RS-232

RS-232 (англ. Recommended Standard 232, другое название EIA232^[1]) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса (UART). Устройство, поддерживающее этот стандарт, широко известно как последовательный порт персональных компьютеров. Исторически стандарт имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании. В настоящее время используется для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, нетребовательного к скорости обмена, особенно при значительном удалении его от компьютера и отклонении условий применения от стандартных. В компьютерах, занятых офисными и развлекательными приложениями, практически вытеснен интерфейсом USB.

Использование RS-232 для подключения компьютера к модему при связи по телефонной линии

Разъём DE-9, часто используемый для RS-232

RS-232 обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE) на расстояние до 15 метров на максимальной скорости (115200 бод). Так как этот интерфейс известен не только простотой программирования, но и неприхотливостью, в реальных условиях это расстояние увеличивается во много раз с примерно пропорциональным снижением скорости.

Протокол интерфейса предполагает два режима передачи данных — синхронный и асинхронный, а также два метода управления обменом данных — аппаратный и программный. Каждый режим может работать с любым методом управления. В протоколе также предполагается вариант управления передачей данных по специальным сигналам, устанавливаемым хостом (DSR — сигнал состояния готовности, DTR — сигнал готовности передачи данных).

Для передачи данных по интерфейсу RS-232 используется код NRZ, который не является самосинхронизирующимся, поэтому для синхронизации используются стартовый и стоповый биты, позволяющие выделить битовую последовательность и синхронизировать приёмник с передатчиком.

НазначениеПравить

Изначально создавался для подключения телефонных модемов к компьютерам^{[источник не указан 1628 дней]}. В связи с такой специализацией имеет рудименты, например, в виде отдельной линии RING («звонок»). Постепенно телефонные модемы перешли на другие интерфейсы (USB), но разъём для RS-232 имелся на всех персональных компьютерах, и многие изготовители оборудования использовали его для подключения своего оборудования (например, компьютерной мыши).

В настоящее время чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. На портативных компьютерах (ноутбуках, нетбуках, КПК и т. п.) широкого применения RS-232 не нашёл, однако материнские платы стационарных персональных компьютеров до недавнего времени ещё содержали RS-232 — либо в виде разъёма на задней панели, либо в виде колодки для подключения шлейфа на плате. Также возможно использование переходников-преобразователей. Кроме того, RS-232 имеется на некоторых телевизорах и ресиверах, в частности, спутниковых, где предназначен в том числе для обновления встроенного ПО через компьютер.

Спутниковый ресивер с разъёмом RS-232 (нижний правый угол)

Часто этот стандарт используется для взаимодействия микроконтроллеров различных архитектур, имеющих в своем составе интерфейс UART, с другими цифровыми устройствами и периферией.

Принцип работыПравить

RS-232 — проводной дуплексный интерфейс. Метод передачи данных аналогичен асинхронному последовательному интерфейсу UART.

Информация передаётся по проводам двоичным сигналом с двумя уровнями напряжения (код NRZ). Логическому «0» соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической «1» — отрицательное (от −5 до −15 В для передатчика). Для электрического согласования линий RS-232 и стандартной цифровой логики UART выпускается большая номенклатура микросхем драйверов, например, MAX232.

Помимо линий входа и выхода данных, RS-232 регламентировал ряд необязательных вспомогательных линий для аппаратного управления потоком и специальных функций.

Стандарт ITU-T V.24/V.28	Стандарт TIA^[en]/EIA-232	Неофициальное общепринятое обозначение	Тип	Описание	Направление	Номера контактов в разъёмах по стандартам. Ниже — тип разъёма
EIA/TIA-232-F (RS-232)	EIA-232-E Alt A	EIA-574/562	EIA-561/562
Цепь	Название сигнала	Цепь	Название сигнала	DB-25	UD-26	DB-9	8P8C
			Protective Ground or Shield	PG	PG	Экран кабеля, может соединять корпуса приборов. Не используется для сигналов. В зависимости от условий эксплуатации может соединяться, или изолироваться от сигнальной цепи AB (перемычкой).	-	1	1	-	-
102	Signal ground or common return	AB	Signal Common	GND	SG	Общий сигнальный провод	-	7	7	5	4
103	Transmitted data	BA	Transmitted Data	TxD	D	Передача данных. Производить передачу разрешается при состоянии (CA&CB&CC&CD)=ON. Также разрешается передача управляющих команд на DCE (программирование, набор номера) при состоянии (CB&¬(CC)&CD) =ON	DTE→DCE	2	2	3	6
104	Received Data	BB	Received Data	RxD	D	Приём данных	DTE←DCE	3	3	2	5
105	Request to send	CA	Request to send	RTS	C	Запрос на передачу. Передача данных по BA сопровождается этим сигналом. В полудуплексном режиме управляет направлением передачи (запрещает приём данных по BB). CA не должен переводиться из состояния OFF в состояние ON пока CF=ON.	DTE→DCE	4	4	7	8
133	Ready for receiving	CJ	Ready for receiving	-	C	Готов к приёму. Разрешает приём данных по BB. Используется для контроля переполнения входного буфера DTE. Обычно в EIA/TIA не используется, но может быть задействован вместо цепи CA (в этом случае CA всегда остаётся в состоянии ON).	DTE→DCE
106	Ready for sending	CB	Clear to send	CTS	C	Свободен для передачи. При СС=ON показывает, что DCE и канал связи готовы к передаче данных. При СС=OFF показывает, что DCE готов к приёму команд управления.	DTE←DCE	5	5	8	7
107	Data set ready	CC	DCE Ready	DSR	C	Указывает на готовность DCE к работе. Назначение сигнала зависит от режима работы DCE. В основном режиме показывает исправность системы, или готовность канала связи.	DTE←DCE	6	6	6	1^[2]
108/1	Connect data set to line	CD	DTE Ready	DTR	C	Готовность DTE. Запрос от DTE к DCE на подготовку к работе линии связи.	DTE→DCE	20	20	4	3
108/2	Data terminal ready
109	Data channel received line signal detector	CF	Received Line Signal Detector	CD	C	Обнаружен принимаемый сигнал. Конкретный смысл сигнала зависит от оборудования. Обычно показывает рабочее состояние канала связи для режима приёма. В полудуплексном режиме запрещает включение сигнала CA.	DTE←DCE	8	8	1	2
111	Data signal rate selector (DTE)	CH/CI	Data signal rate selector	DSRS	C	Выбор скорости передачи данных. ON — высокая скорость OFF — низкая. Если необходимо использовать цепь SCF, то цепи CH и CI подключаются к контакту 23. Если цепь SCF не используется, то цепь CI подключается к контакту 12	DTE→DCE	23	23
112	Data signal rate selector (DCE)	DTE←DCE
113	Transmitter signal element timing (DTE)	DA	Transmitter Signal Element Timing (DTE source)	TST out	T	Синхронизация сигнала BA (источник в DTE)	DTE→DCE	24	24
114	Transmitter signal element timing (DCE)	DB	Transmitter Signal Element Timing (DCE source)	TST in	T	Синхронизация сигнала BA (источник в DCE)	DTE←DCE	15	15
115	Receiver signal element timing (DCE)	DD	Receiver signal element timing (DCE source)	RST	T	Синхронизация сигнала BB (источник в DCE)	DTE←DCE	17	17
118	Transmitted backward channel data	SBA	Secondary transmitted data		D	Передача данных по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу BA.	DTE→DCE	14	14
119	Received backward channel data	SBB	Secondary received data		D	Приём данных по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу BB.	DTE←DCE	16	16
120	Transmit backward channel line signal	SCA	Secondary request to send		C	Запрос на передачу по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CA.	DTE→DCE	19	19
121	Backward channel ready	SCB	Secondary clear to send		C	Свободен для передачи по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CB.	DTE←DCE	13	13
122	Backward channel received line signal detector	SCF	Secondary received line signal detector		C	Обнаружен принимаемый сигнал по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CF.	DTE←DCE	12	12
112	Data signal rate selector (DCE)	CI	Data signal rate selector (DCE source)		C	Выбор скорости передачи данных. Если необходимо использовать цепь SCF, то цепи CH и CI подключаются к контакту 23. Если цепь SCF не используется, то цепь CI подключается к контакту 12	DTE←DCE
125	Calling indicator	CE	Ring indicator	RI	C	Запрос на установку соединения от удалённого DCE. Сигнал передаётся независимо от состояния других сигналов. (Назначение контакта в EIA/TIA выбирается по требованию)	DTE←DCE	22	22	9	1
135	Received energy present	CK	Received Energy Present		C	Показывает наличие сигнала на линии приёма. (Назначение контакта в EIA/TIA выбирается по требованию)	DTE←DCE
126	Select transmit frequency		N/A (Unassigned)		C	Не используется в EIA/TIA. Контакт 11 подключён к цепи 126 в ISO/IEC 2110	DTE→DCE	11	11
140	Loopback/Maintenance test	RL	Remote loopback	RL	C	Тестирование дальнего DCE. Сигнал BA напрямую передаются в линию BB.	DTE→DCE	21	21
110	Цепь 110 не включена в текущую редакцию V.24	CG	Signal quality detector	-	C	в EIA/TIA использование сигнала не рекомендуется	DTE←DCE
141	Local loopback	LL	Local Loopback	LL	C	Тестирование ближнего DCE. Сигнал BA напрямую передаётся в линию BB.	DTE→DCE	18	18
142	Test indicator	TM	Test mode	TM	C	Показывает, что DTE находится в режиме тестирования (в том числе по запросу от удалённого DCE).	DTE←DCE	25	25
			N/A (reserved)	-	-	Зарезервирован	-	10	10
						Не подключён			26

СоединителиПравить

Разъем DE-9

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9- или 25-контактными разъёмами типа D-sub. Обычно они обозначаются Dx-yz, где

x — размер разъёма (например, B для 25 контактов, E для 9 контактов);

y — количество контактов (25 или 9);

z — тип контактов: вилка (Р, pin) или розетка (S, socket).

Разъем DB-25

Так, DB25P — вилка с 25 контактами, DE9P — вилка с 9 контактами, а DB25S и DE9S, соответственно — розетки с 25 и 9 контактами.

Первоначально в RS-232 использовались DB-25, но, поскольку многие приложения использовали лишь часть предусмотренных стандартом контактов, стало возможно применять для этих целей 9-штырьковые разъёмы DE-9, которые рекомендованы стандартом RS-574.

Номера основного контакта, передающего и принимающего данные, для разъёмов DE-9 и DB-25 разные: для DE-9 контакт 2 — вход приёмника, контакт 3 — выход передатчика. Для DB-25, наоборот, контакт 2 — выход передатчика, контакт 3 — вход приёмника.

С развитием техники производители телекоммуникационного оборудования стали использовать для RS-232 разнообразные соединители, например 6P6C, 6P4C, 8P8C и др.^{[источник не указан 772 дня]}

СтандартПравить

Стандарт RS-232 был предложен в 1962 году американской Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Стандарты EIA изначально имели префикс «RS» (англ. recommended standard, «рекомендованный стандарт»), но сейчас обозначаются просто «EIA». В 1969 году представлена третья редакция (RS-232C), в 1987 году — четвёртая (RS-232D, или EIA-232D). Самой последней является модификация «Е», принятая в июле 1991 года как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.

RS-232 идентичен стандартам ITU-T (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.

ОграниченияПравить

Скорость работы ограничена физическими параметрами скорости передачи одного байта: на 115200 бод, каждый бит длится (1/115200) = 8,7 µs. Если передаются 8-разрядные данные, это длится 8 x 8,7 µs = 69 µs, но каждый байт требует дополнительного стартового и стопового бита, поэтому необходимо 10 x 8,7 µs = 87 µs. Это означает максимальную скорость 11,5 Кбайт в секунду.

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, преобразуют физический уровень RS-232 в другие физические уровни асинхронного интерфейса:

«RS-232 — RS-422» (с сохранением полной программной совместимости) или «RS-232 — RS-485» (с определёнными программными ограничениями). Расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 9600 бод и при 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.

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ The RS232 Standard (неопр.). CAMI Research Inc.. Дата обращения: 22 апреля 2018. Архивировано 12 июля 2018 года.
↑ Изначально по стандарту на контакт 1 подключался сигнал CE. Но поскольку CE используется в основном для модемов, то часто на контакт 1 подключается сигнал CC.

СсылкиПравить

Описание интерфейса Архивная копия от 23 августа 2011 на Wayback Machine
The Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems Архивная копия от 19 июня 2006 на Wayback Machine (русский перевод)
Serial Communications (MSDN) Архивная копия от 8 декабря 2015 на Wayback Machine
Английское описание стандарта RS-232 Архивная копия от 19 июня 2008 на Wayback Machine
Яшкардин В.Л. RS-232. Рекомендованный стандарт 232. Интерфейс между терминалом данных и передающим оборудованием линии связи, применяющий последовательный обмен двоичными данными (рус.). SoftElectro (2009). Дата обращения: 25 октября 2020. Архивировано 24 августа 2011 года.
Java Simple Serial Connector Архивная копия от 10 марта 2011 на Wayback Machine — библиотека для работы с последовательными портами из Java. Поддерживает Win32, Win64, Linux_x86, Linux_x86_64, Linux_ARM, Solaris_x86, Solaris_x86_64, MacOSX_x86, MacOSX_x86_64, MacOSX_PPC, MacOSX_PPC64
The RS232 Standard Архивная копия от 12 июля 2018 на Wayback Machine — Стандарт RS-232

[1] The RS232 Standard (неопр.). CAMI Research Inc.. Дата обращения: 22 апреля 2018. Архивировано 12 июля 2018 года.

[2] Изначально по стандарту на контакт 1 подключался сигнал CE. Но поскольку CE используется в основном для модемов, то часто на контакт 1 подключается сигнал CC.

[1]

[2]