Protocollo di comunicazione seriale RS232: basi, funzionamento e specifiche

Uno dei protocolli di comunicazione più antichi ma popolari utilizzati nelle industrie e nei prodotti commerciali è il protocollo di comunicazione RS232. Il termine RS232 sta per "Recommended Standard 232" ed è un tipo di comunicazione seriale utilizzata per la trasmissione di dati normalmente a medie distanze. È stato introdotto negli anni '60 e ha trovato la sua strada in molte applicazioni come stampanti per computer, dispositivi di automazione industriale, ecc. Oggi ci sono molti protocolli di comunicazione moderni come RS485, SPI, I2C, CAN ecc.. In questo articolo, capiremo le basi del protocollo RS232 e come funziona.

Cos'è una comunicazione seriale?

Nelle telecomunicazioni, il processo di invio sequenziale di dati su un bus di computer è chiamato comunicazione seriale, il che significa che i dati verranno trasmessi bit per bit. Durante la comunicazione parallela i dati vengono trasmessi in un byte (8 bit) o un carattere su più linee dati o bus alla volta. La comunicazione seriale è più lenta della comunicazione parallela ma viene utilizzata per lunghe trasmissioni di dati a causa di costi inferiori e motivi pratici.

Esempio per capire:

Comunicazione seriale: stai sparando a un bersaglio usando mitragliatrici, dove i proiettili raggiungono il bersaglio uno per uno.

Comunicazione parallela: stai sparando a un bersaglio usando un fucile, dove molti proiettili raggiungono contemporaneamente.

Modalità di trasferimento dei dati nella comunicazione seriale:

Trasferimento dati asincrono - La modalità in cui i bit di dati non sono sincronizzati da un impulso di clock. L'impulso di clock è un segnale utilizzato per la sincronizzazione del funzionamento in un sistema elettronico.
Trasferimento dati sincrono - La modalità in cui i bit di dati vengono sincronizzati da un impulso di clock.

Caratteristiche della comunicazione seriale:

La velocità di trasmissione viene utilizzata per misurare la velocità di trasmissione. È descritto come il numero di bit che passano in un secondo. Ad esempio, se la velocità di trasmissione è 200, vengono passati 200 bit al secondo. Nelle linee telefoniche, le velocità di trasmissione saranno 14400, 28800 e 33600.
I bit di stop vengono utilizzati per un singolo pacchetto per interrompere la trasmissione indicata come "T". Alcuni valori tipici sono 1, 1,5 e 2 bit.
Il bit di parità è la forma più semplice di controllo degli errori. Ce ne sono di quattro tipi, cioè anche dispari, marcati e distanziati. Ad esempio, se 011 è un numero, il bit di parità = 0, ovvero parità pari e la parità = 1, ovvero parità dispari.

Cos'è RS232?

RS232C "Recommended Standard 232C" è la versione recente dello Standard a 25 pin, mentre RS232D che è di 22 pin. Nel nuovo tipo D maschio del PC che è di 9 pin.

RS232 è un protocollo standard utilizzato per la comunicazione seriale, viene utilizzato per collegare il computer e le sue periferiche per consentire lo scambio di dati seriali tra di loro. Come si ottiene la tensione per il percorso utilizzato per lo scambio dati tra i dispositivi. Viene utilizzato nella comunicazione seriale fino a 50 piedi con una velocità di 1,492 kbps. Come definisce l'EIA, l'RS232 viene utilizzato per il collegamento di apparecchiature di trasmissione dati (DTE) e apparecchiature di comunicazione dati (DCE).

Universal Asynchronous Data Receiver & Transmitter (UART) utilizzato in connessione con RS232 per il trasferimento di dati tra stampante e computer. I microcontrollori non sono in grado di gestire questo tipo di livelli di tensione, i connettori sono collegati tra i segnali RS232. Questi connettori sono noti come connettore DB-9 come porta seriale e sono di due tipi di connettore maschio (DTE) e connettore femmina (DCE).

Specifiche elettriche

Cerchiamo di discutere le specifiche elettriche di RS232 fornite di seguito:

Livelli di tensione: RS232 utilizzato anche come livello di terra e 5V. Lo 0 binario funziona con tensioni fino a + 5V a + 15Vdc. Si chiama 'ON' o spaziatura (livello di alta tensione) mentre Binary 1 funziona con tensioni fino a -5V a -15Vdc. Si chiama "OFF" o contrassegno (livello di bassa tensione).
Livello di tensione del segnale ricevuto: Binario 0 funziona sulle tensioni del segnale ricevuto fino a + 3V a +13 Vdc e Binario 1 funziona con tensioni fino a -3V a -13 Vdc.
Impedenze di linea: l'impedenza dei cavi va da 3 ohm a 7 ohm e la lunghezza massima del cavo è di 15 metri, ma la nuova lunghezza massima in termini di capacità per unità di lunghezza.
Tensione di funzionamento: la tensione di funzionamento sarà 250 V CA max.
Corrente nominale: la corrente nominale sarà di 3 Amp max.
Tensione di tenuta dielettrica: 1000 VAC min.
Velocità di risposta: la velocità di variazione dei livelli del segnale viene definita velocità di risposta. Con la sua velocità di risposta è fino a 30 V / microsecondo e il bitrate massimo sarà di 20 kbps.

Come funziona RS232?

RS232 funziona sulla comunicazione a due vie che scambia dati tra loro. Ci sono due dispositivi collegati tra loro, (DTE) Data Transmission Equipment e (DCE) Data Communication Equipment che ha i pin come TXD, RXD e RTS e CTS. Ora, dalla sorgente DTE, RTS genera la richiesta per inviare i dati. Quindi dall'altra parte DCE, il CTS, cancella il percorso per la ricezione dei dati. Dopo aver liberato un percorso, darà un segnale all'RTS della sorgente DTE per inviare il segnale. Quindi i bit vengono trasmessi da DTE a DCE. Ora di nuovo da DCEsorgente, la richiesta può essere generata da RTS e CTS di sorgenti DTE cancella il percorso per la ricezione dei dati e fornisce un segnale per inviare i dati. Questo è l'intero processo attraverso il quale avviene la trasmissione dei dati.

TXD	TRASMETTITORE
RXD	RICEVITORE
RTS	RICHIESTA DI INVIARE
CTS	CHIARO PER INVIARE
GND	TERRA

Ad esempio: i segnali impostati su logica 1, ovvero -12V. La trasmissione dei dati inizia dal bit successivo e per informarlo, DTE invia il bit di start a DCE. Il bit di inizio è sempre "0", ovvero +12 V e i successivi 5 a 9 caratteri sono bit di dati. Se utilizziamo il bit di parità, possono essere trasmessi dati a 8 bit, mentre se la parità non viene utilizzata, vengono trasmessi 9 bit. I bit di stop vengono inviati dal trasmettitore i cui valori sono 1, 1,5 o 2 bit dopo la trasmissione dei dati.

Specifiche meccaniche

Per le specifiche meccaniche, dobbiamo studiare circa due tipi di connettori che sono DB-25 e DB-9. In DB-25, ci sono 25 pin disponibili che vengono utilizzati per molte delle applicazioni, ma alcune delle applicazioni non hanno utilizzato tutti i 25 pin. Quindi, il connettore a 9 pin è realizzato per la comodità dei dispositivi e delle apparecchiature.

Ora, qui stiamo discutendo il connettore DB-9 pin che viene utilizzato per il collegamento tra microcontrollori e connettore. Sono di due tipi: connettore maschio (DTE) e connettore femmina (DCE). Ci sono 5 pin nella riga superiore e 4 pin nella riga inferiore. Viene spesso chiamato connettore di tipo DE-9 o D.

Struttura dei pin del connettore DB-9:

Pin Descrizione Connettore DB-9:

PIN No.	Nome pin	Descrizione pin
1	CD (Carrier Detect)	Segnale in arrivo da DCE
2	RD (ricezione dati)	Riceve i dati in arrivo da DTE
3	TD (trasmissione dati)	Invia dati in uscita a DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	Segnale di handshake in uscita
5	GND (terra del segnale)	Tensione di riferimento comune
6	DSR (Data Set Ready)	Segnale di handshaking in arrivo
7	RTS (richiesta di invio)	Segnale in uscita per il controllo del flusso
8	CTS (Clear to Send)	Segnale in ingresso per il controllo del flusso
9	RI (indicatore ad anello)	Segnale in arrivo da DCE

Cos'è l'handshaking?

L'handshaking è il processo utilizzato per trasferire il segnale da DTE a DCE per effettuare la connessione prima dell'effettivo trasferimento dei dati. La messaggistica tra trasmettitore e ricevitore può essere eseguita tramite handshaking.

Esistono 3 tipi di processi di handshaking denominati: -

Nessuna stretta di mano:

Se non c'è handshake, DCE legge i dati già ricevuti mentre DTE trasmette i dati successivi. Tutti i dati ricevuti sono archiviati in una posizione di memoria nota come buffer del ricevitore. Questo buffer può memorizzare solo un bit, quindi il ricevitore deve leggere il buffer di memoria prima che arrivi il bit successivo. Se il ricevitore non è in grado di leggere il bit memorizzato nel buffer e arriva il bit successivo, il bit memorizzato andrà perso.

Come mostrato nel diagramma sottostante, un ricevitore non è stato in grado di leggere il 4 ^° bit fino all'arrivo del 5 ^° bit e questo risultato che sostituisce il 4 ^° bit per 5 ^° bit e il 4 ^° bit viene perso.

Handshaking hardware:

Utilizza porte seriali specifiche, ovvero RTS e CTS per controllare il flusso di dati.
In questo processo, il trasmettitore chiede al ricevitore che è pronto a ricevere i dati, quindi il ricevitore controlla il buffer che sia vuoto, se è vuoto darà il segnale al trasmettitore che sono pronto a ricevere i dati.
Il ricevitore dà il segnale al trasmettitore di non inviare alcun dato mentre i dati già ricevuti non possono essere letti.
Il suo processo di lavoro è lo stesso descritto sopra nell'handshaking.

Handshaking del software:

In questo processo, ci sono due forme, cioè X-ON e X-OFF. Qui, "X" è il trasmettitore.
X-ON è la parte in cui riprende la trasmissione dei dati.
X-OFF è la parte in cui sospende la trasmissione dei dati.
Viene utilizzato per controllare il flusso di dati e prevenire la perdita durante la trasmissione.

Applicazioni della comunicazione RS232

La comunicazione seriale RS232 viene utilizzata nei PC di vecchia generazione per il collegamento di dispositivi periferici come mouse, stampanti, modem ecc.
Al giorno d'oggi, RS232 è sostituito da USB avanzato.
Viene anche utilizzato in macchine PLC, macchine CNC e servocontrollori perché è molto più economico.
È ancora utilizzato da alcune schede a microcontrollore, stampanti di ricevute, sistemi di punti vendita (PoS), ecc.