RS-232C, RS-422A und RS-485 sind Kommunikationsstandards der EIA (Electronic Industries Association). Unter den seriellen Kommunikationsschnittstellenstandards ist RS-232C in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet und gehört sogar zur Standardausrüstung von Computern. Sie wird für den Anschluss an serielle Server oder DTU-Geräte verwendet. In der Regel verfügen auch Sensoren und Aktoren über diese Schnittstellen, von denen viele über serielle Kommunikation gesteuert werden können.
Die wichtigsten seriellen Kommunikationsschnittstellenstandards, die weit verbreitet sind
● RS232
● RS422
● RS485
RS232
RS232 steht für Recommended Standard Number 232, Universal Interface for TIA/EIA-232-F. RS232 als Schnittstelle ist seit vielen Jahren der Standard für die Verbindung von Datenleitungsendgeräten (DCE) mit Datenendgeräten (DTE). Es gibt verschiedene Formen von RS232-Schnittstellen auf dem Markt. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Bauformen und Konfigurationen lassen sie sich jedoch leicht in andere Formen umwandeln. Beispiele für diese Schnittstelle sind RS 232'C', RS 232'D', RS 232 V.10, RS 232 V.28.
RS232 ist in fast jedem Personal Computer zu finden, wie die Abbildung zeigt:
RS232 ist eine vollständige Norm, die nicht nur elektrische, sondern auch physikalische und mechanische Merkmale umfasst. Dazu gehören die Anschlusshardware, Stifte und Signalbezeichnungen. Als Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle ist RS232 in der Lage, angemessene Entfernungen bei Geschwindigkeiten von bis zu 20 Kbps einzuhalten. Obwohl in der Spezifikation nicht ausdrücklich angegeben, sind Geschwindigkeiten von mehr als 115,2 Kbps möglich, solange die Verbindung kurz ist und eine geeignete Erdung verwendet wird. Die Kabellänge beträgt in der Regel 30 Fuß, wobei bei Verwendung von Kabeln mit geringer Kapazität Kabellängen von über 200 Fuß möglich sind.
Der RS232-Bus ist ein unsymmetrischer Bus, der eine Vollduplex-Kommunikation zwischen zwei Empfänger-/Senderpaaren ermöglicht, die als Datenendgeräte (DEE) und Datenkommunikationsgeräte (DÜE) bezeichnet werden. Jeder Empfänger hat ein Sendesignal, das mit dem Empfangssignal am anderen Ende verbunden ist. Daher gibt es einen Unterschied in der Verbindung zwischen den beiden Seiten. Normalerweise ist der Personalcomputer ein DTE und das angeschlossene Peripheriegerät ein DCE.
Jeder Sender sendet Daten, indem er die Spannung auf der Leitung ändert. Spannungen über 3 V sind binäre Nullen, während Spannungen unter -3 V binäre Nullen sind. Zwischen diesen Spannungen ist der Wert undefiniert. Um logische Pegel (0 und 5 V) in diese Pegel und zurück zu konvertieren, können Sie einen RS-232-Konverter-IC wie den 1488, 1489 oder den allgegenwärtigen MAX232 verwenden.
Die typische RS232-Kommunikation besteht aus Startbits, Datenbits, Paritätsbits (falls vorhanden) und Stoppbits. Bei der Kommunikation mit einem PC ist das typische Format 8 Datenbits, keine Parität und 1 Stoppbit (8N1). Auch sieben Datenbits, gerade Parität und ein Stoppbit (7E1) sind üblich. Wie in der Abbildung gezeigt, ist das Startbit in der Regel Null, während das Stoppbit in der Regel 1 ist. Die offizielle Spezifikation beschreibt kein Kommunikationsprotokoll, auch nicht die Verwendung von Start-/Stopbits.
RS422
RS422 ist TIA/EIA-422-B, RS485 ist TIA/EIA-485-A, beides sind symmetrische Twisted-Pair-Schnittstellen mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbit/s und Entfernungen von bis zu 1,2 Kilometern. Da es sich um differentielle Busse handelt, verwendet jeder Bus 1,5-V- bis 6-V-Signale zur Datenübertragung. (Hinweis: Bei einem differentiellen, symmetrischen Bus ist die Störfestigkeit besser als bei einem ähnlichen unsymmetrischen Single-Ended-Bus wie RS232).
Der RS422-Standard wurde eingeführt, um die Mängel von RS-232C zu beheben. Zu diesen Nachteilen gehören langsame Geschwindigkeiten und kurze Übertragungsdistanzen. Die Taktung und ihr Zweck sind in dieser Norm definiert. Beispiele für diesen Standard sind die D-Sub-9-Pin- und D-Sub-25-Pin-Anschlüsse.
Die RS422-Schnittstelle ist eine Mehrpunktschnittstelle, die eine Einwegkommunikation von einem Sender zu mehreren Empfängern über ein Leitungspaar mit bis zu 10 Lasteinheiten (UL) ermöglicht. Wenn das Gerät, das die Daten empfängt, mit dem Sender kommunizieren möchte, muss der Konstrukteur einen separaten dedizierten Bus zwischen jedem Empfänger und Sender verwenden. (Die Verwendung dieses Rückbusses ermöglicht eine Vollduplex-Übertragung.) Daher wird RS422 nur selten zwischen mehr als zwei Knotenpunkten verwendet.
RS485
Die RS485-Schnittstelle ist eine bidirektionale Kommunikation über ein Adernpaar zwischen mehreren Transceivern. Die Spezifikation besagt, dass der Bus bis zu 32 UL-Transceiver enthalten kann. Viele Hersteller produzieren Bruchteile von UL-Transceivern, wodurch sich die maximale Anzahl von Geräten auf über 100 erhöht.
Der RS485-Standard wurde eingeführt, um die Unzulänglichkeiten von RS422 zu beheben. Der Fehler von RS422 besteht darin, dass die Treiberschaltung nicht abgeschaltet werden kann. RS 485 verwendet drei Statuslogiken, um jeden Sender einzeln zu deaktivieren.
RS422- und RS485-Schnittstellen verwenden im Allgemeinen dasselbe Startbit/Daten/Stopbit-Format wie RS232. Es gibt sogar mehrere Konverter, die von RS-232 zu RS-485 und zurück wechseln können. Aber denken Sie daran, dass RS232 eine Vollduplex-Schnittstelle ist, während RS485 Halbduplex ist.
Einige Mikrocontrollerhersteller bieten integrierte UARTs mit spezieller RS485-Funktionalität an.
Vorteile der seriellen Kommunikation gegenüber der parallelen Kommunikation
Mythos: Serielle Anschlüsse/Busse sind langsamer als parallele Anschlüsse/Busse, weil nur ein kleiner Teil der Daten übertragen werden pro Zeiteinheit. Selbst die Taktrate des seriellen Anschlusses/Busses kann schneller sein als die Taktrate des parallelen Anschlusses/Busses und höhere Datenflussgeschwindigkeiten ermöglichen. Die Faktoren, die eine serielle Kommunikation besser machen als eine parallele, sind:
● Kein Taktgeber erforderlich: Wenn eine nicht getaktete und asynchrone Art der seriellen Kommunikation verwendet wird, gibt es kein Problem der Taktverschiebung zwischen den Kanälen/Kanälen.
● Geringerer Platzbedarf: Serielle Kommunikationskonfigurationen benötigen weniger Platz, da bei einer seriellen Verbindung weniger Kabel erforderlich sind. Die Verfügbarkeit dieses zusätzlichen Platzes ermöglicht eine gute Isolierung zwischen den Datenkanälen und benachbarten Kommunikationskomponenten.
● Kein Übersprechen: Es gibt nur wenige Leiter im nahen Raum. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines Übersprechens gering.
● Geringe Kosten: Serielle Verbindungen sind preiswerter als parallele Verbindungen.
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