Рекомендованный стандарт RS 232

линии связи, применяющий последовательный обмен двоичными данными.

двунаправленной передачи данных между
терминалом (DTE, Data Terminal Equipment) и

конечным устройством (DCE, Data Circuit-Terminating Equipment).

Появился в 60-х годах XX века, и стал основой для всех последующих интерфейсов последовательного обмена данными.
Интерфейс RS-232C был применен в первых персональных компьютерах (ПК) фирмы IBM и до сегодняшнего дня входит в структуру любого персонального компьютера под названием COM-порт (Communication port) в аппаратном или программном виде.
Решения, которые заложены в этот стандарт, используются практически повсеместно.
Интерфейс RS-232 полностью аппаратно реализован на персональных компьютерах в виде микросхем и разъемов. Аппаратная реализация означает то, что он работает всегда, не зависимо, какая операционная система (ОС) установлена на ПК (он работает и без ОС).

Программы могут взаимодействовать с СОМ-портами всеми доступными средствами: прямым кодом микропроцессора, аппаратными прерываниями, функциями BIOS, средствами ОС, компонентами языков высокого уровня.

СОМ-порт реализованный по стандарту RS-232 универсален.
Он обеспечивает работу ПК с:
периферийными устройствами (чем сейчас занят USB),
взаимодействие с локальной сетью через модем (Ethernet),
обмен данными между ПК и промышленным оборудованием (ModBus и др.).
Чтобы разбираться как работают эти интерфейсы необходимо понимать какую функцию СОМ-порта они взяли на себя.

применения.
2. Характеристики сигнала.
3. Механические характеристики интерфейса.
4. Функциональное

описание сигналов обмена.
5. Стандартные интерфейсы для выбранных конфигураций системы связи.
6. Рекомендации и приложения.

Содержание стандарта RS-232

Стандарт RS-232 определяет взаимосвязи терминального оборудования ввода данных (DTE) и оконечного оборудования линии связи (DCE), использующих последовательный обмен двоичных данных.

Стандарт RS-232 включает тринадцать определенных конфигураций интерфейса, обозначенных латинскими буквами A-M и одной пользовательской конфигурацией, обозначаемой Z. Конфигурация интерфейса должна указываться производителем коммуникационного оборудования.
Конфигурация интерфейса определяет состав сигналов, синхронность, порядок выставления сигналов, скорость и др.

Стандарт RS-232 применяется в системах с общими электрическими проводами и не может применяться в системах где требуется гальваническая развязка цепей.

Стандарт RS-232 может применяться в синхронных и асинхронных системах последовательной передачи двоичных данных.

Область применения RS-232

напряжение генератора при разомкнутой схеме
R0 - общее сопротивление генератора

C0 - общая ёмкость генератора
V1 - напряжение между сигнальной линией и
общим проводом в месте стыка.
CL - общая ёмкость приёмника
RL - общее сопротивление приёмника
EL - ЭДС приёмника при разомкнутой схеме

короткое замыкание сигналов.
Допускается оставлять выход генератора без нагрузки.
V0

- напряжение генератора при разомкнутой схеме должно быть не более ±25В/±15 В (RS-232/ITU-T v.28)
R0 и C0 для генератора не нормируются.
Короткое замыкание цепей генератора не должно вызывать токи величиной более 0,5А.
Если EL =0, то напряжение на входе приёмника должно быть V1 = ±5...±15 В, для любого диапазона нагрузки генератора RL=3000...7000 Ом.
Генератор должен быть способен работать на ёмкостную нагрузку C0 плюс 2500 пФ.

Электрические характеристики приёмника сигналов

RL - общее сопротивление приёмника должно находиться в пределах 3000...7000 Ом.
V1 - напряжение на входе приёмника должно быть в пределах ±3...±15 В.
EL - ЭДС приёмника при разомкнутой схеме должно быть не более ±2 В.
CL - общая ёмкость цепей приёмника должна быть не более 2500 пФ.
Входной импеданс приёмника не должен быть индуктивным.

концах линии связи.
Уровни сигналов для стандарта RS-232C

Логической "1" считается информационный

сигнал с напряжением V1 менее -3 В.
Логическим "0" считается информационный сигнал с напряжением V1 более +3 В.
Напряжение в диапазоне V1 = -3 В...+3 В считается переходной областью

Лог. "1"

Лог. " 0"

Лог. " 0"

Лог. "1"

для интерфейса RS-232C выбран миниатюрный разъем D-типа (D-subminiature).
Обозначение разъемов D-subminiature:
Буква

- тип разъема. D-тип
Буква - типоразмер обоймы. A,B,C,D,E
Число - количество контактов в обойме
Буква - тип контакта. P = plug(штырь), S = socket(гнездо).
Для терминалов (DTE) - DB25p
Для оконечных устройств (DCE) - DB25s
При использовании стандарта TIA/EIA 574 можно применять 9-ти штырьковые разъемы:
Для терминалов (DTE) - DE9p
Для оконечных устройств (DCE) - DE9s

данными RTS/CTS (hardware flow control), использует сервисные сигналы RS-232C для

управления потоком данных (Handshaking =2).

Рис.7 Организация обмена при аппаратной синхронизации.

DTR=True компьютер указывает на желание использовать модем.
В ответ модем сигнализирует о установлении соединения с другим модемом и своей готовности выставив DSR=True.
Сигналом RTS=True компьютер запрашивает разрешение на передачу и заявляет о своей готовности принимать данные от модема.
Сигналом CTS=True модем уведомляет о своей готовности к приему данных от компьютера и передаче их в линию. По этому сигналу начинается обмен данными между терминалами через модемы.
Установкой CTS=False модем сигнализирует о невозможности дальнейшего приема, компьютер должен приостановить передачу данных.
Установкой CTS=True, модем сообщает, что он может продолжать обмен данными.
Установкой RTS=False компьютер сообщает модему о временной приостановке обмена.
Модем получив сигнал остановки обмена RTS=False, сообщает о приостановки обмена сигналом CTS=False
Компьютер вновь готов принимать данные и он выставляет сигнал RTS=True
Модем получив сигнал от компьютера о готовности к обмену выставляет свою готовность CTS=True. После чего возобновляется обмен данных.
Компьютер указывает на завершение обмена выставив RTS=False
Модем подтверждает завершение обмена сигналом CTS=False
Компьютер снимает сигнал DTR, что является сообщением для модема разорвать соединение и повесить трубку.
Модем подтверждает разрыв соединения установкой сигнала DSR=False

соединяются между собой непосредственно через СОМ-порты, без использования модемов.

Так как

компьютеры обладают большой скоростью обработки данных, то синхронизировать их работу не нужно.

Поэтому предполагается, что если режим синхронизации обмена отсутствует, то сервисные сигналы не влияют на процедуры обмена данными.
Для этого используется нуль-модемный кабель.

Рисунок 4  Нуль-модемный кабель для Handshaking = 0 (None)

включен, то часто сервисные сигналы СОМ портов замыкают самих на

себя, тем самым исключая их влияния на процедуру обмена.

Рисунок 5  Нуль-модемный кабель для любых режимов Handshaking

DSR сигнал (конт.6) это вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных. В схеме соединений вход замкнут на выход DTR (конт.4) (готовность выходных данных). Это означает, что программа не видит сигнала готовности другого устройства, хотя он есть.
Аналогично устанавливается сигнал на входе DCD (Обнаружение принимаемого сигнала) (конт.1). Тогда при проверке сигнала DSR для контроля возможности соединения будет установлен выходной сигнал DTR.
Это соответствует 99% коммуникационного программного обеспечения. Под этим подразумевается, что 99% программного обеспечения с этим нуль-модемным кабелем примут проверку сигнала DSR.

Аналогичный для входного сигнала CTS. В оригинале сигнал RTS (конт.7) устанавливается и затем проверяется CTS (конт.8).
Соединение этих контактов приводит к невозможности зависания программ по причине неответа на запрос RTS.

Основная несовместимость перекрестное соединение сигналов RTS и CTS. Первоначально эти

сигналы использовались для контроля потоком данных по типу запрос/ответ. При использовании полного нуль-модемного кабеля более нет запросов. Эти сигналы применяются для сообщения другой стороне есть ли возможность соединения.

Особенность

Контакты 2 и 3 на 9-ти выводном разъеме D типа противоположны этим же контактам на 25-ти контактном разъеме. Поэтому, если соединить контакты 2-2 и 3-3 между разъемами D25 и D9, получится коммуникационный кабель. Контакты сигнальной земли Signal Ground (SG) также должны быть подключены между собой.

7-проводный полный
Самый полный нуль-модемный кабель с семью проводами.
Только сигналы индикатора вызова (RI) и определения несущей не подключены (DSD).

Рисунок 6  Нуль-модемный кабель для аппаратного режима Handshaking2

проверки работы последовательного порта компьютера. Сигналы данных и управления соединены.

В этом случае передаваемые данные сразу возвращаются. Компьютер проверяет собственный поток данных. Это может быть использовано для проверки функционирования порта RS-232 со стандартным терминальным программным обеспечением.

Заглушка тестирования RS-232

Кабель контроля (мониторинга) RS-232

Контроль связи по RS-232 между двумя устройствами с помощью компьютера возможен при помощи кабеля, изображенного на рисунке 7.
Два разъема подключаются к устройствам, а третий подключается к наблюдающему компьютеру. Этот кабель принимает информацию от двух источников только на один приемный порт RS-232. Поэтому, если оба устройства начнут одновременную работу, контролируемая информация на входе компьютера будет нарушена.
В большинстве случаев связь осуществляется в полудуплексном режиме. Для этих режимов этот кабель будет работать без проблем.

Рисунок 7  Кабель для наблюдения передачи данных в полудуплексном режиме

передачи информации. Чем более длинный кабель, тем он имеет большую

емкость и соответственно для обеспечения надежной передачи требуется более низкая скорость. Большая емкость приводит к тому, что изменение напряжения одного сигнального провода может передаться на другой смежный сигнальный провод. Максимальным расстоянием обычно считается равным 15 м, но это не установлено в стандарте. Рекомендуется использовать на расстояниях до 50 м, но это зависит от типа используемого оборудования и характеристик кабеля.

Максимальная длина кабеля

Расстояния передачи

Скорость передачи данных

Скорость передачи информации по RS-232 измеряется в Бодах. Эта единица названа в честь Эмиля Бодо (Jean Maurice-Emile Baudot) (1845-1903), французского инженера по телеграфии, изобретателя первого печатающего устройства для телеграфа (телепринтера), представленного на Международной Телеграфной конференции в 1927.
Максимальная скорость согласно стандарту 20000 Бод. Однако современное оборудование может работать значительно быстрее. Не имеет значения на сколько быстрое (медленное) соединение  максимальное число чтения за секунду можно установить с помощью используемого программного обеспечения.

для обнаружения ошибок при передаче данных. При использовании контроля четности

посылаются сообщения подсчитывающие число единиц в группе бит данных. В зависимости от результата устанавливается бит четности. Приемное устройство также подсчитывает число единиц и затем сверяет бит четности.

Типы четности

Для обеспечения контроля четности компьютер и устройство должны одинаково производить подсчет бита четности. То есть, определиться устанавливать бит при четном (even) или нечетном (odd) числе единиц.
При контроле на четность биты данных и бит четности всегда должны содержать четное число единиц. В противоположном случае соответствует для контроля на нечетность.

Обнаружение ошибок

Проверка на четность  это простейший способ обнаружения ошибок. Он может определить возникновение ошибок в одном бите, но при наличии ошибок в двух битах уже не заметит ошибок. Также такой контроль не отвечает на вопрос какой бит ошибочный.

Другой механизм проверки включает в себя Старт и Стоп биты, циклические проверки на избыточность – так называемые CRC-коды, которые часто применяются, например, в соединениях Modbus протокола.

Обнаружения ошибок при передаче данных. Чётность (Parity) в RS-232

с синхронизирующим тактовым сигналом. В этом примере используется 8 бит

данных, бит четности и стоп бит. Такая структура также обозначается 8Е1.

Старт-бит. Сигнальная линия может находится в двух состояниях: включена – высокий уровень и выключена – низкий уровень. Линия в состоянии ожидания всегда включена («лог. 1»). Когда устройство или компьютер хотят передать данные, они переводят линию в состояние выключено («лог. 0»)  это установка Старт-бита. Биты сразу после Старт-бита являются битами данных.
Стоп-бит. Стоп-бит позволяет устройству или компьютеру произвести синхронизацию при возникновении сбоев. Например, помеха на линии скрыла Старт-бит. Период между старт и стоп-битами постоянен, согласно значению скорости обмена, числу бит данных и бита четности. Стоп-бит всегда включен. Если приемник определяет выключенное состояние, когда должен присутствовать стоп-бит, фиксируется появление ошибки.
Установка Стоп-бита. Стоп-бит не просто один бит минимального интервала времени в конце каждой передачи данных. На компьютерах обычно он эквивалентен 1 или 2 битам, и это должно учитываться программе драйвера. Хотя, 1 стоп бит наиболее общий, выбор 2 бит в худшем случае немного замедлит передачу сообщения.
(Есть возможность установки значения стоп бита равным 1.5. Это используется при передаче менее 7 битов данных. В этом случае не могут быть переданы символы ASCII, и поэтому значение 1.5 используется редко.)

Примечание: Тактовый сигнал - для асинхронной передачи это внутренний сигнал

EIA/TIA-232E и V.28/V.24, особенно в устройствах, где отсутствуют напряжения ±12В.

Микросхема

MAX232

Микросхема MAX232 быстро стала индустриальным стандартом. Многие разработчики используют ее, несмотря на то, что параметры микросхем с однополярным питанием значительно улучшились со временем.

Конфигурация выводов MAX232: представлена на рисунке 8.

Преобразование уровней RS-232 в TTL уровень с помощью MAX232

Рисунок 8  Конфигурация выводов MAX232

MAX232 к микроконтроллеру ATmega128

DS-3