RS232 serieel communicatieprotocol: basisprincipes, werking en specificaties

Een van de oudste, maar populaire communicatieprotocollen die in industrieën en commerciële producten wordt gebruikt, is de RS232-communicatieprotocollen. De term RS232 staat voor "Recommended Standard 232" en is een type seriële communicatie dat wordt gebruikt voor het verzenden van gegevens normaal gesproken over middellange afstanden. Het werd geïntroduceerd in de jaren zestig en heeft zijn weg gevonden naar veel toepassingen zoals computerprinters, fabrieksautomatiseringsapparatuur enz. Tegenwoordig zijn er veel moderne communicatieprotocollen zoals de RS485, SPI, I2C, CAN enz. U kunt ze bekijken als u geïnteresseerd bent. In dit artikel zullen we de basisprincipes van het RS232-protocol begrijpen en hoe het werkt.

Wat is een seriële communicatie?

In de telecommunicatie wordt het proces waarbij gegevens opeenvolgend via een computerbus worden verzonden, seriële communicatie genoemd, wat betekent dat de gegevens bit voor bit worden verzonden. Bij parallelle communicatie worden de gegevens verzonden in een byte (8 bit) of teken op meerdere datalijnen of bussen tegelijk. Seriële communicatie is langzamer dan parallelle communicatie, maar wordt vanwege lagere kosten en praktische redenen gebruikt voor langdurige gegevensoverdracht.

Voorbeeld om te begrijpen:

Seriële communicatie - u schiet een doelwit af met machinegeweren, waarbij kogels een voor een het doel bereiken.

Parallelle communicatie - u schiet een doelwit af met een jachtgeweer, waarbij een groot aantal kogels tegelijkertijd reikt.

Wijzen van gegevensoverdracht in seriële communicatie:

Asynchrone gegevensoverdracht - De modus waarin de gegevensbits niet worden gesynchroniseerd door een klokpuls. Klokpuls is een signaal dat wordt gebruikt voor synchronisatie van de werking in een elektronisch systeem.
Synchrone gegevensoverdracht - De modus waarin de gegevensbits worden gesynchroniseerd door een klokpuls.

Kenmerken van seriële communicatie:

De baudrate wordt gebruikt om de transmissiesnelheid te meten. Het wordt beschreven als het aantal bits dat in één seconde passeert. Als de baudrate bijvoorbeeld 200 is, worden 200 bits per seconde doorgegeven. In telefoonlijnen zijn de baudrates 14400, 28800 en 33600.
Stopbits worden gebruikt voor een enkel pakket om de verzending te stoppen, die wordt aangeduid als "T". Enkele typische waarden zijn 1, 1,5 en 2 bits.
Parity Bit is de eenvoudigste manier om de fouten te controleren. Er zijn vier soorten, namelijk even oneven, gemarkeerd en gespatieerd. Bijvoorbeeld, als 011 een getal de pariteit bit = 0, dat wil zeggen, even pariteit en de pariteit = 1, dat wil zeggen oneven pariteit.

Wat is RS232?

RS232C "Aanbevolen standaard 232C" is de recente versie van standaard 25-pins, terwijl RS232D die 22-pins is. In het mannelijke D-type van de nieuwe pc, dat uit 9 pinnen bestaat.

RS232 is een standaardprotocol dat wordt gebruikt voor seriële communicatie, het wordt gebruikt om de computer en zijn randapparatuur aan te sluiten om seriële gegevensuitwisseling tussen beide mogelijk te maken. Omdat het de spanning verkrijgt voor het pad dat wordt gebruikt voor de gegevensuitwisseling tussen de apparaten. Het wordt gebruikt in seriële communicatie tot 15 meter met een snelheid van 1,492 kbps. Zoals EIA definieert, wordt de RS232 gebruikt voor het verbinden van datatransmissieapparatuur (DTE) en datacommunicatieapparatuur (DCE).

Universele asynchrone gegevensontvanger en -zender (UART) gebruikt in combinatie met RS232 voor gegevensoverdracht tussen printer en computer. De microcontrollers kunnen dergelijke spanningsniveaus niet aan, connectoren zijn verbonden tussen RS232-signalen. Deze connectoren staan bekend als de DB-9-connector als seriële poort en ze zijn van twee soorten mannelijke connectoren (DTE) en vrouwelijke connectoren (DCE).

elektrische specificaties

Laten we de onderstaande elektrische specificaties van RS232 bespreken:

Spanningsniveaus: RS232 wordt ook gebruikt als grond- en 5V-niveau. Binary 0 werkt met spanningen tot + 5V tot + 15Vdc. Het wordt 'AAN' of spacing genoemd (hoogspanningsniveau), terwijl Binary 1 werkt met spanningen tot -5V tot -15Vdc. Het wordt 'UIT' of markering (laagspanningsniveau) genoemd.
Spanningsniveau ontvangen signaal: Binair 0 werkt op de ontvangen signaalspanningen tot + 3V tot +13 Vdc & Binair 1 werkt met spanningen tot -3V tot -13 Vdc.
Lijnimpedanties: de impedantie van draden is maximaal 3 ohm tot 7 ohm en de maximale kabellengte is 15 meter, maar de nieuwe maximale lengte in termen van capaciteit per lengte-eenheid.
Bedrijfsspanning: de bedrijfsspanning is max. 250 V AC.
Huidige classificatie: De huidige classificatie is maximaal 3 ampère.
Diëlektrische weerstand tegen spanning: 1000 VAC min.
Slew Rate: De snelheid waarmee de signaalniveaus veranderen, wordt Slew Rate genoemd. Met zijn slew rate is het maximaal 30 V / microseconde en de maximale bitrate is 20 kbps.

Hoe RS232 werkt?

RS232 werkt aan de tweewegcommunicatie die gegevens met elkaar uitwisselt. Er zijn twee apparaten met elkaar verbonden: (DTE) datatransmissieapparatuur en (DCE) datacommunicatieapparatuur met de pinnen zoals TXD, RXD en RTS & CTS. Nu genereert de RTS vanuit de DTE- bron het verzoek om de gegevens te verzenden . Van de andere kant maakt DCE, de CTS, het pad vrij voor het ontvangen van de gegevens. Nadat een pad is vrijgemaakt, geeft het een signaal aan RTS van de DTE- bron om het signaal te verzenden. Vervolgens worden de bits verzonden van DTE naar DCE. Nu weer van DCE bron, kan het verzoek worden gegenereerd door RTS en CTS van DTE- bronnen maakt het pad vrij voor het ontvangen van de gegevens en geeft een signaal om de gegevens te verzenden. Dit is het hele proces waardoor de gegevensoverdracht plaatsvindt.

TXD	ZENDER
RXD	ONTVANGER
RTS	VERZOEK OM TE VERZENDEN
CTS	WISSEN OM TE VERZENDEN
GND	GROND

Bijvoorbeeld: de signalen ingesteld op logisch 1, dwz -12V. De datatransmissie begint vanaf het volgende bit en om dit te informeren, stuurt DTE een startbit naar DCE. De startbit is altijd '0', dwz +12 V en de volgende 5 tot 9 tekens zijn databits. Als we een pariteitsbit gebruiken, kunnen 8 bits gegevens worden verzonden, terwijl als pariteit geen gebruik maakt, er 9 bits worden verzonden. De stopbits worden verzonden door de zender waarvan de waarden 1, 1,5 of 2 bits zijn na de datatransmissie.

Mechanische specificatie

Voor mechanische specificaties moeten we twee soorten connectoren bestuderen, namelijk DB-25 en DB-9. In DB-25 zijn 25 pinnen beschikbaar die voor veel van de toepassingen worden gebruikt, maar sommige toepassingen hebben niet de hele 25 pinnen gebruikt. De 9-pins connector is dus gemaakt voor het gemak van de apparaten en apparatuur.

Nu bespreken we hier de DB-9- pins connector die wordt gebruikt voor verbinding tussen microcontrollers en connector. Er zijn twee typen: mannelijke connector (DTE) en vrouwelijke connector (DCE). Er zijn 5 pinnen op de bovenste rij en 4 pinnen in de onderste rij. Het wordt vaak DE-9 of D-type connector genoemd.

Pin-structuur van DB-9-connector:

Pin Beschrijving DB-9 Connector:

PIN-nr.	Pin Naam	Pin Beschrijving
1	CD (carrier-detectie)	Inkomend signaal van DCE
2	RD (gegevens ontvangen)	Ontvangt inkomende gegevens van DTE
3	TD (gegevens verzenden)	Stuur uitgaande gegevens naar DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	Uitgaand handshaking-signaal
5	GND (Signaalaarde)	Gemeenschappelijke referentiespanning
6	DSR (klaar voor dataset)	Inkomend handshaking-signaal
7	RTS (verzoek om te verzenden)	Uitgaand signaal voor het regelen van de stroom
8	CTS (Clear to Send)	Inkomend signaal voor het regelen van de stroom
9	RI (Ring Indicator)	Inkomend signaal van DCE

Wat is handshaking?

Handshaking is het proces dat wordt gebruikt om het signaal van DTE naar DCE over te brengen om de verbinding tot stand te brengen voordat de gegevens daadwerkelijk worden overgedragen. De berichten tussen zender en ontvanger kunnen worden gedaan door handshaking.

Er zijn 3 soorten handshaking-processen genaamd: -

Geen handshaking:

Als er geen handshaking is, leest DCE de reeds ontvangen gegevens terwijl DTE de volgende gegevens verzendt. Alle ontvangen gegevens zijn opgeslagen op een geheugenlocatie die bekend staat als de buffer van de ontvanger. Deze buffer kan slechts één bit opslaan, dus de ontvanger moet de geheugenbuffer lezen voordat de volgende bit arriveert. Als de ontvanger de opgeslagen bit in de buffer niet kan lezen en de volgende bit arriveert, gaat de opgeslagen bit verloren.

Zoals getoond in onderstaand diagram, was een ontvanger in staat te lezen van de 4 ^e bit tot en met 5 ^ste bit aankomst en dit resultaat dwingende 4 ^th bit met 5 ^ste bit en 4 ^ste bit verloren.

Hardware-handshaking:

Het gebruikt specifieke seriële poorten, dwz RTS & CTS om de gegevensstroom te regelen.
In dit proces vraagt de zender de ontvanger dat hij klaar is om gegevens te ontvangen, waarna de ontvanger controleert of de buffer leeg is, als deze leeg is, geeft hij de zender een signaal dat ik klaar ben om gegevens te ontvangen.
De ontvanger geeft het signaal aan de zender om geen gegevens te verzenden terwijl reeds ontvangen gegevens niet kunnen worden gelezen.
Het werkproces is hetzelfde als hierboven beschreven bij handshaking.

Software-handshaking:

Bij dit proces zijn er twee vormen, namelijk X-ON en X-OFF. Hier is 'X' de zender.
X-ON is het gedeelte waarin het de gegevensoverdracht hervat.
X-OFF is het gedeelte waarin het de gegevensoverdracht pauzeert.
Het wordt gebruikt om de gegevensstroom te regelen en verlies tijdens verzending te voorkomen.

Toepassingen van RS232-communicatie

RS232 seriële communicatie wordt gebruikt in oude generatie pc's voor het aansluiten van randapparatuur zoals muis, printers, modem enz.
Tegenwoordig wordt RS232 vervangen door geavanceerde USB.
Het wordt ook gebruikt in PLC-machines, CNC-machines en servocontrollers omdat het veel goedkoper is.
Het wordt nog steeds gebruikt door sommige microcontrollerborden, bonprinters, kassasystemen (PoS), enz.