Índice:
- O que é o protocolo de comunicação serial RS232?
- Especificações principais para RS-232
- Conectores RS-232
- Sinais RS-232
- Especificações de cabos RS-232
- Diagrama de fluxo de dados RS-232
- Relação entre RS232 e outros padrões
O que é o protocolo de comunicação serial RS232?
RS-232 é um padrão que foi introduzido no início dos anos 60 para transmissão de dados seriais e ainda amplamente usado principalmente porque é multifuncional, fácil de operar e manter, acessível e amplamente suportado. Ele define não apenas as características do sinal elétrico, como taxa de transmissão do sinal, níveis de tensão, comprimento do cabo, tempo e comportamento de curto-circuito, mas também muitas outras coisas, incluindo características mecânicas da interface, conectores e pinagens.
De acordo com o padrão RS-232, todos os dados são transmitidos em uma série temporal de bits. Para PC, a configuração mais comum é o link assíncrono enviando pacotes de 7 ou 8 bits. No entanto, este padrão também oferece suporte à transmissão síncrona.
Com todos os seus méritos, o RS-232 tem algumas limitações sérias no alcance e no desempenho do processamento de dados, portanto, seu escopo principal de aplicação é equipamento industrial, rede e equipamento de laboratório.
Especificações principais para RS-232
Modo de operação: terminação única
Máx. comprimento do cabo: 15,24 metros (50 pés)
Máx. taxa de transferência de dados: 20 kbps
Máx. tensão de saída do driver: +/-25V
Máx. Taxa de giro: 30V/uS
Máx. corrente do driver no estado High Z: +/-6mA @ +/-2v (desligar)
Impedância de carga do driver: 3000-7000 Ohms
Nível do sinal de saída do driver: +/-5V to +/-15V (carregado) ou +/- 25V (descarregado)
Resistência de entrada do receptor: 3000-7000 Ohms
Faixa de tensão de entrada do receptor: +/-15V
Sensibilidade de entrada do receptor: +/-3V
Número total de motoristas e receptores em uma linha: 1 motorista e 1 receptor
Limitações do padrão RS232
Quais são os problemas conhecidos com a porta serial RS-232? O uso da porta COM padrão apresenta várias limitações com as quais você precisa lidar. Aqui estão as limitações óbvias do padrão:
- O aumento do consumo de energia devido à grande oscilação de tensão é uma grande complicação para o projeto da fonte de alimentação.
- Muitos dispositivos não usam as linhas de handshake para controle de fluxo, tornando o RS-232 não confiável.
- Embora o problema de conexão multiponto tenha sido resolvido com alternativas mais confiáveis, ainda não compensa a compatibilidade e as limitações de velocidade da porta RS232.
- A necessidade de um modem nulo ou cabo cruzado sempre que conectar um periférico a um computador.
- RS-232 não resolve o problema apresentado pela sinalização de terminação única.
Conectores RS-232
Um dispositivo RS-232 pode ser usado como equipamento de terminação de circuito (DCE) ou como equipamento terminal de dados (DTE), dependendo de quais fios são usados para enviar e receber cada sinal.
De acordo com o padrão RS-232, DCE é destinado a conectores fêmeas e DTE é destinado a conectores machos. No entanto, existem dispositivos com todos os tipos de combinações de definições de gênero/pino de conector. Por exemplo, um terminal que possui conectores fêmeas integrados para vir com um cabo que possui um conector macho em cada extremidade atende totalmente ao padrão RS-232.
Até a revisão C, o padrão recomenda o uso de conector D-subminiatura de 25 pinos, embora seja obrigatório a partir da revisão D apenas. Isso porque a grande maioria dos dispositivos realmente não precisa de todos os sinais 20 especificados pelo padrão, e as conexões RS-232 de 9 pinos são muito mais baratas e ocupam muito pouco espaço. Mais compacto e menos caro. Este conector RS-232 de 9 pinos é amplamente usado para computadores pessoais e dispositivos semelhantes.
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Conectores DB25
É importante notar que nem todo conector D-sub de 25 pinos possui uma interface compatível com RS-232-C. Alguns fabricantes de PC optam por sinais e tensões fora do padrão em determinados pinos da pinagem da porta COM do PC. No IBM PC original, por exemplo, o conector D-sub fêmea foi usado para a porta de impressora Centronics paralela.
Pinagem serial de 25 pinos:
Pin 1: GND − Shield Ground.
Pin 2: TxD → Dados transmitidos. Carrega dados do Terminal de Dados para o Conjunto de Dados.
Pin 3: RxD ← Dados recebidos. Carrega dados do conjunto de dados para o terminal de dados.
Pin 4: RTS → Pedido de envio. Terminal de dados sinaliza o conjunto de dados para se preparar para a transmissão de dados.
Pin 5: CTS ← Limpar para enviar. Conjunto de dados para sinalizar ao Terminal de dados que está pronto para receber dados.
Pin 6: DSR ← Conjunto de dados pronto. O DCE está pronto para receber e enviar dados.
Pin 7: GND − Terra do sistema. Referência de tensão zero.
Pin 8: CD ← Detecção de portadora. O Data Set sinaliza para o Terminal de Dados sobre a portadora detectada de outro dispositivo.
Pin 9: Reservado
Pin 10: Reservado
Pin 11: STF → Selecione o canal de transmissão.
Pin 12: S.CD ← Detecção de portadora secundária.
Pin 13: S.CTS ← Secundário liberado para enviar.
Pin 14: S.TXD → Dados de transmissão secundária.
Pin 15: TCK ← Sincronização do elemento do sinal de transmissão.
Pin 16: S.RXD ← Dados de recebimento secundários.
Pin 17: RCK ← Sincronização do elemento de sinal do receptor.
Pin 18: LL → Controle de loop local.
Pin 19: S.RTS → Solicitação secundária de envio
Pin 20: DTR → Da Remote Loop Control.
Pin 22: RI ← Indicador de toque. O Data Set sinaliza para o Data Terminal sobre uma condição de toque detectada.
Pin 23: DSR → Seletor de taxa de sinal de dados.
Pin 24: XCK → Sincronização do elemento de sinal de transmissão.
Pin 25: TI ← Indicador de teste.
Durante a comunicação assíncrona, tanto o RTS quanto o CTS estão ativados durante toda a sessão. No entanto, se o DTE estiver conectado a uma linha multiponto, os dados são transmitidos por uma estação por vez (devido ao compartilhamento do par de telefone de retorno), então o único uso do RTS é ligar e desligar a operadora do modem. Uma estação aumenta o RTS quando está pronta para transmitir. O modem liga sua operadora, espera até que esteja estabilizado (normalmente leva alguns milissegundos) e aumenta o CTS. Enquanto o CTS está ativo, o DTE transmite. Uma vez que a transmissão é finalizada, a estação descarta o RTS e então o modem descarta o CTS e a portadora.
Todos os sinais de relógio nos pinos 15, 17 e 24 do cabo serial da pinagem da porta COM são apenas para comunicações síncronas. O relógio é extraído do fluxo de dados pelo DSU ou pelo modem ou pelo DSU e é enviado ao DTE para fornecer um sinal de relógio constante. É importante ressaltar que os sinais de clock recebidos e transmitidos não precisam ser idênticos e podem ter taxas de transmissão diferentes.
Pinagem RS-232 de 9 pinos
Portanto, aqui está uma versão simplificada da pinagem de conexão serial usada em computadores pessoais: a pinagem de 9 pinos RS-232.
Pin 1: DCD ← Detecção de portadora de dados
Pin 2: RxD ← Receber dados
Pin 3: TxD → Transmitir Dados
Pin 4: DTR → Terminal de dados pronto
Pin 5: 0V/COM − 0V ou sistema de aterramento
Pin 6: DSR ← Conjunto de dados pronto
Pin 7: RTS → Pedido de envio
Pin 8: CTS ← Liberar para enviar
Pin 9: RI ← Indicador de toque
Sinais RS-232
Níveis de tensão que representam os sinais das pinagens da porta serial RS232 em relação a um sistema comum (alimentação / aterramento lógico). O nível do sinal do estado ativo (ESPAÇO) é positivo e o nível do sinal do estado inativo (MARK) é negativo em relação ao comum. Um protocolo de comunicação deve ser especificado por RS-232. Além disso, o RS-232 tem várias linhas de handshaking para usar com modems (na maioria dos casos).
A interface RS-232 assume que o DTE e o DCE têm barramentos elétricos semelhantes com aterramentos idênticos. Obviamente, essa suposição pode estar completamente errada quando se trata das longas linhas entre o DTE e o DCE.
A tensão máxima de circuito aberto especificada pelo padrão RS232 é 25 V, mas normalmente os níveis de sinal 5 V, 10 V, 12 V e 15 V.
De acordo com o padrão RS-232, todos os dados são bipolares. Para a maioria dos equipamentos, uma condição ON ou 0-state (SPACE) é indicada pela tensão de +3 V a +12 V e uma condição OFF ou 1-state (MARK) é indicada pela tensão de -3 V a -12 V. No entanto, alguns dispositivos não reconhecem nenhum nível negativo e 0 V é suficiente para o estado OFF. E às vezes tensões menores podem ser suficientes para atingir o estado LIGADO. Assim, é possível reduzir significativamente o intervalo geral para transmissão/recepção RS-232.
A tensão normal para o sinal de saída é de +12 V a -12 V. Além disso, há uma chamada “área morta” em uma faixa de +3 V a -3 V que se destina à adsorção de ruído de linha. Em outras pinagens de porta serial semelhantes a RS-232, esta faixa pode ser diferente (por exemplo, a definição V.10 tem uma área morta de +0,3 V a -0,3 V). Muitos receptores RS-232 podem detectar facilmente diferenciais de 1 V ou até menos.
Especificações de cabos RS-232
Não há limites de comprimento de cabo definidos diretamente pelo padrão RS-232, então o principal fator determinante é a capacitância máxima tolerada por um circuito de unidade compatível. Como regra geral, o comprimento crítico será de 15 m (ou cerca de 300 m, desde que apenas cabos de baixa capacitância tenham sido usados). Falando francamente, para distâncias maiores, o padrão RS-232 não é a melhor opção para transferência de dados de longa distância em alta velocidade.
Tendo em mente que nem todos os fabricantes de dispositivos mantêm o padrão o tempo todo, é uma boa prática estudar a documentação e usar uma breakout box para testar cada nova conexão. Em alguns casos, apenas o método de tentativa e erro pode ajudar a encontrar o cabo certo para conectar cada par de dispositivos.
Em conformidade com o padrão RS-232, um dispositivo DCE deve ser conectado a um DTE por meio do cabo que possui números de pino idênticos em cada conector (conhecido como “cabo reto”). Qualquer incompatibilidade de gênero de cabo/conector pode ser facilmente corrigida com trocadores de gênero. Além disso, são comuns os cabos com um conector D-sub de 25 pinos em uma extremidade e um conector RS-232 de 9 pinos na outra. Qualquer equipamento com conectores 8P8C geralmente é fornecido com um cabo DB-9 ou DB-25. Alguns até possuem conectores intercambiáveis para maior flexibilidade.
Se não houver necessidade de explorar a capacidade do RS-232, você pode usar uma conexão mínima de 3 fios: transmitir, receber e aterrar. Para um fluxo de dados unilateral, há uma opção de 2 fios: dados e aterramento. E para transmissão de dados controlada por hardware bidirecional, a melhor alternativa é uma versão de 5 fios, que é igual à de 3 fios, mas com as linhas RTS e CTS adicionadas.
Diagrama de fluxo de dados RS-232
De acordo com o padrão RS-232, os dados podem ser transmitidos em muitas variações. O mais comum, entretanto, é o envio de pacotes que incluem uma palavra de 7 a 8 bits e bits de início, parada e paridade. Como você pode ver no diagrama abaixo, primeiro vem o bit de início (baixo ativo, +3 V a +15 V), depois os bits de dados, seguidos pelo bit de paridade (se exigido pelo protocolo) e, finalmente, o bit de parada (usado para aumentar a lógica, -3 V a -15 V).
Relação entre RS232 e outros padrões
As portas compatíveis com RS-232 podem não operar necessariamente com vários outros padrões de sinalização serial, como RS-422, RS-423, RS-449, RS-422, 423, RS-485 e assim por diante. Para receptores GPS e localizadores de profundidade usando um nível TTL próximo a +5 e 0 de voltagem, o nível de marca se move para uma área indefinida do padrão. Você precisará de um tradutor atualizado para usar o padrão RS-232 em um ambiente como este.
Como eles se relacionam:
- RS-422 tem uma velocidade semelhante com RS-232, mas difere na sinalização
- A velocidade RS-423 é a mesma sem uma sinalização balanceada
- Rs-449 desativado
MIL-STD-188 é semelhante ao RS-232, mas tem um grande controle de tempo de subida com uma impedância melhor. Pensando em se livrar do seu dispositivo RS-232? Não tão rápido! Como você pode ver, este protocolo serial continua a desafiar todas as alegações de que foi completamente substituído por USB. Embora os sistemas de comunicação modernos exijam um sistema mais sofisticado como o USB, continuaremos usando as portas seriais padrão.
Os aplicativos de terceiros têm se saído bem em aprimorar a maneira como trabalhamos com a porta serial RS-232. Um exemplo é o conector RS232 para Ethernet desenvolvido pela Electronic Team. Você pode encontrar cenários de uso interessantes no Guia do Usuário.
Perguntas frequentes
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