Πρωτόκολλο σειριακής επικοινωνίας Rs232: βασικά στοιχεία, εργασία & προδιαγραφές

Ένα από τα παλαιότερα, αλλά δημοφιλή πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιμοποιείται σε βιομηχανίες και εμπορικά προϊόντα είναι το RS232 Communication Protoco l. Ο όρος RS232 σημαίνει "Συνιστώμενο πρότυπο 232" και είναι ένας τύπος σειριακής επικοινωνίας που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δεδομένων κανονικά σε μεσαίες αποστάσεις. Παρουσιάστηκε τη δεκαετία του 1960 και έχει βρεθεί σε πολλές εφαρμογές όπως εκτυπωτές υπολογιστών, συσκευές αυτοματισμού εργοστασίου κ.λπ. Σήμερα υπάρχουν πολλά σύγχρονα πρωτόκολλα επικοινωνίας όπως τα RS485, SPI, I2C, CAN κ.λπ.. μπορείτε να τα ελέγξετε αν ενδιαφέρεστε. Σε αυτό το άρθρο, θα κατανοήσουμε τα βασικά του Πρωτοκόλλου RS232 και πώς λειτουργεί.

Τι είναι η σειριακή επικοινωνία;

Στις τηλεπικοινωνίες, η διαδικασία αποστολής δεδομένων διαδοχικά μέσω ενός διαύλου υπολογιστή ονομάζεται σειριακή επικοινωνία, πράγμα που σημαίνει ότι τα δεδομένα θα μεταδίδονται λίγο-λίγο. Ενώ σε παράλληλη επικοινωνία τα δεδομένα μεταδίδονται σε byte (8 bit) ή χαρακτήρα σε πολλές γραμμές δεδομένων ή λεωφορεία κάθε φορά. Η σειριακή επικοινωνία είναι πιο αργή από την παράλληλη επικοινωνία αλλά χρησιμοποιείται για μακρά μετάδοση δεδομένων λόγω χαμηλότερου κόστους και πρακτικών λόγων.

Παράδειγμα για κατανόηση:

Σειριακή επικοινωνία - πυροβολείτε έναν στόχο χρησιμοποιώντας πολυβόλα, όπου οι σφαίρες φτάνουν μία προς μία στον στόχο.

Παράλληλη επικοινωνία - πυροβολείτε έναν στόχο χρησιμοποιώντας ένα κυνηγετικό όπλο, όπου φτάνουν πολλές φορές οι σφαίρες ταυτόχρονα.

Τρόποι μεταφοράς δεδομένων σε σειριακή επικοινωνία:

• Ασύγχρονη μεταφορά δεδομένων - Ο τρόπος με τον οποίο τα bit των δεδομένων δεν συγχρονίζονται με παλμό ρολογιού. Ο παλμός ρολογιού είναι ένα σήμα που χρησιμοποιείται για συγχρονισμό λειτουργίας σε ένα ηλεκτρονικό σύστημα.
• Σύγχρονη μεταφορά δεδομένων - Ο τρόπος με τον οποίο τα bit των δεδομένων συγχρονίζονται με παλμό ρολογιού.

Χαρακτηριστικά της σειριακής επικοινωνίας:

• Ο ρυθμός Baud χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ταχύτητας μετάδοσης. Περιγράφεται ως ο αριθμός των bit που περνούν σε ένα δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, εάν ο ρυθμός baud είναι 200 ​​τότε 200 bit ανά δευτερόλεπτο πέρασαν Στις τηλεφωνικές γραμμές, οι ρυθμοί baud θα είναι 14400, 28800 και 33600.
• Τα Stop Bits χρησιμοποιούνται για ένα μόνο πακέτο για να σταματήσουν τη μετάδοση που δηλώνεται ως "T". Ορισμένες τυπικές τιμές είναι 1, 1,5 & 2 bits.
• Το Parity Bit είναι η απλούστερη μορφή ελέγχου των σφαλμάτων. Υπάρχουν τέσσερα είδη, δηλαδή, ακόμη και περίεργα, επισημασμένα και με απόσταση. Για παράδειγμα, εάν το 011 είναι ένας αριθμός, το bit ισοτιμίας = 0, δηλαδή, η ισοτιμία και η ισοτιμία = 1, δηλαδή η περιττή ισοτιμία.

Τι είναι το RS232;

RS232C Το «Συνιστώμενο πρότυπο 232C» είναι η πρόσφατη έκδοση του Standard 25 pin, ενώ το RS232D είναι 22 pin. Στο αρσενικό D-type του νέου υπολογιστή που είναι 9 ακίδων.

Το RS232 είναι ένα τυπικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για σειριακή επικοινωνία, χρησιμοποιείται για τη σύνδεση υπολογιστή και των περιφερειακών συσκευών του για να επιτρέπει την ανταλλαγή σειριακών δεδομένων μεταξύ τους. Καθώς λαμβάνει την τάση για τη διαδρομή που χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ των συσκευών. Χρησιμοποιείται σε σειριακή επικοινωνία έως 50 πόδια με ρυθμό 1,492kbps. Όπως ορίζει η ΕΠΕ, το RS232 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση εξοπλισμού μετάδοσης δεδομένων (DTE) και εξοπλισμού επικοινωνίας δεδομένων (DCE).

Universal Asynchronous Data Receiver & Transmitter (UART) που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με RS232 για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ εκτυπωτή και υπολογιστή. Οι μικροελεγκτές δεν είναι σε θέση να χειριστούν τέτοιου είδους επίπεδα τάσης, οι σύνδεσμοι συνδέονται μεταξύ των σημάτων RS232. Αυτοί οι σύνδεσμοι είναι γνωστοί ως DB-9 Connector ως σειριακή θύρα και είναι δύο τύπων Male male (DTE) & Female Connector (DCE).

Ηλεκτρικές προδιαγραφές

Ας συζητήσουμε τις ηλεκτρικές προδιαγραφές του RS232 που δίνονται παρακάτω:

• Επίπεδα τάσης: Το RS232 χρησιμοποιείται επίσης ως επίπεδο γείωσης & 5V. Το δυαδικό 0 λειτουργεί με τάσεις έως + 5V έως + 15Vdc. Ονομάζεται «ON» ή απόσταση (επίπεδο υψηλής τάσης) ενώ το Binary 1 λειτουργεί με τάσεις έως -5V έως -15Vdc. Ονομάζεται «OFF» ή σήμανση (επίπεδο χαμηλής τάσης).
• Επίπεδο τάσης λαμβανόμενου σήματος: Το δυαδικό 0 λειτουργεί στις λαμβανόμενες τάσεις σήματος έως + 3V έως +13 Vdc & το δυαδικό 1 λειτουργεί με τάσεις έως -3V έως -13 Vdc.
• Αντίσταση γραμμής: Η σύνθετη αντίσταση καλωδίων είναι έως 3 ohms έως 7 ohms & το μέγιστο μήκος καλωδίου είναι 15 μέτρα, αλλά νέο μέγιστο μήκος από την άποψη της χωρητικότητας ανά μήκος μονάδας.
• Τάση λειτουργίας: Η τάση λειτουργίας θα είναι 250v AC max.
• Τρέχουσα βαθμολογία: Η τρέχουσα βαθμολογία θα είναι 3 Amps max.
• Διηλεκτρική τάση αντοχής: 1000 VAC min.
• Ρυθμός Slew: Ο ρυθμός αλλαγής των επιπέδων σήματος ονομάζεται Slew Rate. Με το ρυθμό περιστροφής είναι έως 30 V / microsecond και ο μέγιστος ρυθμός bit θα είναι 20 kbps.

Πώς λειτουργεί το RS232;

Το RS232 λειτουργεί στην αμφίδρομη επικοινωνία που ανταλλάσσει δεδομένα μεταξύ τους. Υπάρχουν δύο συσκευές συνδεδεμένες μεταξύ τους, (DTE) Εξοπλισμός μετάδοσης δεδομένων & (DCE) Εξοπλισμός επικοινωνίας δεδομένων που έχει τις ακίδες όπως TXD, RXD και RTS & CTS. Τώρα, από την πηγή DTE, το RTS δημιουργεί το αίτημα για αποστολή των δεδομένων. Στη συνέχεια, από την άλλη πλευρά, το DCE, το CTS, καθαρίζει τη διαδρομή για τη λήψη των δεδομένων. Μετά την εκκαθάριση μιας διαδρομής, θα δώσει ένα σήμα στο RTS της πηγής DTE για αποστολή του σήματος. Στη συνέχεια, τα bit μεταδίδονται από το DTE στο DCE. Τώρα και πάλι από το DCEπηγή, το αίτημα μπορεί να δημιουργηθεί από RTS και CTS των πηγών DTE καθαρίζει τη διαδρομή για τη λήψη των δεδομένων και δίνει ένα σήμα για την αποστολή των δεδομένων. Αυτή είναι η όλη διαδικασία μέσω της οποίας γίνεται η μετάδοση δεδομένων.

TXD	ΠΟΜΠΟΣ
RXD	ΔΕΚΤΗΣ
RTS	ΑΙΤΗΣΗ ΑΠΟΣΤΟΛΗΣ
CTS	ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΟΛΗΣ
GND	ΕΔΑΦΟΣ

Για παράδειγμα: Τα σήματα ρυθμίζονται στη λογική 1, δηλαδή -12V. Η μετάδοση δεδομένων ξεκινά από το επόμενο bit και για να το ενημερώσει, το DTE στέλνει bit έναρξης στο DCE. Το bit έναρξης είναι πάντα «0», δηλαδή, +12 V & οι επόμενοι 5 έως 9 χαρακτήρες είναι bit δεδομένων. Εάν χρησιμοποιούμε bit ισοτιμίας, τότε μπορούν να μεταδοθούν δεδομένα 8 bit, ενώ εάν δεν χρησιμοποιείται, τότε μεταδίδονται 9 bit. Τα bit διακοπής αποστέλλονται από τον πομπό των οποίων οι τιμές είναι 1, 1,5 ή 2 bit μετά τη μετάδοση δεδομένων.

Μηχανική προδιαγραφή

Για μηχανικές προδιαγραφές, πρέπει να μελετήσουμε δύο τύπους συνδετήρων που είναι DB-25 και DB-9. Στο DB-25, υπάρχουν 25 ακίδες που χρησιμοποιούνται για πολλές από τις εφαρμογές, αλλά μερικές από τις εφαρμογές δεν χρησιμοποίησαν τις 25 ακίδες. Έτσι, ο συνδετήρας 9 ακίδων είναι κατασκευασμένος για την ευκολία των συσκευών και του εξοπλισμού

Τώρα, εδώ συζητάμε την υποδοχή ακίδων DB-9 που χρησιμοποιείται για σύνδεση μεταξύ μικροελεγκτών και βύσματος. Αυτά είναι δύο τύπων: Male Connector (DTE) & Female Connector (DCE). Υπάρχουν 5 καρφίτσες στην επάνω σειρά και 4 καρφίτσες στην κάτω σειρά. Ονομάζεται συχνά DE-9 ή D-type connector.

Δομή ακίδων του συνδετήρα DB-9:

Καρφίτσα Περιγραφή DB-9 Connector:

Αρ. PIN	Όνομα καρφιτσώματος	Περιγραφή καρφίτσας
1	CD (Ανίχνευση φορέα)	Εισερχόμενο σήμα από DCE
2	RD (Λήψη δεδομένων)	Λαμβάνει εισερχόμενα δεδομένα από το DTE
3	TD (Μετάδοση δεδομένων)	Αποστολή εξερχόμενων δεδομένων στο DCE
4	DTR (έτοιμο για τερματικό δεδομένων)	Εξερχόμενο σήμα χειραψίας
5	GND (Γείωση σήματος)	Κοινή τάση αναφοράς
6	DSR (Σετ δεδομένων έτοιμο)	Εισερχόμενο σήμα χειραψίας
7	RTS (Αίτημα αποστολής)	Εξερχόμενο σήμα για τον έλεγχο της ροής
8	CTS (Απαλοιφή για αποστολή)	Εισερχόμενο σήμα για τον έλεγχο της ροής
9	RI (Ένδειξη δακτυλίου)	Εισερχόμενο σήμα από DCE

Τι είναι η χειραψία;

Η χειραψία είναι η διαδικασία που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά του σήματος από το DTE στο DCE για τη σύνδεση πριν από την πραγματική μεταφορά δεδομένων. Η ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ πομπού και δέκτη μπορεί να γίνει με χειραψία.

Υπάρχουν 3 τύποι διαδικασιών χειραψίας που ονομάζονται: -

Χωρίς χειραψία:

Εάν δεν υπάρχει χειραψία, τότε το DCE διαβάζει τα ήδη ληφθέντα δεδομένα ενώ το DTE μεταδίδει τα επόμενα δεδομένα. Όλα τα ληφθέντα δεδομένα αποθηκεύονται σε μια θέση μνήμης γνωστή ως buffer του δέκτη. Αυτό το buffer μπορεί να αποθηκεύσει μόνο ένα bit, οπότε ο δέκτης πρέπει να διαβάσει το buffer μνήμης πριν φτάσει το επόμενο bit. Εάν ο δέκτης δεν είναι σε θέση να διαβάσει το αποθηκευμένο bit στο buffer και φτάσει το επόμενο bit τότε το αποθηκευμένο bit θα χαθεί.

Όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, ένας δέκτης δεν ήταν σε θέση να διαβάσει τα 4 ^ου bit μέχρι το 5 ^ου άφιξη bit και αυτό το αποτέλεσμα επιτακτικούς του 4 ^ου bit κατά 5 ^ου bit και 4 ^ου bit χάνεται.

Χειραψία υλικού:

• Χρησιμοποιεί συγκεκριμένες σειριακές θύρες, π.χ. RTS & CTS για τον έλεγχο της ροής δεδομένων.
• Σε αυτήν τη διαδικασία, ο πομπός ζητά από τον δέκτη ότι είναι έτοιμος να λάβει δεδομένα και τότε ο δέκτης ελέγχει το buffer ότι είναι άδειο, εάν είναι άδειο, τότε θα δώσει σήμα στον πομπό ότι είμαι έτοιμος να λάβω δεδομένα.
• Ο δέκτης δίνει το σήμα στον πομπό να μην στέλνει δεδομένα ενώ τα ήδη ληφθέντα δεδομένα δεν μπορούν να διαβαστούν.
• Η διαδικασία εργασίας του είναι ίδια όπως περιγράφεται παραπάνω στη χειραψία.

Χειραψία λογισμικού:

• Σε αυτήν τη διαδικασία, υπάρχουν δύο μορφές, δηλαδή, X-ON & X-OFF. Εδώ, το «Χ» είναι ο πομπός.
• Το X-ON είναι το μέρος στο οποίο συνεχίζει τη μετάδοση δεδομένων.
• Το X-OFF είναι το μέρος στο οποίο σταματά τη μετάδοση δεδομένων.
• Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ροής δεδομένων και την πρόληψη της απώλειας κατά τη μετάδοση.

Εφαρμογές της επικοινωνίας RS232

• Η σειριακή επικοινωνία RS232 χρησιμοποιείται σε υπολογιστές παλαιάς γενιάς για τη σύνδεση περιφερειακών συσκευών όπως ποντίκι, εκτυπωτές, μόντεμ κ.λπ.
• Σήμερα, το RS232 αντικαθίσταται από προηγμένο USB.
• Χρησιμοποιείται επίσης σε μηχανήματα PLC, μηχανήματα CNC και σερβο ελεγκτές επειδή είναι πολύ φθηνότερο.
• Χρησιμοποιείται ακόμη από ορισμένες πλακέτες μικροελεγκτών, εκτυπωτές παραλαβών, σύστημα σημείων πώλησης (PoS) κ.λπ.