на 2025/01/5 5,772

Как работает RS-232?

RS-232 является широко используемым стандартом для последовательной связи, разработанной в 1970 году, чтобы разрешить такие устройства, как компьютеры и модемы для обмена данными.Он работает с простым, точечным соединением, используя набор проводов, которые отправляют и получают данные.В этой статье мы погрузимся в основы RS-232, его функции, ограничения, как он работает, и сравним его с USB, чтобы помочь вам понять, какой протокол связи может лучше всего соответствовать вашим потребностям.

Каталог

RS-232 Обзор и введение

RS-232, также известный как EIA RS-232, является известным стандартом для последовательной связи.Основанная в 1970 году Американской ассоциацией электроники (EIA), наряду с системами Bell Systems и различными производителями модем и компьютерных терминалов, она позволяет устройствам общаться с использованием общего интерфейса.Полное имя этого стандарта является «техническим стандартом для последовательного интерфейса бинарного обмена данными между оборудованием терминала данных (DTE) и оборудованием связи передачи данных (DCE)».

Этот интерфейс обычно используется для последовательной связи, поскольку он обеспечивает простой способ подключения и обмена данными.Первоначально RS-232 использовал 25-контактный разъем DB-25, причем каждый вывод несет определенные сигналы для связи.Позже отрасль перешла к меньшему 9-контактному разъему DB-9, который в настоящее время является наиболее широко используемой версией RS-232.Для промышленных систем управления часто используются лишь несколько линий RS-232, таких как RXD, TXD и GND, что делает его эффективным вариантом для базовых настройки связи.

Ключевые функции и преимущества RS-232

Меньше сигнальных линий

RS-232 использует минимальное количество сигнальных линий по сравнению с другими интерфейсами связи.Стандарт обычно включает в себя 25 линий, но только от 3 до 9 линий обычно используются для связи.Эти строки позволяют полномулуплексной связи, что означает, что данные могут быть отправлены и получены одновременно.В большинстве приложений три основные линии - линия приема (RXD), линия передачи (TXD) и наземная земля сигнала (GND) - все это необходимо.Это делает настройку простой и эффективной для устройств, которые не требуют сложных соединений.

Гибкий выбор скорости передачи

RS-232 предлагает ряд тарифов на передачу, а это означает, что вы можете выбрать скорость, которая лучше всего подходит для ваших устройств.Стандарт включает в себя варианты от 50 до 19200 бит / с, с различными скоростями между ними.Эта гибкость позволяет настроить скорость передачи в зависимости от устройства, которое вы подключаете.Более медленные устройства могут работать на более низких скоростях, в то время как более быстрые устройства могут общаться с более высокими скоростями, обеспечивая совместимость с широким спектром оборудования.

Негативная логическая передача

Стандарт RS -232 использует отрицательное напряжение для логики «1» (в диапазоне от -5 В до -15 В) и положительное напряжение для логики «0» (от +5 В до +15 В).Этот метод помогает улучшить способность системы сопротивляться помехи, делая сигнал более стабильным на большие расстояния.Шумостойкость RS-232 составляет около 2 В, а это означает, что приемник все еще может интерпретировать сигналы, даже если они немного выключены, что делает его более надежным в средах с электрическим шумом.

Длинное расстояние передачи

RS-232 может передавать данные на относительно больших расстояниях по сравнению с другими стандартами связи.Типичное расстояние передачи составляет до 30 метров, но его можно расширить с определенными конфигурациями.Например, использование петли тока 20 мА с фотоэлектрической изоляцией может увеличить диапазон до 1000 метров.Добавление модема в настройку RS-232 также может увеличить расстояние, что позволяет общаться над проводными, беспроводными или оптическими волоконными соединениями.

Два физических интерфейса

RS-232 поддерживает два основных типа физических разъемов: 25-контактный разъем DB-25 и 9-контактный разъем DB-9.Разъем DB-25 обычно встречается на старых устройствах и промышленном оборудовании, в то время как разъем DB-9 стал стандартом для большинства персональных компьютеров.В конце контакта разъем, как правило, находится на стороне оборудования связи передачи данных (DCE), в то время как сокет находится на стороне оборудования для терминала данных (DTE).Это обеспечивает легкую настройку связи между устройствами с совместимыми разъемами.

Ограничения и недостатки RS-232

Высокие уровни сигнала

Одна из проблем использования RS-232 заключается в том, что уровни сигналов выше, чем то, что могут обрабатывать некоторые схемы, что может повредить чипу интерфейса.Это особенно проблематично, потому что RS-232 не совместим с уровнями TTL (транзистор-транзисторная логика), обычно используемые в других устройствах.Чтобы подключить RS-232 с цепями на основе TTL, вам понадобится схема преобразования уровня.Это добавляет сложность и стоимость настройки, особенно в системах, где требуется точная совместимость.

Низкая скорость передачи

RS-232 имеет относительно низкую скорость передачи, особенно по сравнению с более новыми стандартами связи.Максимальная скорость передачи в асинхронном режиме составляет около 20 кбит / с, что может ограничить его использование для высокоскоростных приложений.Например, при использовании с такими платами разработки, как CPLDS (сложные программируемые логические устройства), скорость передачи часто ограничивается при 19200 бит / с.Эта более медленная ставка может быть недостатком при работе с современными устройствами, которые требуют более высокой скорости передачи данных.

Подвержены шуму вмешательство

RS-232 использует общий метод передачи земли, в котором сигнальная линия и обратная линия сигнала используются вместе для передачи данных.Этот тип установки может сделать систему более восприимчивой к интерференции общего мода, что означает шум от других электрических устройств или систем может повлиять на качество сигнала.В результате RS-232 обладает относительно слабой сопротивлением электрическому шуму, что может привести к ошибкам данных, особенно в средах с большим количеством электронных помех.

Ограниченное расстояние передачи

Другим ограничением RS-232 является его расстояние передачи.В то время как стандартное расстояние передачи составляет 50 футов, на практике надежное расстояние часто намного короче, около 15 метров.Это может ограничить его использование в более крупных настройках, где устройства расположены далеко друг от друга.Несмотря на то, что существуют способы расширить диапазон, такие как использование модемов или специальных методов передачи, он по -прежнему остается недостатком по сравнению с другими интерфейсами связи, которые поддерживают большие расстояния.

Как работает общение RS-232

Ниже объясняется, как работает последовательная связь RS-232, сосредотачиваясь на процессе между компьютером и модемом.Он описывает взаимодействие сигналов RS-232, когда модем находится в режиме ответа, предполагая, что модем является полнодуплексным и использующим RS-232 для связи.

Первоначальная настройка и мониторинг

Когда вы начинаете использовать связь RS-232, процесс начинается с компьютера и модема в состоянии холостого хода.Сигналы RTS (запрос на отправку) и CTS (Clear To Send) активны, что указывает на то, что устройства готовы к общению.На этом этапе программное обеспечение для коммуникации компьютера контролирует индикатор кольца (RI), чтобы обнаружить, есть ли входящий вызов или данные.Как только сигнал RI включается, программное обеспечение знает, что пришло время начать процесс соединения.

Запуск соединения

Как только компьютер обнаруживает сигнал RI, он подсчитывает, сколько раз индикатор кольца переключается между включенным и выключенным.После достижения заданного количества колец, программа связи компьютера отправляет сигнал DTR (готовый к терминалу данных).Это действие заставляет модем уходить за пределами дома, а это означает, что модем готов установить соединение.Затем система ждет около двух секунд, чтобы соответствовать нормативным требованиям, прежде чем продолжить процесс.

Модем готовится к общению

После ожидания необходимого времени модем начинает подготовить соединение, отправляя сигнал DSR (набор данных).Это говорит компьютеру, что модем теперь готов установить ссылку на связь.Компьютер, в свою очередь, продолжает контролировать сигнал DSR, и как только он включается, компьютер знает, что модем полностью подготовлен для начала процесса передачи данных.

Установление ссылки данных

Теперь, когда модем готов, компьютер начинает проверять сигнал CD (обнаружение несущей), что подтверждает, что существует ссылка на данные.Когда модем отправляет сигнал CD обратно, компьютер знает, что соединение действительнее и начинает процесс передачи данных.

Полнодуплексная связь

На этом этапе может начаться полнодуплексная связь.Данные передаются с использованием как строки TD (передача данных), так и строки RD (приема данных).Эти две строки позволяют одновременно отправлять и получать данные, что обеспечивает эффективную связь между устройствами.На протяжении всей передачи данных компьютер продолжает контролировать сигнал CD, чтобы гарантировать, что ссылка все еще активна.

Завершение общения

Как только задача связи будет завершена, компьютер отправляет сигнал для деактивации DTR.Это действие побуждает модем прекратить отправку сигнала носителя и отключить сигналы CD и DSR.При завершении соединения модем возвращается к своему первоначальному состоянию холостого хода, а процесс связи заканчивается.

Ограничения расстояния обработки

RS-232 лучше всего подходит для общения с коротким дистанцией, особенно на расстояниях до 12 метров.Для соединений за пределами этого диапазона вам нужно добавить модем, чтобы расширить охват связи.Самый простой метод подключения для RS-232-это трехпроводная установка, где заземление, получение данных и отправка линий данных подключена напрямую.Эта базовая настройка гарантирует, что данные могут быть переданы без дополнительной сложности.

Характеристики RS-232 и технические детали

Механические свойства

В стандартном интерфейсе RS-232 обычно используется 9-контактный или 25-контактный штекер D-типа, причем наиболее часто используется 9-контактный разъем.Интерфейс RS-232C первоначально включал 25 проводов, но только 9 из них обычно используются в большинстве приложений.Эти важные булавки включают:

Обнаружение полученного линейного сигнала (RLSD) - этот вывод используется для обозначения того, что оборудование для передачи данных (DCE) установило связь связи и готово к получению данных.Когда локальный модем получает сигнал носителя от удаленного модема, он активирует эту линию, сигнализируя о клемме для подготовки к приему данных.Он также служит линией обнаружения данных (DCD).

• Полученные данные (RXD) - этот вывод используется для получения последовательных данных из модема (DCE → DTE).Данные протекают через терминал RXD к подключенному устройству.

• Переданные данные (TXD) - этот вывод используется для отправки последовательных данных из терминала (DTE → DCE) в модем.Он передает данные в подключенное устройство.

• Готово терминала данных (DTR) - Когда этот вывод находится в состоянии ON, это указывает на то, что терминал данных (компьютер или устройство) готов и готов к общению.

• Земля (GND) - проволока заземления служит общей контрольной точкой для всех сигналов, обеспечивая стабильную передачу данных.

• Набор данных Готово (DSR) - Когда этот вывод включен, он показывает, что устройство связи (модем) готово отправлять или получать данные.

• Запрос на отправку (RTS) - этот PIN используется для запроса модема для отправки данных.Когда терминал хочет передавать данные, он активирует этот сигнал, чтобы предложить модем ввести состояние отправки.

• Очистить для отправки (CTS) - это сигнал ответа на RTS.Это указывает на то, что модем готов к получению данных с терминала и готов пересылать его.

• Индикация звонка (R) - Когда модем обнаруживает сигнал входящего вызова из телефонной сети, эта линия становится активной, сигнализируя на терминал, который был вызван модем.

Электрические характеристики

Для линий данных TXD и RXD уровни напряжения следующие:

• Логика 1 (Марка): от -3 В до -15V

• Логика 0 (пространство): +3 В до +15 В

Для линий управления, таких как RTS, CTS, DSR, DTR и DCD:

• Активный сигнал (в состоянии) представлен положительным напряжением, в диапазоне от +3 В до +15 В.

• Неактивный сигнал (состояние OFF) представлен отрицательным напряжением, в диапазоне от -3 В до -15 В.

• Стандартный логический уровень для связи RS -232 гарантирует, что когда напряжение превышает ± 3V, сигнал распознается как достоверное, в то время как любое напряжение в диапазоне от -3 В до +3V игнорируется.

Кроме того, любые уровни напряжения за пределами диапазона от -15 В до +15 В считаются бессмысленными и не обрабатываются системой.

RS-232 поддерживает как краткосрочную связь (менее 15 метров), которые могут быть непосредственно подключены с использованием стандартного кабеля RS-232, так и связи на дальние расстояния (более 15 метров), что требует использования модема для расширениядиапазон.

RS-232 против USB: подробное сравнение

RS-232 и USB являются стандартами последовательной связи, но они сильно различаются с точки зрения обработки сигналов, типов соединений и протоколов данных.В то время как RS-232 широко используется и был распространенным интерфейсом в прошлом, USB стал предпочтительным выбором для современных устройств из-за своих расширенных функций и более высоких скоростей.

RS-232 допускает только одно соединение точковой точки.Это означает, что вы можете подключить только один периферийный к одному последовательному порту за раз, и если вы хотите добавить больше устройств, вам необходимо использовать дополнительную последовательную карту или внешнюю коробку переключателя.В более старых системах, таких как MS-DOS, это может означать подключение до четырех устройств с использованием портов COM1, COM2, COM3 и COM4.

С другой стороны, USB предназначен для нескольких соединений и поддерживает более быстрые скорости.Он использует концентратор для подключения нескольких устройств к одному порту, что делает его намного более эффективным для современных настроек.USB также имеет функцию под названием «Serial Interface Engine» (SIE), которая позволяет легко превратить биты данных в удобные байты для передачи.Он может обрабатывать данные в обоих направлениях отдельно, в отличие от RS-232, где переплетены команд и сигналы данных.

USB имеет несколько преимуществ по сравнению с RS-232: • Одно разъем: USB использует стандартную 4-контактную пробку, которая заменяет различные последовательные и параллельные штекеры, которые были распространены в более старых системах.Это упрощает подключение различных устройств, включая мультимедийное и коммуникационное оборудование, к одному универсальному интерфейсу.

• Расширяемая структура дерева: USB поддерживает расширение через концентраторы, позволяя подключить до 127 устройств.Это уменьшает необходимость в нескольких портах и ​​избегает конфликтов при добавлении новых устройств.

• Автоматическая настройка: USB-устройства легко настраивать с помощью функциональности Plug-и Play, что означает, что вы можете подключить их без необходимости устанавливать драйверы или настроить настройки.Он также поддерживает горячую закупку, поэтому вы можете добавлять или удалять устройства во время работы системы.

• Благодарность питания: в отличие от RS-232, USB может обеспечить питание подключенным устройствам, поддерживая устройства с низким энергопотреблением без необходимости отдельного источника питания.USB-шина может обеспечить 5 В мощности и до 500 мА, что делает ее удобной для таких устройств, как клавиатуры, мышей и некоторых периферийных устройств с низкой мощностью.

• Высокоскоростная связь: USB предлагает гораздо более высокие скорости связи, чем RS-232.USB поддерживает три варианта скорости: низкоскоростная (1,5 Мбит / с), полная скорость (12 Мбит / с) и высокоскоростной (480 Мбит / с), намного превосходящие максимум RS-232 115,2 кбит / с.

• Надежная передача данных: USB использует дифференциальную передачу сигналов для передачи данных, что делает ее более надежной против помех.Он также включает функции обнаружения ошибок и коррекции, чтобы гарантировать, что отправленные данные являются правильными и надежными.

• Эффективно: USB упрощает периферическое соединение и снижает общую стоимость систем.Он предлагает практическое и доступное решение для современных компьютеров и устройств.

В то время как RS-232 остается широко используемым в определенных приложениях, особенно в системах мониторинга и управления, введение USB сделало его интерфейсом для большинства современных устройств.Однако для тех, кто все еще работает с устройствами RS-232, конвертер USB/RS-232 может помочь преодолеть разрыв между более новыми USB-портами и более старыми периферийными устройствами RS-232.Это позволяет вам продолжать использовать существующее программное обеспечение и аппаратное обеспечение, используя преимущества более высоких скоростей и удобства USB.USB-шина обеспечивает большую гибкость, с большим количеством устройств, подключенных и более быстрого общения, при этом поддерживая совместимость с более старыми устройствами RS-232.