Standard RS-232

Standard RS-232 opisuje sposób połączenia urządzeń DTE (ang. Data Terminal Equipment) tj.

urządzeń końcowych danych (np. komputer) oraz urządzeń DCE (ang. Data Communication Equipment), czyli urządzeń komunikacji danych (np. modem). Standard określa nazwy styków złącza oraz przypisane im sygnały a także specyfikację elektryczną obwodów wewnętrznych.

Standard ten definiuje normy wtyczek i kabli portów szeregowych typu COM. Standard RS-232

(ang. Recommended Standard) opracowano w 1962 roku na zlecenie amerykańskiego stowarzyszenia producentów urządzeń elektronicznych w celu ujednolicenia parametrów sygnałów

i konstrukcji urządzeń zdolnych do wymiany danych cyfrowych za pomocą sieci telefonicznej.

RS-232 jest magistralą komunikacyjną przeznaczoną do szeregowej transmisji danych. Najbardziej popularna wersja tego standardu, RS-232C pozwala na transfer na odległość nie przekraczającą 15

m z szybkością maksymalną 20 kbit/s.

W architekturze PC standardowo przewidziano istnienie 4 portów COM oznaczanych odpowiednio

COM1-COM4. Specjalizowane karty rozszerzeń pozwalały na podłączenie znacznie większej ilości

portów RS-232, jednak nie były one standardowo obsługiwane przez MS-DOS i wymagały specjalistycznego oprogramowania.

W przypadku komputerów PC porty RS-232 początkowo obsługiwane były przez układy 8250 (PC,

XT), później 16450 (AT, 80386, pierwsze i486), następnie przez zintegrowane z płytą główną 16550A. Układy te są ze sobą wstecznie zgodne, jednak kolejne wersje posiadają coraz większy

bufor FIFO. Kość 16550A posiada standardowo bufor 2x 16b. Zwiększenie długości kolejki FIFO

skutkowało obniżeniem częstotliwości przerwań generowanych przez port przy przesyłaniu danych.

Na potrzeby zastosowań profesjonalnych (np. równoczesna obsługa wielu szybkich modemów w

systemach typu BBS) stosowano często specjalizowane karty RS-232 z jeszcze większymi buforami (np. 16650 czy karty procesorowe). Znane były rozwiązania pozwalające na podłączenie

do 1024 urządzeń RS-232, przy zachowaniu pełnej prędkości per port i buforami rzędu 1024 bajty

na port. Część kart tego typu pozwalała także na ustawianie wyższego zegara wskutek czego bitrate

na wyjściu układu był wyższy niż ustawienia programowe – przy dużej wielkości kolejki FIFO

pozwalało to na uzyskiwanie wysokich (często niestandardowych – jak w przypadku modemów

ZyXel 76800 bps) prędkości. Spotkać można było na rynku modemy komunikujące się z portem

RS-232 z prędkościami do 421 kbit, a nawet 921,6 kbit (np. Yuko, Goramo).

Specyfikacja napięcia definiuje "1" logiczną jako napięcie -3V do -15V, zaś "0" to napięcie +3V do

+15V. Poziom napięcia wyjściowego natomiast może przyjmować wartości -12V, -10V, +10V,

+12V, zaś napięcie na dowolnym styku nie może być większe niż +25V i mniejsze niż -25V. Należy

zaznaczyć przy tym, że zwarcie dwóch styków RS-232 teoretycznie nie powoduje jego

uszkodzenia. W praktyce ten zapis w specyfikacji nie zawsze jest przestrzegany.

•

Sygnały w PC

 

Widok gniazda PC (męskiego) typu DE-9 od strony wtyczki

Numer

Kierunek

Oznaczenie Nazwa angielska

Nazwa polska

9 pin 25 pin

1

8

DCE – > DTE DCD

Data Carrier Detected sygnał wykrycia nośnej

2

3

DCE – > DTE RxD

Receive Data

odbiór danych

3

2

DCE < – DTE TxD

Transmit Data

transmisja danych

4

20

DCE < – DTE DTR

Data Terminal Ready gotowość terminala 1)

5

7

DCE – DTE

GND

Signal Ground

masa

6

6

DCE – > DTE DSR

Data Set Ready

gotowość "modemu" 1)

7

4

DCE < – DTE RTS

Request to Send Data żądanie wysyłania

8

5

DCE – > DTE CTS

Clear to Send Data

gotowość wysyłania

9

22

DCE – > DTE RI

Ring Indicator

wskaźnik dzwonka

9-19; 21; 23-25

NC

nie wykorzystane 2)

1) nazwa sygnału DSR bywa mylnie tłumaczona jako "wypełniony bufor (gotowość transmisji)", a

DTR jako "przetworzono dane (gotowość odbioru)" - w rzeczywistości oznaczają one gotowość

urządzeń do pracy (czyli, że mają włączone zasilanie i wykonały reset po włączeniu) - angielskie

nazwy "Data Set" i "Data Terminal" oznaczają urządzenia, a nie ich stany.

2) sygnały te nie są wykorzystywane przy łączności asynchronicznej (standardowy PC miał tylko

taką) - łączność synchroniczna używała jeszcze innych sygnałów, np. zegarowych do odbioru i

wysyłania danych (RxC i TxC), które przy łączności asynchronicznej są zbędne.

Zworki na wtyku kontrolnym

Podłączenie do PC (lub innego DTE) tak wykonanego wtyku powoduje, że

9 pin

25 pin

dostaje on z powrotem wszystkie wysłane dane - taki wtyk służy do testowania 2--3

2--3

poprawności działania portu RS-232 w DTE.

7--8

4--5

1--4--6 6--8--20

Protokoły transmisji danych

Asynchroniczny: każdy bajt jest przesyłany niezależnie, i jest poprzedzony bitem START (stan 0),

po którym są przesyłane bity danych od 0 do 7 (lub mniej: stosuje się bajt od 5 do 8 bitów), po nich

opcjonalnie bit parzystości (do wyboru: tak, by łączna liczba jedynek w danych i tym bicie była

parzysta (Even Parity), albo nieparzysta (Odd Parity), albo by miał określoną wartość 0 albo 1

(Stick Parity) - łącznie 4 możliwości), i na koniec bit (lub bity) STOP (stan 1; dla słowa 5-bitowego

1 lub 1.5 bitu, dla dłuższych 1 lub 2; jest to gwarantowany odstęp przed bitem START następnego

bajtu, może on jednak być dowolnie długi); bity mają czas trwania określony przez stronę

wysyłającą, strona odbierająca odmierza czas od zbocza 1→0 na początku bitu start i próbkuje stan w połowie długości bitu; wykrycie wartości '1' w połowie bitu START jest interpretowane jako

"fałszywy start"; wykrycie wystąpienia '0' pół odstępu czasu po rozpoczęciu bitu STOP jest

interpretowane jako "błąd ramki" (framing error).

Synchroniczny: DCE (modem) podaje sygnały TxC (nie musi go podawać, lub może być

nieprawidłowy, kiedy nie daje CTS) i RxC (nie musi go podawać, lub może być nieprawidłowy,

gdy nie daje DCD), a DTE (terminal) wysyła (TxD) lub odbiera (RxD) kolejne bity danych; żeby

ustalić przy odbieraniu, gdzie jest granica bajtów, dane są poprzedzone serią bajtów SYN (0x16 -

DTE musi analizować je i wykryć, o ile bitów trzeba przesunąć dane, by uzyskać taką wartość), po

których następuje znak rozpoczynający pakiet danych (np. SOH - 0x01) i kolejne bajty, bez

możliwości "zaczekania" (najwyżej z możliwością wysłania danych nieznaczących); dane mają

strukturę określającą ich przeznaczenie (np. dane do wyświetlenia, dane do wydrukowania,

sterowanie terminalem - to, co w protokole TCP/IP określa "port"), i gdzie jest ich koniec; zwykle

dla kontroli poprawności transmisji pakiet zawiera dodatkowe dane do jej sprawdzenia, czasem jest

to różnica symetryczna wszystkich bajtów, częściej CRC; z powodu konieczności synchronizacji

przesyłanie danych wyłącznie pakietami; liczba bitów pomiędzy pakietami nie musi być

wielokrotnością bajta.

Modemy half- i full-duplex

Modem full-duplex może jednocześnie odbierać i wysyłać, DTE współpracujący z takim modemem

zwykle włącza na stałe sygnał RTS, aby uniknąć opóźnień na synchronizację modemów.

Modem half-duplex nie może robić obu tych rzeczy naraz - podanie RTS powoduje odczekanie na

przerwę w sygnale nośnym (DCD) i wysłanie sygnału nośnego - po uzyskaniu stabilnego

połączenia do wysyłania z modemem z drugiej strony modem podaje sygnał CTS; po zakończeniu

wysyłania danych (ale nie wcześniej) DTE musi wyłączyć RTS, aby modem przestał wysyłać

sygnał nośny i pozwolił, by modem z drugiej strony mógł rozpocząć wysyłanie.