Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
RS-232
Содержание
Назначение RS-232
Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно определяемого по его названию «Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду». Каждое слово в названии значимое, оно определяет интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных.
Физический интерфейс реализуется одним из двух типов разъемов: DB-9M или DB-25M, последний в выпускаемых в настоящее время компьютерах практически не встречается. [1]
9-контактная вилка типа DB-9M
| Контакт | Сигнал | Направление | Описание |
|---|---|---|---|
| 1 | CD | Вход | Обнаружена несущая |
| 2 | RXD | Вход | Принимаемые данные |
| 3 | TXD | Выход | Передаваемые данные |
| 4 | DTR | Выход | Хост готов |
| 5 | GND | — | Общий провод |
| 6 | DSR | Вход | Устройство готово |
| 7 | RTS | Выход | Хост готов к передаче |
| 8 | CTS | Вход | Устройство готово к приему |
| 9 | EI | Вход | Обнаружен вызов |
25-контактная вилка типа DB-25M
|
| Параметр | RS-232 |
|---|---|
| Способ передачи сигнала | Однофазный |
| Максимальное количество приемников | 1 |
| Максимальная длина кабеля | 15 м |
| Максимальная скорость передачи | 460 кбит/с |
| Синфазное напряжение на выходе | ± 25 В |
| Напряжение в линии под нагрузкой | ±5. ±15 В |
| Импеданс нагрузки | 3. 7 кОм |
| Ток утечки в «третьем» состоянии | — |
| Допустимый диапазон сигналов на входе приемника | ±15 В |
| Чувствительность приемника | ±3В |
| Входное сопротивление приемника | 3. 7 кОм |
Стандарт
Ассоциация электронной промышленности (EIA) развивает стандарты по передаче данных. Стандарты EIA имеют префикс «RS». «RS» означает рекомендуемый стандарт, но сейчас стандарты просто обозначаются как «EIA» стандарты. RS-232 был введён в 1962 году. Стандарт развивался, и в 1969 г.. представлена третья редакция (RS-232C). Четвёртая редакция была в 1987 (RS-232D, известная также под EIA-232D). RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110. Самой последней модификацией является модификация «Е», принятая в июле 1991 г. как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.
Ограничения
На практике в зависимости от качества применяемого кабеля требуемое расстояние передачи данных в 15 метров может не достигаться, составляя, к примеру, порядка 1,5 м на скорости 115200 бод для неэкранированного плоского или круглого кабеля. Это вызвано применением однофазных сигналов вместо дифференциальных, а также отсутствием требований по согласованию приёмника (и часто также передатчика) с линией. Для преодоления этого ограничения, а также возможного получения гальванической развязки между узлами, можно применить преобразователи интерфейса:
RS-232—RS-422 (с сохранением полной программной совместимости) или RS-232—RS-485 (с определёнными программными ограничениями). При этом расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 9600 бод и использовании кабеля типа «витая пара» категории 3; Внешний преобразователь RS232—Токовая петля для 9-контактного разъёма, или соответствующие цепи 25-контактного разъёма, в случае наличия преобразователя внутри устройств.
Когда старое не хуже нового: последовательный интерфейс RS-232
В молодости мы легко расстаемся со старыми, привычными вещами в угоду новым, модным и дорогим. Став постарше, мы с удивлением обнаруживаем, что старое, по сути дела, не хуже нового, только проще и дешевле. Примером такого «старого» является интерфейс RS-232, спецификация которого была принята более 30 лет назад, для хайтека – целая эпоха, да, пожалуй, и не одна. Тем не менее, архаичный интерфейс и по сей день является хорошим и надежным инструментом инсталлятора, когда ему требуется передавать данные в условиях с высоким уровнем шумов и помех.
История
В 1969 году ассоциация электронной промышленности США (EIA) опубликовала вариант «С» своего рекомендуемого стандарта (Recommended Standart – RS) за номером 232 «Интерфейс между оконечным оборудованием обработки данных и оконечным оборудованием линии с использованием последовательного обмена данными в двоичной форме».
Сейчас этот стандарт известен просто как стандарт RS-232C. Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии ввел свой собственный вариант этого стандарта в виде стандартов V.24 и V.28, а министерство обороны США выпустило практически идентичный стандарт Mil-Std-188C.
Система передачи данных (передатчик, приемник, соединительные кабели), реализованная в соответствии с техническими условиями стандарта RS-232C, обеспечивает передачу сигнала со скоростями, не превышающими 20 Кбит/с (реально используют на скоростях до 115200 бит/с).
В настоящее время действует редакция стандарта, принятая в 1991 году ассоциациями электронной и телекоммуникационной промышленности, под названием EIA/TIA-232-E. В ней нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к несовместимости с оборудованием, поддерживающим интерфейс RS-232 более ранних версий.
Как это работает
До появления интерфейсов IEEE-1394 и USB‑2 асинхронный последовательный интерфейс был основным устройством, с помощью которого осуществлялось взаимодействие компьютеров. Слово «асинхронный» означает, что при передаче данных специальный синхронизирующий сигнал не используется, и отдельные символы могут передаваться с произвольными временными интервалами.
Каждый символ должен быть «взят в скобки» т.е. ему должен предшествовать стандартный стартовый сигнал, а заканчиваться его передача должна стоповым сигналом. Стартовый сигнал – это нулевой бит (с уровнем логического 0), который называется стартовым битом. Его предназначение – сообщить принимающему устройству о том, что следующие восемь бит представляют из себя байт данных. После символа передаются один или два стоповых бита, сигнализирующие об окончании его передачи. В принимающем устройстве символы распознаются по появлению стартовых и стоповых сигналов, а не по моменту их передачи. Асинхронный интерфейс ориентирован на передачу символов (байтов), а в передаваемой информации примерно 20% оказывается «лишней», предназначенной только для идентификации начала и конца каждого символа.
Термин последовательный означает, что связь осуществляется по одиночному проводу, а биты передаются последовательно, один за другим.
Интерфейс RS-232 обеспечивает соединение двух устройств, одно из которых называется DTE (Data Terminal Equipment) – ООД (Оконечное Оборудование Данных), второе – DCE (Data Communications Equipment) – ОПД (Оборудование Передачи Данных).
Важно запомнить эти обозначения (DTE и DCE). Они используются в названиях сигналов интерфейса и помогают разобраться с описанием конкретной реализации.
За и против
К несомненному достоинству RS-232 следует отнести его популярность: все компьютеры РС (но не Mac) оборудованы по крайней мере одним портом RS-232, поэтому приобретение готовых кабелей для него не составляет никакой проблемы. Процессом передачи можно управлять на аппаратном уровне, хотя эту возможность используют нечасто.
Недостатки RS-232 состоят, прежде всего, в том, что он реализует связь типа «точка-точка» с низкой, по современным меркам, скоростью (обычно 9600 бит в секунду), и работает только на небольших расстояниях (до 10-15 м).
Состав линий связи между устройствами DTE и DCE точно не определён. Стандарт описывает функции до 25 соединительных линий, но не указывает, должна или не должна использоваться та или иная линия. Лучше (технологически) обстоят дела в стандарте RS‑422. По этому стандарту связь осуществляется по двум парам проводов, а передаваемый сигнал может приниматься более чем одним устройством. Согласно стандарту RS-485 (улучшенный RS-422) используется одна пара проводов, которая предназначена для передачи или приёма многими устройствами. RS-422/RS-485 может использоваться для многоточечных соединений, из-за высокой помехоустойчивости за счёт использования дифференциальных (балансных) линий, связь возможна на расстояниях до 1,2 км.
В настоящее время RS-422/RS-485 является стандартном де-факто для значительной части вещательной видеоиндустрии.
Типы разъемов
Изначально стандарт RS-232 описывал применение 25-контактного соединителя типа DB25 (Рис.1). DTE-устройство должно оснащаться вилкой, DCE-устройство – розеткой. Позднее, с появлением IBM PC, стали использовать усеченный вариант интерфейса и 9-контактные соединители DB9 (рис. 2), наиболее распространенные в настоящее время.
Распайка RS-232
В таблице 1 показано назначение контактов 9-контактного соединителя DB9. Таблица показывает распайку вилки оборудования обработки данных (DTE). Розетка устройства передачи данных (DCE) распаяна так, что два разъема стыкуются напрямую, или через кабель, распаянный «контакт в контакт».
Таблица 1. Назначение контактов соединителя DB9
| Вывод | Сигнал | Описание | Тип вывода |
| 1. | CD (Carrier Detect) | Несущая обнаружена | Вход |
| 2. | RxD (Receive Data) | Принимаемые данные | Вход |
| 3. | TxD (Transmit Data) | Передаваемые данные | Выход |
| 4. | DTR (Data Terminal Ready) | Готовность ООД | Выход |
| 5. | SG (Signal Ground) | Сигнальный общий | — |
| 6. | DSR (Data Set Ready) | Готовность ОПД | Вход |
| 7. | RTS (Request To Send) | Запрос на передачу | Выход |
| 8. | CTS (Clear To Send) | Готовность к приему | Вход |
| 9. | RI (Ring Indicator) | Наличие сигнала вызова | Вход |
Для передачи данных предназначены цепи RxD (RD) и TxD (TD). Остальные цепи предназначены для индикации состояния устройств (DTR, DSR), управления передачей (RTS, CTS) и индикации состояния линии (CD, RI). Набор используемых цепей зависит от аппаратной и программной реализации стыка в контроллере. Для соединения двух DTE-устройств используют так называемые нуль-модемные кабели, в которых провода «перекрещиваются» в соответствии с назначением сигналов. На практике перед распайкой кабеля всегда следует разобраться с документацией на оба соединяемых устройства. Для соединения многих устройств достаточно минимального набора цепей интерфейса RS-232: RD, TD и Signal Ground (рис. 3).
Рекомендуется использовать кабели на основе витой экранированной пары, где каждый из сигнальных проводов свит с общим проводом. Экран кабеля рекомендуется не объединять с сигнальным общим, а подключить к металлической оболочке разъема.
Таблица 2. Назначение контактов соединителя DB25
| Вывод | Сигнал | Описание | Тип вывода |
| 1. | Корпус | ||
| 2. | TxD (Transmit Data) | Передаваемые данные | Выход |
| 3. | RxD (Receive Data) | Принимаемые данные | Вход |
| 4. | RTS (Request To Send) | Запрос на передачу | Выход |
| 5. | CTS (Clear To Send) | Готовность к приему | Вход |
| 6. | DSR (Data Set Ready) | Готовность ОПД | Вход |
| 7. | SG (Signal Ground) | Сигнальный общий | |
| 8. | CD (Carrier Detect) | Несущая обнаружена | Вход |
| 9. | Токовый выход передатчика (+) | Выход | |
| 11. | Токовый выход передатчика (–) | Выход | |
| 18. | Токовый вход приемника (+) | Вход | |
| 20. | DTR (Data Terminal Ready) | Готовность ООД | Выход |
| 22. | RI (Ring Indicator) | Наличие сигнала вызова | Вход |
| 25. | Токовый вход приемника (–) | Вход |
Таблица 3. Соответствие выводов между 9 и 25-контактным разъемами
| 9-контактный разъем | 25-контактный разъем |
| 1 | 8 |
| 2 | 3 |
| 3 | 2 |
| 4 | 20 |
| 5 | 7 |
| 6 | 6 |
| 7 | 4 |
| 8 | 5 |
| 9 | 22 |
Все сигналы в интерфейсе потенциальные, с номинальными уровнями +12В и –12В относительно общего провода (Signal Ground). Логической единице соответствует уровень –12В, логическому нулю соответствует +12В.
Как уже говорилось, RS-232 называют последовательным интерфейсом, поскольку поток данных передается по одному проводу бит за битом. В отсутствие передачи данных линия находится в состоянии логической единицы (–12В). Скорость передачи данных стандартом не нормируется, но обычно выбирают из ряда 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бит в секунду. В основном используется асинхронный режим работы, при котором данные передаются фреймами. Каждый фрейм состоит из стартового бита, битов данных, бита контроля четности (может отсутствовать), стопового бита. Биты байта данных передаются, начиная с младшего бита.
Для правильной стыковки приемопередатчики на обоих устройствах должны быть запрограммированы одинаковым образом, т.е. должны совпадать скорость, количество битов данных (7 или 8), тип контроля по четности, длина стопового бита (1, 1.5 или 2).
При точных расчётах времени на передачу массива байтов наряду с битами данных следует учитывать все служебные биты.
На рис. 4 показан вид одного фрейма RS-232 при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности (parity odd), 1 стоповый бит. Стартовый бит всегда идет с уровнем логического нуля, стоповый – единицы. Состояние бита четности определяется настройкой передатчика. Бит дополняет число единичных битов данных до нечетности (parity odd), четности (parity even), может не использоваться (parity none), быть всегда единицей (mark) или нулем (space).
Рис. 4. Вид фрейма RS-232
Как преодолеть ограничения стандарта RS-232
Наиболее существенными недостатками стандарта RS-232 являются небольшое расстояние, на которое можно передавать сигнал и возможность соединения только двух устройств по типу «точка-точка».
Для их преодоления используют специальные устройства – удлинители линии и расширители портов.
Удлинитель линии связи Range Extender
Предназначен для преодоления ограничений по расстоянию для приборов, имеющих управление через RS-232.
Осуществляет преобразование в интерфейс RS-422, а затем назад, в RS‑232, что позволяет использовать в качестве физического носителя две пары проводов. Удлинитель линии может быть использован для увеличения расстояния связи для любого нуль-модемного соединения RS-232, для управления оборудованием через интерфейс RS-422, либо в качестве преобразователя общего назначения из RS-232 в RS-422 и обратно.
Работает во всех режимах связи (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.
Расширитель портов Port Extender
Предназначен для преодоления ограничения интерфейса RS-232, который может осуществлять только соединения типа «точка-точка». Позволяет осуществлять связь между несколькими устройствами с интерфейсами RS-232.
Данные, которые поступают на любой из портов устройства, пересылаются на остальные 3 порта. Расширитель портов может быть использован для управления коммутатором от 3 устройств DTE (например, компьютеров).
Прибор поддерживает все режимы связи RS-232 (число битов, скорость, чётность и т.д.) и не требует настройки этих параметров.
Устранение неполадок при связи через RS-232
Ниже приведены меры, которые могут помочь разрешить проблемы, возникающие при связи с устройствами Kramer через интерфейс RS-232.
Убедитесь, что между устройством (коммутатором, маршрутизатором) и управляющим компьютером (РС) установлено нуль-модемное соединение. Также убедитесь, что на разъёмах нет замятых контактов.
Проще всего (при использовании 25-контактного порта на РС) использовать нуль-модемный адаптер, прилагаемый к устройству. Подключите такой переходник 25-контактным разъёмом к последовательному порту РС, после чего прямым кабелем – т.е. с распайкой один к одному – соедините 9-контактный разъём адаптера с последовательным портом на устройстве. (Если адаптер используется с неполным кабелем, то необходимо, как минимум, соединить на 9-контактных разъёмах с обоих концов: контакт 2 с контактом 2, 3 – с 3 и 5 – с 5.)
При непосредственном подключении 25-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве (т.е. без нуль-модемного адаптера) соедините:
При непосредственном подключении 9-контактного порта на РС к 9-контактному разъёму на устройстве соедините:
ПРИМЕЧАНИЕ: Для некоторых изделий допускается управление несколькими такими устройствами при их последовательном соединении прямыми кабелями – что кажется неправильным в свете вышесказанного. На самом деле устройства настраиваются в режимы «ведущий/ведомый» (master/slave), при этом с компьютером через RS-232 связано только одно, ведущее устройство. При таком включении ведущее устройство передаёт информацию на и от РС к ведомым устройствам, а интерфейсом RS-232 порты оказываются связанными попарно).