RS-232 (RS-232)

Использование RS-232 для подключения компьютера к модему при связи по телефонной линии

Разъём DE-9, часто используемый для RS-232

RS-232 (англ. Recommended Standard 232, другое название EIA232) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса (UART). Устройство, поддерживающее этот стандарт, широко известно как последовательный порт персональных компьютеров. Исторически стандарт имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании. В настоящее время используется для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, нетребовательного к скорости обмена, особенно при значительном удалении его от компьютера и отклонении условий применения от стандартных. В компьютерах, занятых офисными и развлекательными приложениями, практически вытеснен интерфейсом USB.

RS-232 обеспечивает передачу данных и некоторых специальных сигналов между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE) на расстояние до 15 метров на максимальной скорости (115200 бод). Так как этот интерфейс известен не только простотой программирования, но и неприхотливостью, в реальных условиях это расстояние увеличивается во много раз с примерно пропорциональным снижением скорости.

Протокол интерфейса предполагает два режима передачи данных — синхронный и асинхронный, а также два метода управления обменом данных — аппаратный и программный. Каждый режим может работать с любым методом управления. В протоколе также предполагается вариант управления передачей данных по специальным сигналам, устанавливаемым хостом (DSR — сигнал состояния готовности, DTR — сигнал готовности передачи данных).

Для передачи данных по интерфейсу RS-232 используется код NRZ, который не является самосинхронизирующимся, поэтому для синхронизации используются стартовый и стоповый биты, позволяющие выделить битовую последовательность и синхронизировать приёмник с передатчиком.

Назначение

Изначально создавался для подключения телефонных модемов к компьютерам. В связи с такой специализацией имеет рудименты, например, в виде отдельной линии RING («звонок»). Постепенно телефонные модемы перешли на другие интерфейсы (USB), но разъём для RS-232 имелся на всех персональных компьютерах, и многие изготовители оборудования использовали его для подключения своего оборудования (например, компьютерной мыши).

В настоящее время чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. На портативных компьютерах (ноутбуках, нетбуках, КПК и т. п.) широкого применения RS-232 не нашёл, однако материнские платы стационарных персональных компьютеров до недавнего времени ещё содержали RS-232 — либо в виде разъёма на задней панели, либо в виде колодки для подключения шлейфа на плате. Также возможно использование переходников-преобразователей. Кроме того, RS-232 имеется на некоторых телевизорах и ресиверах, в частности, спутниковых, где предназначен в том числе для обновления встроенного ПО через компьютер.

Спутниковый ресивер с разъёмом RS-232 (нижний правый угол)

Часто этот стандарт используется для взаимодействия микроконтроллеров различных архитектур, имеющих в своем составе интерфейс UART, с другими цифровыми устройствами и периферией.

Принцип работы

Основная статья: UART

RS-232 — проводной дуплексный интерфейс. Метод передачи данных аналогичен асинхронному последовательному интерфейсу UART.

Информация передаётся по проводам двоичным сигналом с двумя уровнями напряжения (код NRZ). Логическому «0» соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической «1» — отрицательное (от −5 до −15 В для передатчика). Для электрического согласования линий RS-232 и стандартной цифровой логики UART выпускается большая номенклатура микросхем драйверов, например, MAX232.

Помимо линий входа и выхода данных, RS-232 регламентировал ряд необязательных вспомогательных линий для аппаратного управления потоком и специальных функций.

Стандарт ITU-T V.24/V.28		Стандарт TIA/EIA-232		Неофициальное общепринятое обозначение	Тип	Описание	Направление	Номера контактов в разъёмах по стандартам. Ниже — тип разъёма
								EIA/TIA-232-F (RS-232)	EIA-232-E Alt A	EIA-574/562	EIA-561/562
Цепь	Название сигнала	Цепь	Название сигнала					DB-25	UD-26	DB-9	8P8C
			Protective Ground or Shield	PG	PG	Экран кабеля, может соединять корпуса приборов. Не используется для сигналов. В зависимости от условий эксплуатации может соединяться, или изолироваться от сигнальной цепи AB (перемычкой).	-	1	1	-	-
102	Signal ground or common return	AB	Signal Common	GND	SG	Общий сигнальный провод	-	7	7	5	4
103	Transmitted data	BA	Transmitted Data	TxD	D	Передача данных. Производить передачу разрешается при состоянии (CA&CB&CC&CD)=ON. Также разрешается передача управляющих команд на DCE (программирование, набор номера) при состоянии (CB&¬(CC)&CD) =ON	DTE→DCE	2	2	3	6
104	Received Data	BB	Received Data	RxD	D	Приём данных	DTE←DCE	3	3	2	5
105	Request to send	CA	Request to send	RTS	C	Запрос на передачу. Передача данных по BA сопровождается этим сигналом. В полудуплексном режиме управляет направлением передачи (запрещает приём данных по BB). CA не должен переводиться из состояния OFF в состояние ON пока CF=ON.	DTE→DCE	4	4	7	8
133	Ready for receiving	CJ	Ready for receiving	-	C	Готов к приёму. Разрешает приём данных по BB. Используется для контроля переполнения входного буфера DTE. Обычно в EIA/TIA не используется, но может быть задействован вместо цепи CA (в этом случае CA всегда остаётся в состоянии ON).	DTE→DCE
106	Ready for sending	CB	Clear to send	CTS	C	Свободен для передачи. При СС=ON показывает, что DCE и канал связи готовы к передаче данных. При СС=OFF показывает, что DCE готов к приёму команд управления.	DTE←DCE	5	5	8	7
107	Data set ready	CC	DCE Ready	DSR	C	Указывает на готовность DCE к работе. Назначение сигнала зависит от режима работы DCE. В основном режиме показывает исправность системы, или готовность канала связи.	DTE←DCE	6	6	6	1
108/1	Connect data set to line	CD	DTE Ready	DTR	C	Готовность DTE. Запрос от DTE к DCE на подготовку к работе линии связи.	DTE→DCE	20	20	4	3
108/2	Data terminal ready
109	Data channel received line signal detector	CF	Received Line Signal Detector	CD	C	Обнаружен принимаемый сигнал. Конкретный смысл сигнала зависит от оборудования. Обычно показывает рабочее состояние канала связи для режима приёма. В полудуплексном режиме запрещает включение сигнала CA.	DTE←DCE	8	8	1	2
111	Data signal rate selector (DTE)	CH/CI	Data signal rate selector	DSRS	C	Выбор скорости передачи данных. ON — высокая скорость OFF — низкая. Если необходимо использовать цепь SCF, то цепи CH и CI подключаются к контакту 23. Если цепь SCF не используется, то цепь CI подключается к контакту 12	DTE→DCE	23	23
112	Data signal rate selector (DCE)						DTE←DCE
113	Transmitter signal element timing (DTE)	DA	Transmitter Signal Element Timing (DTE source)	TST out	T	Синхронизация сигнала BA (источник в DTE)	DTE→DCE	24	24
114	Transmitter signal element timing (DCE)	DB	Transmitter Signal Element Timing (DCE source)	TST in	T	Синхронизация сигнала BA (источник в DCE)	DTE←DCE	15	15
115	Receiver signal element timing (DCE)	DD	Receiver signal element timing (DCE source)	RST	T	Синхронизация сигнала BB (источник в DCE)	DTE←DCE	17	17
118	Transmitted backward channel data	SBA	Secondary transmitted data		D	Передача данных по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу BA.	DTE→DCE	14	14
119	Received backward channel data	SBB	Secondary received data		D	Приём данных по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу BB.	DTE←DCE	16	16
120	Transmit backward channel line signal	SCA	Secondary request to send		C	Запрос на передачу по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CA.	DTE→DCE	19	19
121	Backward channel ready	SCB	Secondary clear to send		C	Свободен для передачи по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CB.	DTE←DCE	13	13
122	Backward channel received line signal detector	SCF	Secondary received line signal detector		C	Обнаружен принимаемый сигнал по второму (резервному) каналу. Аналогичен сигналу CF.	DTE←DCE	12	12
112	Data signal rate selector (DCE)	CI	Data signal rate selector (DCE source)		C	Выбор скорости передачи данных. Если необходимо использовать цепь SCF, то цепи CH и CI подключаются к контакту 23. Если цепь SCF не используется, то цепь CI подключается к контакту 12	DTE←DCE
125	Calling indicator	CE	Ring indicator	RI	C	Запрос на установку соединения от удалённого DCE. Сигнал передаётся независимо от состояния других сигналов. (Назначение контакта в EIA/TIA выбирается по требованию)	DTE←DCE	22	22	9	1
135	Received energy present	CK	Received Energy Present		C	Показывает наличие сигнала на линии приёма. (Назначение контакта в EIA/TIA выбирается по требованию)	DTE←DCE
126	Select transmit frequency		N/A (Unassigned)		C	Не используется в EIA/TIA. Контакт 11 подключён к цепи 126 в ISO/IEC 2110	DTE→DCE	11	11
140	Loopback/Maintenance test	RL	Remote loopback	RL	C	Тестирование дальнего DCE. Сигнал BA напрямую передаются в линию BB.	DTE→DCE	21	21
110	Цепь 110 не включена в текущую редакцию V.24	CG	Signal quality detector	-	C	в EIA/TIA использование сигнала не рекомендуется	DTE←DCE
141	Local loopback	LL	Local Loopback	LL	C	Тестирование ближнего DCE. Сигнал BA напрямую передаётся в линию BB.	DTE→DCE	18	18
142	Test indicator	TM	Test mode	TM	C	Показывает, что DTE находится в режиме тестирования (в том числе по запросу от удалённого DCE).	DTE←DCE	25	25
			N/A (reserved)	-	-	Зарезервирован	-	10	10
						Не подключён			26

Соединители

Основная статья: D-sub

Разъем DE-9

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9- или 25-контактными разъёмами типа D-sub. Обычно они обозначаются Dx-yz, где

x — размер разъёма (например, B для 25 контактов, E для 9 контактов);

y — количество контактов (25 или 9);

z — тип контактов: вилка (Р, pin) или розетка (S, socket).

Разъем DB-25

Так, DB25P — вилка с 25 контактами, DE9P — вилка с 9 контактами, а DB25S и DE9S, соответственно — розетки с 25 и 9 контактами.

Первоначально в RS-232 использовались DB-25, но, поскольку многие приложения использовали лишь часть предусмотренных стандартом контактов, стало возможно применять для этих целей 9-штырьковые разъёмы DE-9, которые рекомендованы стандартом RS-574.

Номера основного контакта, передающего и принимающего данные, для разъёмов DE-9 и DB-25 разные: для DE-9 контакт 2 — вход приёмника, контакт 3 — выход передатчика. Для DB-25, наоборот, контакт 2 — выход передатчика, контакт 3 — вход приёмника.

С развитием техники производители телекоммуникационного оборудования стали использовать для RS-232 разнообразные соединители, например 6P6C, 6P4C, 8P8C и др.

Стандарт

Стандарт RS-232 был предложен в 1962 году американской Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Стандарты EIA изначально имели префикс «RS» (англ. recommended standard, «рекомендованный стандарт»), но сейчас обозначаются просто «EIA». В 1969 году представлена третья редакция (RS-232C), в 1987 году — четвёртая (RS-232D, или EIA-232D). Самой последней является модификация «Е», принятая в июле 1991 года как стандарт EIA/TIA-232E. В данном варианте нет никаких технических изменений, которые могли бы привести к проблемам совместимости с предыдущими вариантами этого стандарта.

RS-232 идентичен стандартам ITU-T (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.

Ограничения

Скорость работы ограничена физическими параметрами скорости передачи одного байта: на 115200 бод, каждый бит длится (1/115200) = 8,7 µs. Если передаются 8-разрядные данные, это длится 8 x 8,7 µs = 69 µs, но каждый байт требует дополнительного стартового и стопового бита, поэтому необходимо 10 x 8,7 µs = 87 µs. Это означает максимальную скорость 11,5 Кбайт в секунду.

На практике в зависимости от качества применяемого кабеля требуемое расстояние передачи данных в 15 метров может не достигаться, составляя, к примеру, порядка 1,5 м на скорости 115200 бод для неэкранированного плоского или круглого кабеля. Это вызвано применением однофазных сигналов вместо дифференциальных, а также отсутствием требований по согласованию приёмника (и часто также передатчика) с линией.

Для преодоления этого ограничения, а также возможного получения гальванической развязки между узлами, преобразуют физический уровень RS-232 в другие физические уровни асинхронного интерфейса:

• «RS-232 — RS-422» (с сохранением полной программной совместимости) или «RS-232 — RS-485» (с определёнными программными ограничениями). Расстояние может быть увеличено до 1 км на скорости 9600 бод и при использовании кабеля типа «витая пара» категории 3;
• внешний преобразователь «RS232 — Токовая петля» для 9-контактного разъёма или соответствующие цепи 25-контактного разъёма в случае наличия преобразователя внутри устройств.

См. также

• MAX232
• SpaceWire
• RS-485
• RS-422
• NRZ-код
• Нуль-модемное соединение
• UART

Ссылки

• Описание интерфейса Архивная копия от 23 августа 2011 на Wayback Machine
• The Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems Архивная копия от 19 июня 2006 на Wayback Machine (русский перевод)
• Serial Communications (MSDN) Архивная копия от 8 декабря 2015 на Wayback Machine
• Английское описание стандарта RS-232 Архивная копия от 19 июня 2008 на Wayback Machine
• Яшкардин В.Л. RS-232. Рекомендованный стандарт 232. Интерфейс между терминалом данных и передающим оборудованием линии связи, применяющий последовательный обмен двоичными данными  (рус.). SoftElectro (2009). Дата обращения: 25 октября 2020. Архивировано 24 августа 2011 года.
• Java Simple Serial Connector Архивная копия от 10 марта 2011 на Wayback Machine — библиотека для работы с последовательными портами из Java. Поддерживает Win32, Win64, Linux_x86, Linux_x86_64, Linux_ARM, Solaris_x86, Solaris_x86_64, MacOSX_x86, MacOSX_x86_64, MacOSX_PPC, MacOSX_PPC64
• The RS232 Standard Архивная копия от 12 июля 2018 на Wayback Machine — Стандарт RS-232