCII показывает переход из режима ожидания в начальный бит, за которым следуют 8 бит данных, один бит четности, один стоповый бит и возврат в режим ожидания. (Источник: Electro-Tech-Online )

Часть 2 продолжит объяснение RS-232, а также некоторые расширения стандартных и тестовых вопросов.