"Serial port" är en förkortning för seriellt kommunikationsgränssnitt. "Seriell kommunikation" avser en metod för kommunikation där data överförs bit för bit i sekvens. Vanliga serieportar inkluderar RS-232 och RS-485. Även om seriell kommunikation utvecklades för ganska länge sedan, används den fortfarande i stor utsträckning inom dagens industriella automations- och kontrollområden. I den här artikeln tar vi en djupare titt på RS-232 serieporten. Den här artikeln tar upp följande ämnen:
1. Historien om RS232
2. RS232-gränssnittet
3. Elektriska signaler i RS232
4. Nivå-skiftande IC:er för RS232
5. Dataöverföring i RS232
1. Historien om RS232
RS232 är en kommunikationsstandard som publicerades av Electronic Industries Association (EIA) 1962. Dess fullständiga namn är: "Standard for Electrical and Mechanical Interfaces Between DTE and DCE." "DTE" står för "Data Terminal Equipment", såsom en dator; "DCE" står för "Data Circuit-terminating Equipment." Det skrivs också ibland som "Datakommunikationsutrustning", till exempel ett modem. "RS" i "RS232" står för "Rekommenderad standard". "232" är identifieraren. Den tidiga RS-232-standarden utvecklades för att möjliggöra kommunikation mellan datorer, programmerbara telefoner och modem; efter flera revideringar blev det en standard för seriell kommunikation för allmänt bruk. Revisionerna av RS-232 är följande:
1969 version C (RS-232-C);
1986 version D (RS-232-D);
Version E (RS232-E) 1991;
Version F (RS232-F) 1997;
För närvarande, inom området industriell automation, används RS232 främst för kommunikation mellan enheter som pekskärmar, kortläsare, streckkodsläsare och skrivare och PLC:er.
2. RS-232-gränssnitt
Före F-versionen använde RS-232 ett 25-stifts seriellt gränssnitt, som fanns i två typer: hane och hona. Hankontakten används för DTE-enheter och honkontakten används för DCE-enheter, som visas i bilden nedan
Den fysiska enheten visas i figuren nedan:
Se tabellen nedan för stiftdefinitioner:
:
| Antal | Namn | Förkortning |
|---|---|---|
| 1 | Skydda | |
| 2 | Överförda data | TxD |
| 3 | Mottagen data | RxD |
| 4 | Begäran att skicka | RTS |
| 5 | Rensa för att skicka | CTS |
| 6 | DCE Reannonsy/Datauppsättning klar | DSR |
| 7 | Signal jord/gemensam retur | SG |
| 8 | Mottagen linjesignaldetektor | |
| 9 | Reserverad för datauppsättningstestning | |
| 10 | Reserverad för datauppsättningstestning | |
| 11 | Unassignerad | |
| 12 | Sekundär mottagen linjesignaldetektor | |
| 13 | Sekundär Rensa att skicka | (S)CTS |
| 14 | Sekundär överförd data | (S)TxD |
| 15 | Transmissionssignalelementtiming | |
| 16 | Sekundär mottagna data | (S)RxD |
| 17 | Receiver Signal Element Timing (DCE) | |
| 18 | Lokal Loopback | |
| 19 | Sekundär begäran att skicka | (S)RTS |
| 20 | DTE Ready/Data Terminal Ready | DTR |
| 21 | Remote Loopback/ Signalkvalitetsdetektor |
|
| 22 | Ringindikator | RI |
| 23 | Väljare för datasignalhastighet | |
| 24 | Timing för sändningssignalelement (DTE) | |
| 25 | Testläge |
Den 25-stifts seriella porten har för många stift, vilket gör den besvärlig att använda. För att förenkla den seriella RS232-porten definierar F-versionen en 9-stifts seriell port, som också inkluderar både en hankontakt (för DTE) och en honkontakt (för DCE), som visas i bilden nedan:
Se tabellen nedan för stiftdefinitioner:
| Antal | Namn | Förkortning |
|---|---|---|
| 1 | Upptäck databärare | DCD |
| 2 | Mottagen data | RxD |
| 3 | Överförda data | TxD |
| 4 | Dataterminal klar | DTR |
| 5 | Jord | GND |
| 6 | Dataset redo | DSR |
| 7 | Begäran att skicka | RTS |
| 8 | Rensa för att skicka | CTS |
| 9 | Ringindikator | RI |
En PLC anses vara en DTE-enhet, och dess RS-232 seriella port är en hankontakt. Till exempel har den seriella modulen CM1241 RS-232 för S7-1200 en seriell hanport, som visas i bilden nedan:
För kommunikation mellan en DTE och en DTC kan en direktanslutning användas, som visas i bilden nedan:
För kommunikation mellan två DTE:er (som en PLC och en streckkodsläsare) bör en korskoppling användas.- Alla stift kan kopplas till varandra, som visas i bilden nedan:
Du kan använda en minimal anslutningsmetod, med endast tre ledningar för att ansluta TxD- och RxD-stiften på båda enheterna och jorda dem tillsammans, som visas i bilden nedan:
Denna typ av anslutning, där DTE ansluter direkt till DCE utan att gå igenom DCE, är också känd som en "nullmodem"-anslutning, och kabeln som används för denna typ av anslutning kallas en "nullmodem"-kabel eller en korsad kabel.
3. RS-232 elektriska signaler
De elektriska signalerna på RS-232 sändnings- och mottagningsterminaler är spänningssignaler i förhållande till den gemensamma jordningen (GND). En spänningsskillnad mellan +3V och +15V representerar en logisk "0"; en spänningsskillnad mellan -3V och -15V representerar en logisk "1"; och en spänningsskillnad mellan -3V och +3V är odefinierad. 3 V är den lägsta detekterbara spänningssignalen. I praktiska tillämpningar förväntas det absoluta värdet av spänningsskillnaden att variera från 5 V till 15 V. Det vill säga när sändardrivrutinen sänder ut en positiv spänningssignal på +5 V till +15 V för att representera en logisk "0", medan en negativ spänningssignal på -5 V till -15 V representerar en logisk "1". Vid mottagning av data anses varje elektrisk signal som är större än 3 V vara en giltig signal.
4. RS-232 nivåomvandlingskretsar
Eftersom mikrokontrollerstift matar ut TTL-nivåer, krävs en dedikerad omvandlings-IC (som TI:s MAX3232 eller ST:s ST3232) för att konvertera dem till RS-232-nivåer. För mer information, se min tidigare artikel: Vad är skillnaden mellan RS-232 och TTL-nivåer? Hur konverteras de?
5. RS-232 Dataöverföring
Det första konceptet som är involverat i dataöverföring är baudhastighet. Som vi vet sänder seriell kommunikation data en bit i taget, med överföringsenheten som biten. Därför definieras baudhastigheten som antalet bitar som överförs per tidsenhet. Den internationellt accepterade tidsenheten är sekunden (s), så enheten för baudhastighet är bit/s (b/s), även skriven som bps (bitar per sekund).
Det finns ett specifikt intervall av baudhastigheter (inte godtyckliga värden); Vanliga baudhastigheter inkluderar 9 600, 38 400, 56 000 och 115 200. Det finns många andra värden också; de kommunicerande parterna behöver helt enkelt komma överens om samma överföringshastighet.
RS-232 är ett kommunikationsprotokoll från punkt-till punkt. Dess dataram består av fyra delar: startbiten, databitarna, paritetsbiten och stoppbiten.
Startbit: Längd 1, datavärde är lika med logisk 0, vilket indikerar början av dataöverföring;
Databitar: Längd 8 eller 7, representerar den faktiska data som överförs;
Paritetsbit: Längd 0 (ingen paritet) eller 1 (udda eller jämn paritet);
Stoppbit: Längd 1, 1,5 eller 2; datavärdet är en logisk 1, som indikerar slutet av dataramen;
Förutsatt att en RS232-kommunikation är konfigurerad med 7 databitar, udda paritet och 2 stoppbitar, visas ram- och logiska värden i figuren nedan
Låt oss sedan göra en beräkning.
Anta att en RS-232-kommunikationsinställning har en baudhastighet på 9 600, 8 databitar, ingen paritet (0) och 1 stoppbit. Hur många byte data kan överföras per sekund under dessa kommunikationsparametrar?
Svar: Baserat på parametrarna är ramlängden för denna kommunikation 1 + 8 + 1=10 bitar. En byte (8 bitar) sänds inom denna ram. Därför, vid en baudhastighet på 9600, är den maximala mängden faktiska data som kan överföras per sekund 9600 / 10=960 byte.