Protocol de comunicació en sèrie RS232: conceptes bàsics, funcionament i especificacions

Un dels protocols de comunicació més antics i populars que s’utilitza en indústries i productes comercials és el protocol de comunicació RS232. El terme RS232 significa "Estàndard 232 recomanat" i és un tipus de comunicació en sèrie que s'utilitza per a la transmissió de dades normalment a distàncies mitjanes. Es va introduir als anys seixanta i s’ha trobat en moltes aplicacions com ara impressores d’ordinadors, dispositius d’automatització de fàbrica, etc. Avui en dia hi ha molts protocols de comunicació moderns com el RS485, SPI, I2C, CAN, etc.. En aquest article, entendreem els conceptes bàsics del protocol RS232 i com funciona.

Què és una comunicació en sèrie?

En telecomunicacions, el procés d’enviament de dades seqüencialment a través d’un bus d’ordinador s’anomena comunicació serial, el que significa que les dades es transmetran bit a bit. Mentre que en comunicació paral·lela, les dades es transmeten en un byte (8 bits) o un caràcter en diverses línies de dades o autobusos alhora. La comunicació en sèrie és més lenta que la comunicació paral·lela, però s’utilitza per a la transmissió de dades llarga per motius pràctics i de baix cost.

Exemple per entendre:

Comunicació en sèrie: esteu disparant un objectiu amb metralladores, on les bales arriben una a una a l'objectiu.

Comunicació paral·lela: esteu disparant un objectiu mitjançant una escopeta, on arriben moltes de les bales al mateix temps.

Modes de transferència de dades en comunicació en sèrie:

Transferència de dades asíncrona: el mode en què els bits de dades no es sincronitzen mitjançant un impuls de rellotge. El pols de rellotge és un senyal utilitzat per a la sincronització del funcionament en un sistema electrònic.
Transferència de dades síncrona: el mode en què els bits de dades se sincronitzen mitjançant un pols de rellotge.

Característiques de la comunicació en sèrie:

La velocitat en bauds s’utilitza per mesurar la velocitat de transmissió. Es descriu com el nombre de bits que passen en un segon. Per exemple, si la velocitat de transmissió és de 200, llavors 200 bits per segon passats. A les línies telefòniques, les taxes de transmissió seran de 14400, 28800 i 33600.
Els bits d’aturada s’utilitzen per a un sol paquet per aturar la transmissió que es denota com a “T”. Alguns valors típics són 1, 1,5 i 2 bits.
Parity Bit és la forma més senzilla de comprovar els errors. N’hi ha de quatre tipus, és a dir, senars, marcats i espaiats. Per exemple, si 011 és un número, el bit de paritat = 0, és a dir, paritat parell i la paritat = 1, és a dir, paritat senar.

Què és RS232?

RS232C "Standard Recommended 232C" és la versió recent de Standard 25 pins, mentre que RS232D és de 22 pins. En un nou ordinador masculí de tipus D, que té 9 pins.

RS232 és un protocol estàndard que s’utilitza per a la comunicació en sèrie, s’utilitza per connectar l’ordinador i els seus dispositius perifèrics per permetre l’intercanvi de dades en sèrie entre ells. A mesura que obté la tensió per al camí utilitzat per a l'intercanvi de dades entre els dispositius. S'utilitza en comunicacions en sèrie fins a 50 peus amb una velocitat d'1,492 kbps. Tal com defineix EIA, el RS232 s’utilitza per connectar equips de transmissió de dades (DTE) i equips de comunicació de dades (DCE).

Receptor i transmissor de dades asíncrons universals (UART) que s’utilitza en connexió amb RS232 per transferir dades entre la impressora i l’ordinador. Els microcontroladors no són capaços de manejar aquest tipus de nivells de tensió, els connectors estan connectats entre senyals RS232. Aquests connectors es coneixen com a Connector DB-9 com a port sèrie i són de tipus macho (DTE) i femella (DCE).

Especificacions elèctriques

Analitzem les especificacions elèctriques de RS232 que es donen a continuació:

Nivells de tensió: RS232 també s'utilitza com a nivell de terra i 5V. El binari 0 funciona amb tensions de fins a + 5V a + 15Vdc. S'anomena "ON" o espaiat (nivell d'alta tensió) mentre que el binari 1 funciona amb tensions de fins a -5V a -15Vdc. Es diu com a "OFF" o marcatge (nivell de baixa tensió).
Nivell de tensió del senyal rebut: el binari 0 funciona amb tensions del senyal rebudes de fins a + 3V a +13 Vdc i el binari 1 funciona amb tensions de fins a -3V a -13 Vdc.
Impedàncies de línia: la impedància dels cables és de fins a 3 ohms a 7 ohms i la longitud màxima del cable és de 15 metres, però la nova longitud màxima en termes de capacitat per unitat de longitud.
Voltatge de funcionament: el voltatge de funcionament serà de 250 v CA màx.
Valoració actual: la valoració actual serà de 3 amperes com a màxim.
Voltatge dielèctric de resistència: 1000 VCA mín.
Velocitat de gir : la velocitat de canvi dels nivells de senyal es denomina Velocitat de gir. Amb la seva velocitat de gir és de fins a 30 V / microsegon i la velocitat de bits màxima serà de 20 kbps.

Com funciona RS232?

RS232 treballa en la comunicació bidireccional que intercanvia dades entre si. Hi ha dos dispositius connectats entre si, equips de transmissió de dades (DTE) i equips de comunicació de dades (DCE) que tenen els pins com TXD, RXD i RTS i CTS. Ara, des de la font DTE, el RTS genera la sol·licitud per enviar les dades. A continuació, des de l’altre costat DCE, el CTS, neteja el camí per rebre les dades. Després d'esborrar un camí, donarà un senyal a RTS de la font DTE per enviar el senyal. A continuació, els bits es transmeten de DTE a DCE. Ara de nou de DCEfont, la sol·licitud pot ser generada per RTS i CTS de fonts DTE esborra el camí per rebre les dades i dóna un senyal per enviar-les. Aquest és tot el procés a través del qual es produeix la transmissió de dades.

TXD	TRANSMISSOR
RXD	RECEPTOR
RTS	SOL·LICITUD D'ENVIAMENT
CTS	ESBORRAR PER ENVIAR
GND	TERRA

Per exemple: els senyals configurats a la lògica 1, és a dir, -12V. La transmissió de dades comença a partir del bit següent i, per informar-ho, DTE envia el bit d’inici a DCE. El bit inicial sempre és '0', és a dir, +12 V i els següents 5 a 9 caràcters són bits de dades. Si fem servir bits de paritat, es poden transmetre dades de 8 bits, mentre que si la paritat no s’utilitza, es transmeten 9 bits. Els bits de parada són enviats pel transmissor els valors de la qual són 1, 1,5 o 2 bits després de la transmissió de dades.

Especificació mecànica

Per a les especificacions mecàniques, hem d’estudiar dos tipus de connectors: DB-25 i DB-9. A DB-25, hi ha disponibles 25 pins que s’utilitzen per a moltes de les aplicacions, però algunes de les aplicacions no utilitzaven els 25 pins sencers. Per tant, el connector de 9 pins està fet per a la comoditat dels dispositius i equips.

Ara, aquí estem parlant del connector de pin DB-9 que s’utilitza per a la connexió entre microcontroladors i connector. Aquests són de dos tipus: connector masculí (DTE) i connector femella (DCE). Hi ha 5 pins a la fila superior i 4 pins a la fila inferior. Sovint s’anomena connector DE-9 o tipus D.

Estructura de pin del connector DB-9:

Pin Descripció Connector DB-9:

PIN	Nom del pin	Descripció del pin
1	CD (Detector de l'operador)	Senyal entrant de DCE
2	RD (rebre dades)	Rep dades entrants de DTE
3	TD (Transmet dades)	Enviar dades de sortida a DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	Senyal de sortida de mans
5	GND (terra de senyal)	Voltatge de referència comú
6	DSR (conjunt de dades preparat)	Senyal d’estrenyiment de mans entrant
7	RTS (sol·licitud d'enviament)	Senyal de sortida per controlar el cabal
8	CTS (Esborra per enviar)	Senyal entrant per controlar el flux
9	RI (indicador de timbre)	Senyal entrant de DCE

Què és l'aplicació de mans?

L'aplicació de mans és el procés que s'utilitza per transferir el senyal de DTE a DCE per fer la connexió abans de la transferència real de dades. La missatgeria entre el transmissor i el receptor es pot fer mitjançant una encaixada de mans.

Hi ha 3 tipus de processos d’estrenyiment de mans anomenats com: -

Sense encaixades de mans:

Si no hi ha cap apretament de mans, llavors DCE llegeix les dades ja rebudes mentre DTE transmet les dades següents. Totes les dades rebudes emmagatzemades en una ubicació de memòria coneguda com a memòria intermèdia del receptor. Aquest buffer només pot emmagatzemar un bit, de manera que el receptor ha de llegir el buffer de memòria abans que arribi el següent bit. Si el receptor no és capaç de llegir el bit emmagatzemat a la memòria intermèdia i arriba el bit següent, es perdrà el bit emmagatzemat.

Com es mostra en el diagrama següent, un receptor no va poder llegir la 4 ^º bit fins al 5 ^º arribada bit i aquest resultat primordial de 4 ^º poc a 5 ^èsim bit i 4 ^º es perd poc.

Aproximació de maquinari:

Utilitza ports sèrie específics, és a dir, RTS i CTS per controlar el flux de dades.
En aquest procés, el transmissor demana al receptor que està preparat per rebre dades i, a continuació, el receptor comprova la memòria intermèdia que està buida, si està buida donarà senyal al transmissor que estic preparat per rebre dades.
El receptor dóna el senyal al transmissor perquè no enviï cap dada mentre les dades ja rebudes no es poden llegir.
El seu procés de treball és el mateix que el descrit anteriorment en el handshake.

Aproximació de programari:

En aquest procés, hi ha dues formes, és a dir, X-ON i X-OFF. Aquí, "X" és el transmissor.
X-ON és la part en què reprèn la transmissió de dades.
X-OFF és la part en què atura la transmissió de dades.
S'utilitza per controlar el flux de dades i evitar pèrdues durant la transmissió.

Aplicacions de la comunicació RS232

La comunicació en sèrie RS232 s’utilitza en ordinadors de vella generació per connectar dispositius perifèrics com el ratolí, les impressores, el mòdem, etc.
Actualment, RS232 és substituït per USB avançat.
També s’utilitza en màquines PLC, màquines CNC i servocontroladors perquè és molt més barat.
Encara l’utilitzen algunes plaques de microcontroladors, impressores de rebuts, sistema de punt de venda (PoS), etc.