Tabla de contenido:
- ¿Qué es el protocolo de comunicación serie RS232?
- Especificaciones principales para RS-232
- Conectores RS-232
- Señales RS-232
- Especificaciones de los cables RS-232
- Diagrama de flujo de datos RS-232
- Relación entre RS232 y otros estándares
¿Qué es el protocolo de comunicación serie RS232?
RS-232 es un estándar que se introdujo a principios de los años 60 para la transmisión de datos en serie y todavía se usa ampliamente, principalmente porque es multipropósito, fácil de operar y mantener, accesible y ampliamente compatible. Define no solo las características de la señal eléctrica, como la velocidad de transmisión de la señal, los niveles de voltaje, la longitud del cable, la sincronización y el comportamiento de cortocircuito, sino también muchas otras cosas, incluidas las características mecánicas de la interfaz, los conectores y los pines.
Según el estándar RS-232, todos los datos se transmiten en una serie temporal de bits. Para PC, la configuración más común es un enlace asíncrono que envía paquetes de 7 u 8 bits. Sin embargo, este estándar también admite la transmisión síncrona.
Con todos sus méritos, RS-232 tiene algunas limitaciones serias en el rango y el rendimiento del rendimiento de datos, por lo que su principal ámbito de aplicación son los equipos industriales, las redes y los equipos de laboratorio.
Especificaciones principales para RS-232
Modo de operación: single-ended
Max. longitud del cable: 15,24 metros (50 ft)
Max. rendimiento de datos: 20 kbps
Max. voltaje de salida del controlador: +/-25V
Max. velocidad de subida: 30V/uS
Max. corriente del controlador en estado High Z: +/-6mA @ +/-2v (power off)
Impedancia de carga del controlador: 3000-7000 Ohms
Nivel de señal de salida del controlador: +/-5V to +/-15V (loaded) or +/-25V (unloaded)
Resistencia de entrada del receptor: 3000-7000 Ohms
Rango de voltaje de entrada del receptor: +/-15V
Sensibilidad de entrada del receptor: +/-3V
Número total de controladores y receptores en una línea: 1 controlador y 1 receptor
Limitaciones del estándar RS232
¿Cuáles son los problemas conocidos con el puerto serie RS-232? El uso del puerto COM estándar viene con un montón de limitaciones con las que debe lidiar. Aquí están las limitaciones obvias del estándar:
- El aumento del consumo de energía debido a la gran variación de voltaje es una gran complicación para el diseño de la fuente de alimentación..
- Muchos dispositivos no utilizan las líneas de protocolo de enlace para el control de flujo, lo que hace que RS-232 no sea confiable.
- Aunque el problema de la conexión multipunto se ha abordado con alternativas más confiables, aún no compensa las limitaciones de compatibilidad y velocidad del puerto RS232.
- La necesidad de un módem nulo o cable cruzado cada vez que se conecta un periférico a una computadora.
- RS-232 no resuelve el problema presentado por la señalización de un solo extremo.
Conectores RS-232
Un dispositivo RS-232 puede ser un equipo de terminación de circuito (DCE) o un equipo de terminal de datos (DTE), según los cables que se utilicen para enviar y recibir cada señal.
De acuerdo con el estándar RS-232, DCE está diseñado para conectores hembra y DTE es para conectores macho. Sin embargo, hay dispositivos con todo tipo de combinaciones de definiciones de pin/género de conector. Por ejemplo, un terminal que tiene conectores hembra integrados que viene con un cable que tiene un conector macho en cada extremo cumple completamente con el estándar RS-232.
Hasta la revisión C, el estándar recomienda usar un conector D-subminiatura de 25 clavijas, aunque es obligatorio a partir de la revisión D. Esto se debe a que la gran mayoría de los dispositivos no necesitan realmente todas esas 20 señales especificadas de forma estándar, y las conexiones RS-232 de 9 pines son mucho más económicas y ocupan muy poco espacio. Más compacto y menos costoso. Este conector RS-232 de 9 pines se usa ampliamente para computadoras personales y dispositivos similares.
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Conectores DB25
Vale la pena señalar que no todos los conectores D-sub de 25 pines tienen una interfaz compatible con RS-232-C. Algunos fabricantes de PC optan por señales y voltajes no estándar en ciertos pines del pinout del puerto COM de su PC. En la PC IBM original, por ejemplo, se utilizó el conector D-sub hembra para el puerto de impresora Centronics paralelo.
Configuración de pines en serie de 25 pines:
Alfiler 1: GND − Escudo de tierra.
Alfiler 2: TxD → Datos transmitidos. Transporta datos desde el terminal de datos al conjunto de datos.
Alfiler 3: RxD ← Datos recibidos. Transporta datos del conjunto de datos al terminal de datos.
Alfiler 4: RTS → Peticion para enviar. El terminal de datos indica al conjunto de datos que se prepare para la transmisión de datos.
Alfiler 5: CTS ← Borrar para enviar. El conjunto de datos indica al terminal de datos que está listo para recibir datos.
Alfiler 6: DSR ← Conjunto de datos listo. DCE está listo para recibir y enviar datos.
Alfiler 7: GND − Tierra del sistema. Referencia de voltaje cero.
Alfiler 8: CD ← Carrier Detect. El conjunto de datos envía señales al terminal de datos sobre la portadora detectada de otro dispositivo.
Alfiler 9: Reservado
Alfiler 10: Reservado
Alfiler 11: STF → Seleccione un canal de transmisión.
Alfiler 12: S.CD ← Detección de portadora secundaria.
Alfiler 13: S.CTS ← Secundario claro para enviar.
Alfiler 14: S.TXD → Transmisión de datos secundarios.
Alfiler 15: TCK ← Sincronización del elemento de la señal de transmisión.
Alfiler 16: S.RXD ← Recibir datos secundarios.
Alfiler 17: RCK ← Temporización del elemento de señal del receptor.
Alfiler 18: LL → Control de bucle local.
Alfiler 19: S.RTS → Solicitud secundaria para enviar
Alfiler 20: DTR → Da control remoto de bucle.
Alfiler 22: RI ← Indicador de anillo. El conjunto de datos envía señales al terminal de datos sobre una condición de timbre detectada.
Alfiler 23: DSR → Selector de velocidad de señal de datos.
Alfiler 24: XCK → Transmitir la sincronización del elemento de señal.
Alfiler 25: TI ← Indicador de prueba.
Durante la comunicación asincrónica, tanto RTS como CTS están activos durante toda la sesión. Sin embargo, si el DTE está conectado a una línea multipunto, los datos son transmitidos por una estación a la vez (debido al intercambio de pares de teléfono de retorno), por lo que el único uso de RTS es encender y apagar el operador del módem. Una estación aumenta el RTS cuando está lista para transmitir. El módem enciende su portadora, espera hasta que se estabilice (normalmente toma un par de milisegundos) y aumenta CTS. Mientras CTS está activo, DTE transmite. Una vez finalizada la transmisión, la estación descarta el RTS y luego el módem descarta tanto el CTS como el operador.
Todas las señales de reloj en los pines 15, 17 y 24 del cable serial del puerto COM son solo para comunicaciones síncronas. El reloj se extrae del flujo de datos por DSU o el módem o extractos de DSU y se envía al DTE para proporcionar una señal de reloj estable. Es importante enfatizar que las señales de reloj recibidas y transmitidas no necesitan ser idénticas y pueden tener diferentes velocidades en baudios.
Configuración de pines RS-232 de 9 pines
Así que aquí hay una versión simplificada del pinout de conexión en serie que se utiliza en las computadoras personales: el pinout RS-232 de 9 pines.
Alfiler 1: DCD ← Detección de portador de datos
Alfiler 2: RxD ← Recibir datos
Alfiler 3: TxD → Dato transmitido
Alfiler 4: DTR → Terminal de datos listo
Alfiler 5: 0V/COM − 0 V o tierra del sistema
Alfiler 6: DSR ← Conjunto de datos listo
Alfiler 7: RTS → Peticion para enviar
Alfiler 8: CTS ← Claro para enviar
Alfiler 9: RI ← Indicador de anillo
Señales RS-232
Niveles de voltaje que representan las señales de los pines del puerto serie RS232 con respecto a un sistema común (alimentación / tierra lógica). El nivel de la señal del estado activo (ESPACIO) es positivo y el nivel de la señal del estado inactivo (MARCA) es negativo con respecto al común. RS-232 debe especificar un protocolo de comunicaciones. Además, RS-232 tiene varias líneas de protocolo de enlace para usar con módems (en la mayoría de los casos).
La interfaz RS-232 asume que tanto el DTE como el DCE tienen buses eléctricos similares con tierras idénticas. Obviamente, esta suposición puede ser completamente errónea cuando se trata de las largas filas entre el DTE y el DCE.
El voltaje máximo de circuito abierto especificado por el estándar RS232 es 25 V, pero normalmente los niveles de señal son 5 V, 10 V, 12 V y 15 V.
Según el estándar RS-232, todos los datos son bipolares. Para la mayoría de los equipos, una condición de estado ENCENDIDO o 0 (ESPACIO) se indica mediante un voltaje de +3 V a +12 V y una condición de APAGADO o de estado 1 (MARCA) se indica mediante un voltaje de -3 V a -12 V. Sin embargo, algunos dispositivos no reconocen ningún nivel negativo y 0 V es suficiente para el estado APAGADO. Y a veces, los voltajes más pequeños pueden ser suficientes para lograr el estado ON. De este modo, es posible reducir significativamente el rango general para la transmisión / recepción RS-232.
El voltaje normal para la señal de salida es de +12 V a -12 V. Además, existe un "área muerta" en un rango de +3 V a -3 V que está destinado a la adsorción de ruido de línea. En otros pines de puerto serie similares a RS-232, este rango puede ser diferente (por ejemplo, la definición de V.10 tiene un área muerta de +0,3 V a -0,3 V). Una gran cantidad de receptores RS-232 pueden detectar fácilmente diferenciales de 1 V, o incluso menos.
Especificaciones de los cables RS-232
No hay límites de longitud de cable definidos directamente por el estándar RS-232, por lo que el principal factor determinante es la capacitancia máxima tolerada por un circuito de control compatible. Como regla general, la longitud crítica será de 15 m (o unos 300 m siempre que se utilicen solo cables de baja capacitancia). Hablando francamente, para distancias más largas, el estándar RS-232 no es la mejor opción para la transferencia de datos a larga distancia de alta velocidad.
Teniendo en cuenta que no todos los fabricantes de dispositivos mantienen el estándar hasta el final, es una buena práctica estudiar la documentación y usar una caja de conexiones para probar cada nueva conexión. En algunos casos, solo el método de prueba y error puede ayudar a encontrar el cable adecuado para conectar cada par de dispositivos.
De acuerdo con el estándar RS-232, un dispositivo DCE debe conectarse a un DTE a través del cable que tiene idénticos números de clavija en cada conector (conocido como "cable recto"). Cualquier desajuste de género de cable / conector se puede solucionar fácilmente con cambiadores de género. Además, son de uso común cables con un conector D-sub de 25 pines en un extremo y un conector RS-232 de 9 pines en el otro. Cualquier equipo con conectores 8P8C generalmente se proporciona con un cable que tiene un DB-9 o un DB-25. Algunos incluso tienen conectores intercambiables para mayor flexibilidad.
Si no es necesario aprovechar al máximo la capacidad del RS-232, puede utilizar una conexión mínima de 3 cables: transmisión, recepción y tierra. Para un flujo de datos unidireccional, existe una opción de 2 cables: datos y tierra. Y para la transmisión de datos bidireccional controlada por hardware, la mejor alternativa es una versión de 5 hilos, que es lo mismo que 3 hilos pero con las líneas RTS y CTS agregadas.
Diagrama de flujo de datos RS-232
De acuerdo con el estándar RS-232, los datos se pueden transmitir en muchas variaciones. Sin embargo, lo más común es enviar paquetes que incluyen una palabra de 7-8 bits y bits de inicio, parada y paridad. Como puede ver en el diagrama a continuación, primero viene el bit de inicio (activo bajo, +3 V a +15 V), luego los bits de datos, seguidos por el bit de paridad (si lo requiere el protocolo) y finalmente el bit de parada (usado para llevar la lógica alta, de -3 V a -15 V).
Relación entre RS232 y otros estándares
Los puertos compatibles con RS-232 pueden no funcionar necesariamente con otros estándares de señalización en serie como RS-422, RS-423, RS-449, RS-422, 423, RS-485, etc. Para los receptores GPS y buscadores de profundidad que utilizan un nivel TTL cercano a +5 y 0 voltaje, el nivel de marca se mueve a un área indefinida del estándar. Necesitará un traductor actual para utilizar el estándar RS-232 en un entorno como este.
Cómo se relacionan:
- RS-422 tiene una velocidad similar a RS-232 pero difiere en la señalización
- La velocidad del RS-423 es la misma sin una señalización balanceada
- Rs-449 fuera de servicio
MIL-STD-188 es similar a RS-232, pero tiene un gran control de tiempo de subida con una mejor impedancia. ¿Está pensando en deshacerse de su dispositivo RS-232? ¡No tan rapido! Como puede ver, este protocolo en serie sigue desafiando todas las afirmaciones de que ha sido reemplazado completamente por USB. Aunque los sistemas de comunicación modernos requieren un sistema más sofisticado como el USB, continuaremos usando los puertos serie estándar.
Las aplicaciones de terceros han mejorado la forma en que trabajamos con el puerto serie RS-232. Un ejemplo es el conector RS232 a Ethernet desarrollado por Electronic Team. Puede encontrar escenarios de uso interesantes en la Guía del usuario.
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