Serielles Kommunikationsprotokoll Rs232: Grundlagen, Funktionsweise und Spezifikationen

Eines der ältesten und dennoch beliebtesten Kommunikationsprotokolle, das in Industrie und kommerziellen Produkten verwendet wird, ist das RS232 Communication Protoco l. Der Begriff RS232 steht für "Recommended Standard 232" und ist eine Art serielle Kommunikation, die zur Übertragung von Daten normalerweise in mittleren Entfernungen verwendet wird. Es wurde bereits in den 1960er Jahren eingeführt und hat seinen Weg in viele Anwendungen wie Computerdrucker, Geräte zur Fabrikautomation usw. gefunden. Heute gibt es viele moderne Kommunikationsprotokolle wie RS485, SPI, I2C, CAN usw. Sie können sie bei Interesse überprüfen. In diesem Artikel werden die Grundlagen des RS232-Protokolls und seine Funktionsweise erläutert.

Was ist eine serielle Kommunikation?

In der Telekommunikation wird der Prozess des sequentiellen Sendens von Daten über einen Computerbus als serielle Kommunikation bezeichnet, was bedeutet, dass die Daten Stück für Stück übertragen werden. Während der parallelen Kommunikation werden die Daten in einem Byte (8 Bit) oder Zeichen auf mehreren Datenleitungen oder Bussen gleichzeitig übertragen. Die serielle Kommunikation ist langsamer als die parallele Kommunikation, wird jedoch aus Kosten- und praktischen Gründen für eine lange Datenübertragung verwendet.

Beispiel zu verstehen:

Serielle Kommunikation - Sie schießen mit Maschinengewehren auf ein Ziel, wobei die Kugeln nacheinander das Ziel erreichen.

Parallele Kommunikation - Sie schießen ein Ziel mit einer Schrotflinte, bei der viele Kugeln gleichzeitig erreichen.

Arten der Datenübertragung in der seriellen Kommunikation:

• Asynchrone Datenübertragung - Der Modus, in dem die Datenbits nicht durch einen Takt synchronisiert werden. Der Taktimpuls ist ein Signal, das zur Synchronisation des Betriebs in einem elektronischen System verwendet wird.
• Synchrone Datenübertragung - Der Modus, in dem die Datenbits durch einen Takt synchronisiert werden.

Merkmale der seriellen Kommunikation:

• Die Baudrate wird verwendet, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu messen. Es wird als die Anzahl der Bits beschrieben, die in einer Sekunde vergehen. Wenn beispielsweise die Baudrate 200 beträgt, werden 200 Bit pro Sekunde übergeben. In Telefonleitungen betragen die Baudraten 14400, 28800 und 33600.
• Stop Bits werden für ein einzelnes Paket verwendet, um die Übertragung zu stoppen, die als "T" bezeichnet wird. Einige typische Werte sind 1, 1,5 und 2 Bit.
• Paritätsbit ist die einfachste Form der Fehlerprüfung. Es gibt vier Arten, nämlich gerade ungerade, markierte und beabstandete. Wenn beispielsweise 011 eine Zahl ist, ist das Paritätsbit = 0, dh gerade Parität, und die Parität = 1, dh ungerade Parität.

Was ist RS232?

RS232C „Recommended Standard 232C“ ist die neueste Version von Standard 25 Pin, während RS232D 22 Pins hat. Beim neuen männlichen D-Typ des PCs mit 9 Pins.

RS232 ist ein Standardprotokoll für die serielle Kommunikation. Es wird zum Verbinden von Computern und Peripheriegeräten verwendet, um den seriellen Datenaustausch zwischen ihnen zu ermöglichen. Da erhält es die Spannung für den Pfad, der für den Datenaustausch zwischen den Geräten verwendet wird. Es wird in der seriellen Kommunikation bis zu 50 Fuß mit einer Geschwindigkeit von 1,492 kbps verwendet. Wie von EIA definiert, wird der RS232 zum Verbinden von Datenübertragungsgeräten (DTE) und Datenkommunikationsgeräten (DCE) verwendet.

Universeller asynchroner Datenempfänger und -sender (UART), der in Verbindung mit RS232 zum Übertragen von Daten zwischen Drucker und Computer verwendet wird. Die Mikrocontroller sind nicht in der Lage, solche Spannungspegel zu verarbeiten. Die Anschlüsse sind zwischen RS232-Signalen angeschlossen. Diese Anschlüsse werden als DB-9-Anschluss als serielle Schnittstelle bezeichnet und bestehen aus zwei Typen von Stecker (DTE) und Buchse (DCE).

Elektronische Spezifikationen

Lassen Sie uns die elektrischen Spezifikationen von RS232 unten diskutieren:

• Spannungspegel: RS232 wird auch als Erdungs- und 5-V-Pegel verwendet. Binär 0 arbeitet mit Spannungen bis + 5V bis + 15VDC. Es wird als "EIN" oder Abstand (Hochspannungspegel) bezeichnet, während Binär 1 mit Spannungen von bis zu -5 V bis -15 VDC arbeitet. Es wird als "AUS" oder Markierung (Niederspannungspegel) bezeichnet.
• Empfangsspannungspegel: Binär 0 arbeitet mit den empfangenen Signalspannungen bis + 3V bis +13 VDC und Binär 1 arbeitet mit Spannungen bis -3V bis -13 VDC.
• Leitungsimpedanzen: Die Impedanz der Drähte beträgt bis zu 3 Ohm bis 7 Ohm und die maximale Kabellänge beträgt 15 Meter, aber die neue maximale Länge in Bezug auf die Kapazität pro Längeneinheit.
• Betriebsspannung: Die Betriebsspannung beträgt max. 250 V AC.
• Stromstärke : Die Stromstärke beträgt max. 3 Ampere.
• Spannungsfestigkeit: 1000 VAC min.
• Anstiegsrate: Die Änderungsrate der Signalpegel wird als Anstiegsrate bezeichnet. Mit seiner Anstiegsgeschwindigkeit beträgt bis zu 30 V / Mikrosekunde und die maximale Bitrate beträgt 20 kbps.

Wie funktioniert RS232?

RS232 arbeitet mit der bidirektionalen Kommunikation, bei der Daten untereinander ausgetauscht werden. Es sind zwei Geräte miteinander verbunden: (DTE) Datenübertragungsgeräte und (DCE) Datenkommunikationsgeräte mit Pins wie TXD, RXD und RTS und CTS. Aus der DTE- Quelle generiert das RTS nun die Anforderung zum Senden der Daten. Von der anderen Seite löscht DCE, das CTS, den Pfad zum Empfangen der Daten. Nach dem Löschen eines Pfades gibt es ein Signal an RTS der DTE- Quelle, um das Signal zu senden. Dann werden die Bits von DTE zu DCE übertragen. Nun nochmal von DCEQuelle, die Anforderung kann durch RTS und CTS von DTE- Quellen erzeugt werden, löscht den Pfad zum Empfangen der Daten und gibt ein Signal zum Senden der Daten. Dies ist der gesamte Prozess, durch den die Datenübertragung stattfindet.

TXD	SENDER
RXD	EMPFÄNGER
RTS	ANTRAG AUF SENDEN
CTS	KLAR ZU SENDEN
GND	BODEN

Zum Beispiel: Die auf logisch 1 gesetzten Signale, dh -12V. Die Datenübertragung beginnt mit dem nächsten Bit und um dies zu informieren, sendet DTE das Startbit an DCE. Das Startbit ist immer '0', dh +12 V und die nächsten 5 bis 9 Zeichen sind Datenbits. Wenn wir ein Paritätsbit verwenden, können 8-Bit-Daten übertragen werden, während, wenn keine Parität verwendet wird, 9 Bits übertragen werden. Die Stoppbits werden vom Sender gesendet, dessen Werte nach der Datenübertragung 1, 1,5 oder 2 Bits betragen.

Mechanische Spezifikation

Für mechanische Spezifikationen müssen wir zwei Arten von Steckverbindern untersuchen, nämlich DB-25 und DB-9. In DB-25 sind 25 Pins verfügbar, die für viele Anwendungen verwendet werden, aber einige Anwendungen haben nicht die gesamten 25 Pins verwendet. Der 9-polige Stecker ist daher für die Bequemlichkeit der Geräte und Ausrüstungen ausgelegt.

Hier diskutieren wir nun den DB-9- Pin-Stecker, der für die Verbindung zwischen Mikrocontrollern und Stecker verwendet wird. Es gibt zwei Arten: Stecker (DTE) und Buchse (DCE). Es gibt 5 Stifte in der oberen Reihe und 4 Stifte in der unteren Reihe. Es wird oft als DE-9- oder D-Stecker bezeichnet.

Pin-Struktur des DB-9-Steckers:

Pin Beschreibung DB-9 Anschluss:

PIN-Nr.	Pin Name	Pin Beschreibung
1	CD (Carrier Detect)	Eingehendes Signal von DCE
2	RD (Daten empfangen)	Empfängt eingehende Daten von DTE
3	TD (Daten übertragen)	Ausgehende Daten an DCE senden
4	DTR (Data Terminal Ready)	Ausgehendes Handshake-Signal
5	GND (Signalmasse)	Gemeinsame Referenzspannung
6	DSR (Data Set Ready)	Eingehendes Handshake-Signal
7	RTS (Anfrage zum Senden)	Ausgangssignal zur Durchflussregelung
8	CTS (Clear to Send)	Eingehendes Signal zur Durchflussregelung
9	RI (Ringanzeige)	Eingehendes Signal von DCE

Was ist Händeschütteln?

Handshaking ist der Prozess, mit dem das Signal von DTE zu DCE übertragen wird, um die Verbindung vor der eigentlichen Datenübertragung herzustellen. Die Nachrichtenübermittlung zwischen Sender und Empfänger kann per Handshake erfolgen.

Es gibt drei Arten von Handshake-Prozessen:

Kein Händedruck:

Wenn kein Handshake stattfindet, liest DCE die bereits empfangenen Daten, während DTE die nächsten Daten überträgt. Alle empfangenen Daten werden an einem Speicherort gespeichert, der als Empfängerpuffer bezeichnet wird. Dieser Puffer kann nur ein Bit speichern, daher muss der Empfänger den Speicherpuffer lesen, bevor das nächste Bit eintrifft. Wenn der Empfänger das gespeicherte Bit im Puffer nicht lesen kann und das nächste Bit eintrifft, geht das gespeicherte Bit verloren.

Wie in Abbildung unten gezeigt, war ein Empfänger nicht in der Lage der 4 lesen ^th Bit bis zum 5 - ^ten Bit Ankunft und dieses Ergebnis von 4 zwingende ^th um 5 Bit - ^te Bit und 4 ^th Bit verloren geht.

Hardware-Handshaking:

• Es verwendet bestimmte serielle Schnittstellen, dh RTS & CTS, um den Datenfluss zu steuern.
• In diesem Prozess fragt der Sender den Empfänger, ob er bereit ist, Daten zu empfangen, und der Empfänger überprüft den Puffer, ob er leer ist. Wenn er leer ist, gibt er dem Sender ein Signal, dass ich bereit bin, Daten zu empfangen.
• Der Empfänger gibt dem Sender das Signal, keine Daten zu senden, während bereits empfangene Daten nicht gelesen werden können.
• Sein Arbeitsprozess ist der gleiche wie oben beim Händeschütteln beschrieben.

Software-Handshaking:

• In diesem Prozess gibt es zwei Formen, nämlich X-ON und X-OFF. Hier ist 'X' der Sender.
• X-ON ist der Teil, in dem die Datenübertragung fortgesetzt wird.
• X-OFF ist der Teil, in dem die Datenübertragung unterbrochen wird.
• Es wird verwendet, um den Datenfluss zu steuern und Verluste während der Übertragung zu verhindern.

Anwendungen der RS232-Kommunikation

• Die serielle RS232-Kommunikation wird in PCs der alten Generation zum Anschließen von Peripheriegeräten wie Maus, Drucker, Modem usw. verwendet.
• Heutzutage wird RS232 durch fortschrittliches USB ersetzt.
• Es wird auch in SPS-Maschinen, CNC-Maschinen und Servoreglern verwendet, da es weitaus billiger ist.
• Es wird immer noch von einigen Mikrocontroller-Karten, Belegdruckern, POS-Systemen (Point of Sale System) usw. verwendet.