rs232

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

RS-232

RS-232 je, u argonu, naziv za najraireniji digitalni, serijski meusklop. Zapravo je rije o EIA standardu RS-232-C od kojeg postoje brojne inaice (V.24) i izvedenice (pojednostavnjenja i odstupanja). Propisuje konektor, napone, signale i protokol za povezivanje DTE (terminal, raunalo)... Standard propisuje DB 25 konektor s 25 signala od kojih se danas koriste najvie 9. Dozvoljene su naponske razine od -12V do +12V. Oekuje se brzina komunikacije do 19200 bps (bita u sekundi) na udaljenost od barem 15 m. Zbog velike rairenosti, u praksi se koristi i mimo standarda, za povezivanje DTE s DTE, na vee udaljenosti i brzine od propisanih te se koriste razliiti konektori i nestandardni naponi. Nekoliko je pokuaja definiranja novih standarda (RS-449) ili dodataka (modemi za svjetlovod) kako bi se postigle vrlo velike brzine i udaljenosti te neosjetljivost na smetnje.

to je RS232RS-232 je standard koji definira digitalnu, serijsku komunikaciju izmeu DTE (Data Terminal Equipment) i DCE (Data Communication Equipment).

Slika 1 Izvorno je zamiljen za povezivanje raunala i terminala (DTE) s modemima (DCE) za potrebe udaljenog rada na (tada skupim i rijektim) sredinjim raunalima (Slika 1).

B.Jeren i P.Pale: Sustavi za voenje i praenje procesa

1/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Danas sve vei broj instrumenata, i ureaja openito, ima ugraen RS-232. Toliko se esto koristi da se obino u govoru spominje kao "serijska veza", iako je to samo jedan od standarda za serijsku komunikaciju.

StandardRS-232-C je oznaka standarda kojeg je postavila EIA (Electronic Industries Association). "C" oznaava da je rije o treoj doradi specifikacije, a u pripremi je i "D". U nastavku teksta emo kroistiti samo naziv "RS-232" bez oznake "C" i pri tome emo podrazumijevati posljedju reviziju standarda. Zbog velike rairenosti, propisao ga je i CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee, danas ITU-T /International Telecommunication Union/) pod oznakom V.24. Dodue, V.24 ne propisuje konektor (nego ISO standard) i elektrike karakteristike (to definiraju standardi V.10 i V.11). RS-232 propisuje konektor, elektrine karakteristike, signale i signalizaciju. Standard ne propisuje nain prijenosa podataka iako se najee koriste asinkroni i sinkroni prijenos.

KonektorStandard propisuje DB25 konektor (Slika 2). Radi se o dvorednom konektoru s 25 kontakata. Postoje "muki" (eng. pin, noice) i "enski" (eng. socket, rupice) konektor. "Muki" je uvijek na DTE ureajima: raunala i terminali. "enski" je uvijek na DCE opremi: uglavnom modemi.

1

13

14

25

DB 25

Slika 2 Sam DB-25 konektor je opisan ISO standardom. Kako emo vidjeti kasnije, danas se sve ee koristi svega 9 signala, a komunikacija je mogua i sa svega tri signala. To neminovno vodi i k tome da se u praksi nastoje koristiti i drugaiji, manji i jeftiniji konektori. Uvrijeeni su, iako ne i definirani RS-232 standardom: DB9, RJ45 i RJ11.


2/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

RJ-451 Frame GND 2 RTS 3 Rx 4 DCD 5 Tx 6 DTR 7 GND 8 CTS

RJ-111 Oklop 2 Rx3 Tx4 Tx+ 5 Rx+ 6 Oklop

Slika 3

Elektrike karakteristikePostoje podatkovni signali (Tx i Rx) i kontrolni signali (Tablica 2). Podatkovni koriste binarna stanja, a kontrolni logika stanja. Elektrika specifikacija propisuje napone od -12V do +12V, iako se toleriraju i naponi od -15V do +15V. Naponske razine iznad +3V (u nekoj literaturi se navodi +4V) smatraju se binarnom "0", a logikom "1". Naponska razina ispod -3V se smatra binarnom "1", a logikom "0".

Slika 4 Ovakvim izborom napona, dobiveno je iroko zatitno podruje (-3V do +3V) u kome su nedefinirana stanja. Dozvoljene su brzine prijenosa do 20 kbps (bita u sekundi) i duljine kabela do 15 m. Svi su signali unipolarni, tj. referenciraju se na jedan, zajedniki, povratni vod: GND (pin 7). To smanjuje broj potrebnih ica u kabelima i pojednostavnjuje sklopove, ali poveava osjetljivost na smetnje i parazitne pojave. Stoga je u praksi mogue koristiti i dulje kabele, ali e tada obino trebati smanjiti brzinu prijenosa, da bi se smanjile greke u prijenosu. I obratno, mogue je ostvariti prijenos i veim brzinama, ali e trebati smanjiti duljinu kabela. U sljedeoj su tablici dani odnosi brzine prijenosa i duljine oklopljenog i neoklopljenog kabela:B.Jeren i P.Pale: Sustavi za voenje i praenje procesa 3/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Baud Rate u bps 110 300 1200 2400 4800 9600 19200

Oklopljeni u metrima (feet) 1500 (5000) 1500 (5000) 900 (300) 300 (1000) 300 (1000) 75 (250) 15 (50)

Neoklopljeni u metrima (feet) 900 (3000) 900 (3000) 900 (3000) 150 (500) 75 (250) 75 (250) 15 (50)

Tablica 1 Ovo su korisne polazne informacije, ali u praksi e trebati prilagoditi vrijednosti stvarnim uvjetima u pojedinoj primjeni: kvaliteti kabela, smetnjama i dr. U praksi se susreu i ureaji koji koriste TTL naponske razine. Oni ne bi smjeli nositi oznaku RS-232 i smiju se spajati samo s istovrsnim ureajima.

SignaliRS-232 definira signale na svih 25 kontakata (pinova) (Tablica 2). Svi imaju samo jedan, zajedniki povratni vod: GND (pin 7). Postoji i "Protective ground" linija (pin 1) koja se samo na jednoj strani kabela treba povezati s oklopom ureaja (uzemljenjem). Ako je kabel oklopljen, tada oklop treba spojiti na pin 1. Potrebno je jo jednom posebno naglasiti da je binarna 1 (podatkovne linije) signalizirana negativnim, dok je logika 1 (kontrolne linije) signalizirana pozitivnim naponom. U tablici su navedeni svi signali definirani RS-232 standardom, i ujedno odgovarajui signali V.24 standarda. Danas se u praksi koristi samo devet signala i zatitno uzemljenje (pin 1). Ti su signali navedeni u tablici u prve tri skupine signala. Komunikaciju je mogue ostvariti sa samo tri signala navedena u prve dvije skupine: Tx, Rx i GND. U tom sluaju nema kontrole protoka podataka. Mogue ju je ostvariti tek na programskoj razini.RS-232 Signal Protective ground Signal Ground Transmitted data Received data Request to send Clear to send Data set ready Data terminal ready Ring indicator Line detector Signal quality DTE rate V.24 Kod 101 102 102 104 105 106 107 108 125 109 110 111 Signal Protective ground Signal Ground Transmitted data Received data Request to send Ready for sending Data set ready Data terminal ready Calling indicator Line detector Signal quality DTE rate Objanjenje zatita od smetnji povratni vod podatkovne linije kontrolne linije

Pin 1 7 2 3 4 5 6 20 22 8 21 23

Oznaka GND Tx Rx RTS CTS DSR DTR RI DCD

Kod AA AB BA BB CA CB CC CD CE CF CG CH

danas se rijetko koriste4/11


Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

18 11 24 15 17 14 16 19 3 12

CI DA DB DD SBA SBB SCA SCB SCF

DCE rate DTE timing DCE timing Receiver timing Transmitted data Received data Request to send Clear to send Line detector

112 126 113 114 115 118 119 120 121 122

DCE rate Select frequency DTE timing DCE timing Receiver timing Transmitted data Received data Line signal Channel ready Line detector

podeavanje brzine prijenosa sekundarni kanal

Tablica 2

Signalizacija - protokolKontrolne linije u treoj grupi signala prethodne tablice, slue za regulaciju razmjene podataka. Kada je raunalo ili terminal ukljuen i spreman za rad s modemom, postavlja DTR (Data Terminal Ready) liniju u logiku 1 (pozitivan napon). Modem, pak, postavlja DSR (Data Set Ready), kad je spreman za rad. Sada modem pokuava uspostaviti vezu s modemom na drugoj strani telefonske linije. Kad modem na (telefonskoj) liniji otkrije signal nosioc, postavlja DCD (Data Carrier Detect) signal. Sada moe zapoeti prijenos podataka. RTS (Request to Send) signal znai da raunalo ili terminal imaju spremne podatke za prijenos i ele ih poslati modemu. Spremnost da primi podatke, modem signalizira s CTS (Clear to Send). Raunalo podatke alje modemu preko Tx (Transmit), a prima preko Rx (Receive) linije. Kada modem ne moe vie primati podatke, spusti CTS signal na to raunalo mora prestati slati podatke. Ponovnim aktiviranjem CTS signala raunalo smije slati podatke. Cijeli se protokol moe vrlo lijepo opisati obinim rijeima, na slijedei nain:


5/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Ur eaj

Si gnal

Znaenj e H aj dem o nekoga nazvat.Spr an ? i em Ja sam ukluen.Koj br da nazovem ? j i oj Pozvanim odem se odazvao im oem o nast t r avii azgovors njm . i I am podat M ogu l i posl i? m ke. ih at Bez pr em a ! alim ipodat obl j ke. Podacit eku,znak po znak. M odem i prm a iale u t ef h i j el onsku lniu. ij M olm st m al !Tr i ani o enut ne m ogu dale sl ipodat na lniu. no j at ke ij Sad j sve u r e edu,alidale podat j j ke. C iel post ji upak u pr hodne etr t et ii oke se ponavla neogr en j ani br put sve dok r oj a, aunal el azgovar is pozvanom stanom . o i at r Zavr o sam s posl ( azgovor ) Pr nit ef i om r om . eki el onsku lniu. ij Ur edu.Li j pr nut nia eki a.

C om put er D TR + M odem M odem D SR + DCD +

C om put er R TS + M odem C TS +

C om put er TxD .. . M odem M odem M odem ..R xD . C TS C TS + .. . C om put er D TR M odem DCD -

Tablica 3 U sluaju kada spajamo dva ureaja od kojih jedan oekuje upotrebu signala za kontrolu protoka podataka, a drugi ne podrava taj nain rada, potrebno je na ureaju koji oekuje protokol poduzeti sljedee: kratkospojiti CTS i RTS signale (5 i 4) te DTR s DSR i DCD (20 na 6 i 8). Ako oba ureaja podravaju rad bez kontrolnih linija, protokol razmjene podataka mogue je ostvariti i upotrebom posebnih znakova. Najpoznatiji je tzv. "Xon-Xoff" protokol. Ureaj koji eli zaustaviti slanje podataka iz smjera sugovornika, poalje sugovorniku znak Xoff (ctrl-S na tastaturi). Kada je sprema za prijem, poalje Xon (ctrlQ na tastaturi). Neke implementacije ovog protokola prihvaaju bilo koji znak kao Xon simbol.

Spajanje ureajaDTE oprema (raunala, terminali, printeri itd.) uvijek moraju imati "muki" DB25 konektor, dok DCE oprema (modemi) moraju imati "enski" DB25 konektor. To znai da kabeli imaju na jednoj strani "muki", a na drugoj " enski" konektor, da imaju 25 ica koje su spojene "jedan na jedan", tj. pin 2 jednog konektora je spojen na isti pin drugog konektora. Preporuljivo je da kabel ima oklop, koji se spaja na pin 1 enskog konektora. Meutim, danas je u praksi RS-232 uvrijeen za spajanje i DTE s DTE, bez posredstva DCE opreme i komunikacijske mree. Na primjer, spajamo raunalo s terminalom ili printerom. U tom je sluaju potreban "null-modem", ureaj koji e zamijeniti modeme i komunikacijsku mreu.


6/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Slika 5 Null modem je pasivna naprava u kojoj se samo vri prespoj signala na sljedei nain:DTE 1 2 3 4 5 6 7 8 20 DTE 1 2 3 4 5 6 7 8 20

Slika 6 Kako, oigledno, null modem samo prespaja signale, njegova se funkcija moe ostvariti i u samom kabelu. Takav se kabel naziva "null modem kabel", ima oba "muka" konektora, iji su kontakti spojeni "u kri" prema prethodnom crteu.

Prijenos podatakaPodaci se mogu prenositi na dva naina: asinkrono i sinkrono. Daleko najraireniji (po broju primjena) je asinkroni nain, koji prenosi znak po znak. Sinkroni nain prenosi blok znakova odjednom i bio je u irokoj upotrebi na velikim raunalima 60-tih godina. U oba sluaja se podaci prenose brzinama od 50, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 ili 19200 bita u sekundi. Danas se u praksi koriste i nestandardne brzine od 14400, 28800 te 33600 bita u sekundi, posebno za modemske komunikacije. Asinkroni prijenos Asinkronim nainom prijenosa prenosi se svaki znak zasebno. Znak moe imati 5 do 8 bitova i utvruje se za svaku komunikaciju (razgovor) unaprijed, dogovorom sugovornika (ne moe se utvrditi automatski). Na poetku svakog znaka nalazi se bit koji oznaava poetak znaka: start bit (binarna 0). Na slian nain znak zavrava stop bitom (binarna 1). Iz povijesnih


7/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

razloga (stari elektromehaniki ureaji) predviena je mogunost da stop bit ima trajanje u duljini 1, 1.5 ili 2 bita. Pored bitova koji prenose informaciju, znak moe na kraju sadravati i paritetni bit koji omoguava otkrivanje jednostruke greke u prijenosu. On se postavlja za svaki znak posebno u takvo stanje da ukupan broj bitova u znaku koji su u stanju binarne 1 bude paran ili neparan, u ovisnosti da li je dogovorena zatita parnim ili neparnim paritetom. Vrsta zatite mora se dogovoriti unaprijed za svaku razmjenu podataka (razgovor). Oigledno je da asinkroni prijenos ima relativno nisku efikasnost, jer u najboljem sluaju (8 bita, bez pariteta) prenosi se ukupno 10 bitova za 8 bita informacije to je 80% iskoristivosti, odnosno 25% overhead-a). U najgorijem sluaju to je ak ukupno 8 bitova za 5 bitova informacije to daje efikasnost od svega 62%, tj. 60% overhead-a.

STAR T

D0 D1 D2 D3 D4 D5

D6 D7

Slika 7 Daljnji problem je u situacijama visokog optereenja, tj. kada se alju znak za znakom bez meusobnog razmaka. U toj situaciji, ako doe do kratkotrajnog prekida ili greke u komunikaciji (smetnja, modem i sl.) prijemna se strana teko sinkronizira na poetak znaka. Prednosti asinkronog prijenosa su u tome to su i sklopovlje i programska podrka jednostavni i lako se primjenjuju. Svakako je njegova najvea prednost velika rairenost i standardiziranost. U praksi se najee susree prijenos 8 bita, 1 stop bit, bez pariteta (8,1,N) ili, pak, 7 bita, 1 stop bit i parni paritet (7,1,E). Sinkroni prijenos Povijesno, sinkroni je nain prijenosa nastao u doba kada su raunala jo bila spora, pa bi im reakcija na svaki znak koji bi poslao terminal bitno smanjivala efikasnost. Stoga je zamiljeno da operater terminala unese sve podatke ili naredbe za neku operaciju i pritiskom na tipku "send" poalje blok podataka. Na slian je nain raunalo vraalo ispis na ekran. Danas se takav prijenos bloka podataka koristi uglavnom jo samo u komunikaciji meu raunalima (raunalne mree).

STO P

PAR


8/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Osnovno je svojstvo da se niz bitova koji predstvljaju skupinu znakova alju slijedno, bez bitova zatite ili sinkronizacije meu njima. Sinkronizacija i zatita ugrauju se na poetku i kraju cijelog bloka znakova.

ZAG LAVLJEH EA D ER 11111 ZN A K 1 ZN A K 2

PO D AC I

KO N TR O LA EPI G LOZN A K N TA I L CRC 10100010 111110

ZN A K O VI 10101111 10101100

...11111110101111010101100...1010001010101010111110...Slika 8 Na poetku bloka nalazi se zaglavlje, koje ima takav raspored bitova, koji se nikada ne moe dogoditi unutar bloka podataka koji se prenose. Oigledno je da je to nemogue postii, s obzirom da svaki znak zasebno moe imati sva stanja koje doputa binarna logika, a i da se znakovi mogu proizvoljno kombinirati. Stoga je bilo potrebno izvesti intervenciju na podacima sadraja. Sinkroni prijenos zahtijeva da se u korisnim podacima koje aljemo ne smije pojaviti vie od 4 jedinice uzastopno. Ako se pojave, logika (sklop ili program) prijenosnog ureaja e automatski ubaciti 0 kao peti znak. Na taj je nain mogue koristiti 5 jedinica kao posebni simbol, u ovom sluaju za sinkronizaciju bloka podataka, na poetku kao zaglavlje (111111) i na kraju kao epilog (111110). Oigledno je da prijemni ureaj mora automatski odbaciti sve umetnute 0 u sadraju. Epilogu prethodi i zatita ispravnosti prijenosa koju najee ine dva znaka koji se dobivaju tzv. CRC (Cyclic Redundancy Check) algoritmom. Svi bitovi sadraja propuste se kroz odabrani algoritam iji se rezultat doda u prijenosu na kraju podataka, a prije epiloga. Na prijemnoj se strani primljeni sadraj "provue" kroz isti algoritam i usporedi s primljenim CRC znakovima. Ako nisu isti, prijenos cijelog bloka se mora ponoviti. CRC otkriva viestruke greke u prijenosu, ali ne omoguava njihovu ispravku. Postoji vie vrsta CRC algoritama (najee se koristi CRC-16), a mogu se koristiti i drugi algoritmi. Toan algoritam mora biti poznat objema stranama u komunikaciji prije njenog poetka. Prednosti sinkronog prijenosa su u visokoj efikasnosti kod velikih optereenja i boljoj zatiti. Nedostaci su u znatno sloenijoj realizaciji sklopova i programa te u nioj efikasnosti kod smetnji zbog potrebe ponovnog prijenosa cijelog bloka podataka. Kodovi za prijenos podataka Iako svaki korisnik moe smisliti vlastito kodiranje podataka, jer ono nije propisano RS-232 standardom, u praksi se danas uglavnom koristi ASCII, dok je ranije, posebice u sinkronom prijenosu, bio prilino rairen EBCDIC kod tvrtke IBM.B.Jeren i P.Pale: Sustavi za voenje i praenje procesa 9/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Nedostaci i rjeenjaOsnovni nedostaci RS-232 proizlaze iz njegove velike rairenosti to ukljuuje i primjene za koje nije izvorno zamiljen. Sve one danas zahtijevaju to vee brzine komuniciranja na to vee udaljenosti. Drugi je glavni probme u osjetljivosti na smetnje. Iako je bilo pokuaja dogradnje standarda u smislu poveanja brzine, oni uglavnom nisu doivjeli uspjeh RS-232. RS-449 su zapravo nakupina od tri standarda. Sam RS-449 opisuje mehanike, funkcionalne i proceduralne karakteristike, dok elektrike karakteristike definiraju dva sandarda: RS-423-A koji definira zajedniki povratni vod i RS-422A koji definira zasebni povratni vod za svaki signal. RS-422-A zbog toga omoguava prijenos brzinama i do 2 Mbps na udaljenostima do 60m. Meutim, zahtijeva velik broj vodova pa koristi ak dva konektora od kojih jedan ima 37 noica (DB-37), a drugi 9 (DB-9) koji je potreban ako se koristi i drugi kanal (reverse channel). Naalost, za dananje potrebe udaljenost je jo uvijek premala. U strunim krugovima su ga esto zvali "istoni" RS-232 zato, jer su ga prihvatili uglavnom proizvoai raunalne opreme u bivoj istonoj Europi. Danas se rjeenja za ove probleme trae u novim modemima za iznajmljene linije te u optikim vlaknima i modemima za njih koji omoguavaju prijenosne brzine u megabitnom podruju na kilometarskim udaljenostima.

Naini realizacijeS obzirom na veliku rairenost RS-232 i primjenu u razliitim ureajima, prirodno je da je industrija pripremila brojne komponente koje pomau u njegovoj realizaciji. Gotovo da nema porodice mikroraunala ili mikrokontrolera koji nemaju komponentu koja realizira serijski meusklop. Primjeri su: Z-80 SIO te UART 8250, USART 8251, 16450 i 16550 koji se koriste u PC raunalima. Meutim, te komponente vrlo esto ne ostvaruju puni standard RS-232, ve se brinu za serijsku komunikaciju i osiguravaju potrebne kontrolne linije za ostvarenje funkcije protokola. Sama funkcija protokola se, meutim, ostvaruje u programskoj podrci. to se elektrikih svojstva tie, pretvorbu s TTL (+5V) razina na RS-232 naponske razine (12V) ostvaruju zasebne komponente poput: SN 75188 i SN 75189 (nekad), Motorola 1488 i 1489 (preteito danas). Sve se ee susreu komponente poput Maxim MAX 232 (A, E, 233 itd), jer interno stvaraju potrebna napajanja (12V) iz standardnih +5V, to bitno pojednostavnjuje dizajn ureaja.

Literatura1. EIA standardi (RS-232-C, RS-449, RS-423-A, RS-422-A) 2. ITU-T standardi (V.24, V.10, V.11)


10/11

Version 3.02 (1998.03.07 22:02)

RS-232

Pitanja1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. to je to RS-232 ? Za spajanje kakvih ureaja je zamiljen ? Za kakve se ureaje danas koristi ? Koje brzine prijenosa podataka i na koju udaljenost jami ? Kakav je konektor propisan ? Kakvi se sve danas konektori koriste ? Koji broj signala standard propisuje ? Koliko se danas signala koristi ? Koliki je minimalni broj signala (ica) ? Koje su elektrine karakteristike signala ? Koji naponi odgovaraju podatkovnoj "0", a koji "1" ? Koji naponi odgovaaraju logikoj "0" i "1" kod signala za uspostavu protokola ? U kakvom su odnosu brzina prijenosa i duljina kabela ? Kako se spajaju ureaji ? Kako se spajaju dva DTE ureaja ? to je to "null-modem" ? Kako se ostvaruje protokol, ako ga jedan ureaj ne podrava ? Kako se ostvaruje protokol, ako oba ureaja ne podravaju kontrolne linije ? Kako se prenose podaci ? Koja je razlika izmeu asinkronog i sinkronog prijenosa ? Koja su osnovna svojstva asinkronog prijenosa ? Koje su prednosti, a koji nedostaci asinkronog prijenosa ? Koja su osnovna svojstva sinkronog prijenosa ? Koje su prednosti, a koji nedostaci sinkronog prijenosa ? Koji su najvaniji nedostaci RS-232 i koja su mogua rjeenja ? Kako se realizira RS-232 meusklop ?

Pitanja za detaljnije prouavanje1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Koje je dananje stanje standarda ? Kako tono izgleda standard ? Gdje se moe nabaviti ? Koji je odnos brzine i udaljenosti pri brzinama veim od 19200 bps ? Kako tono izgleda CRC algoritam ? Koje inaice postoje ? Kako izgleda ASCII tablica ? Koje tablice (inaice) jo postoje ? Kako izgleda EBCDIC tablica ? Koristi li se to jo danas ? Gdje ? Koja joj je budunost ? Tko sve proizvodi optike modeme ? Koja su im svojstva ? Koje se poluvodike komponente za RS-232 danas koriste u PC raunalima ? Koja su im svojstva ? Prouite RS-449 i RS-422-A.


11/11

rs232

Documents