EIA RS-232C

RS-232 (Recommended Standard 232) — это стандарт, определяющий интерфейс последовательной асинхронной передачи данных между двумя устройствами (типа «точка-точка»). Официально известен как EIA RS-232C (Electronic Industries Alliance Recommended Standard 232 Revision C), принятый в 1969 году. Стандарт регламентирует электрические параметры сигналов, типы разъёмов, назначение контактов и протокол обмена для связи оконечного оборудования (DTE, Data Terminal Equipment) с аппаратурой передачи данных (DCE, Data Communications Equipment), например, модемом. Несмотря на появление более скоростных интерфейсов (USB, Ethernet), RS-232 остаётся востребованным в промышленной автоматике, контрольно-измерительной технике и для настройки сетевого оборудования.

История

Разработка стандарта началась в 1960-х годах под эгидой Ассоциации электронной промышленности США (EIA). Первая версия, RS-232, была выпущена в 1962 году и предназначалась для подключения телетайпов к модемам. В 1969 году вышла ревизия C (RS-232C), которая стала наиболее распространённой. В 1987 году стандарт был обновлён до версии D (RS-232D), а в 1997 году — до E (RS-232E), с уточнением электрических характеристик и добавлением требований к электромагнитной совместимости. В 2002 году Международная организация по стандартизации (ISO) приняла его как ISO 2110, а Международный союз электросвязи (ITU) — как V.24/V.28. В России стандарт известен как ГОСТ 23675-79 (СТ СЭВ 1964-79) «Интерфейс последовательный для систем передачи данных».

Электрические характеристики

Уровни сигналов

RS-232C использует несимметричную (однопроводную) передачу сигналов относительно общего провода (земли, GND). Логические уровни отличаются от современных стандартов (TTL, CMOS):

• Логическая единица (пробел, SPACE): напряжение от +3 В до +15 В (обычно +12 В).
• Логический ноль (маркер, MARK): напряжение от -3 В до -15 В (обычно -12 В).

Диапазон от -3 В до +3 В считается зоной неопределённости (переходной). Такая инверсная логика (высокое напряжение — 0, низкое — 1) обеспечивает помехоустойчивость за счёт большого размаха сигнала.

Скорость и длина линии

Стандарт не задаёт фиксированную скорость, но практический предел для RS-232C составляет 115 200 бит/с (реже 230 400 бит/с). Максимальная длина кабеля зависит от скорости: при 9600 бит/с — до 15 метров (50 футов), при 115 200 бит/с — не более 3–5 метров. Для увеличения дальности применяют удлинители (конвертеры RS-232/RS-485) или гальваническую развязку.

Разъёмы и назначение контактов

Стандарт RS-232C предписывает использование 25-контактного разъёма DB-25 (D-subminiature). На практике чаще применяют 9-контактный DB-9 (DE-9), особенно в персональных компьютерах. Назначение контактов для DB-9 (согласно TIA-574):

Для DB-25 дополнительно присутствуют контакты: защитная земля (FG, контакт 1), вторичные каналы, синхронизация (TC, RC).

Соединение устройств

Типы кабелей

• Прямой (straight-through): используется для подключения DTE (компьютер) к DCE (модем). Контакты соединяются 1:1.
• Нуль-модемный (null-modem): для соединения двух DTE-устройств (например, двух компьютеров). Сигналы TXD и RXD перекрёстно соединяются, а управляющие (RTS↔CTS, DTR↔DSR) — по схеме «рукопожатия».

Управление потоком (Handshaking)

RS-232 поддерживает аппаратное управление потоком (RTS/CTS) и программное (XON/XOFF). Аппаратное использует сигналы RTS (запрос на передачу) и CTS (разрешение), что предотвращает потерю данных при переполнении буфера приёмника.

Применение

Историческое

В 1970–1990-х годах RS-232 был основным интерфейсом для подключения периферии к компьютерам: модемов, мышей, принтеров, сканеров, джойстиков. В персональных компьютерах IBM PC/AT (1984) и совместимых порт COM (RS-232) был стандартным.

Современное

• Промышленная автоматика: программирование и связь с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), частотными преобразователями, датчиками.
• Телекоммуникации: настройка маршрутизаторов, коммутаторов, сетевых хранилищ (NAS) через консольный порт (обычно RJ-45 с адаптером на DB-9).
• Контрольно-измерительное оборудование: осциллографы, мультиметры, спектроанализаторы (например, серия Agilent/Keysight 34401A).
• POS-терминалы и фискальные регистраторы: подключение принтеров чеков и сканеров штрих-кодов.
• Встраиваемые системы: микроконтроллеры (Arduino, STM32) используют UART, совместимый с RS-232 через преобразователь уровня (MAX232).

Ограничения и альтернативы

Недостатки RS-232:

• Низкая скорость (до 115 кбит/с) по сравнению с USB (до 480 Мбит/с) или Ethernet (до 1 Гбит/с).
• Малая длина линии (до 15 м).
• Несимметричная передача (чувствительность к помехам).
• Только двухточечное соединение (не поддерживает шинную топологию).

Альтернативы:

• RS-485 (EIA-485): дифференциальная передача, длина до 1200 м, до 32 устройств на шине, скорость до 10 Мбит/с.
• USB (Universal Serial Bus): универсальный интерфейс для периферии, скорость до 40 Гбит/с (USB4).
• Ethernet (IEEE 802.3): сетевое соединение, скорость до 400 Гбит/с.
• I²C и SPI: внутриплатные интерфейсы для микроконтроллеров.

Интересные факты

• Разъём DB-25 был настолько велик, что в 1980-х годах его называли «амперным» (из-за размера контактов).
• В стандарте RS-232C впервые было введено понятие «нуль-модемного» кабеля, что позволило соединять компьютеры напрямую без модема.
• Сигнал RI (Ring Indicator) использовался для автоматического ответа модема на входящий звонок — эта функция стала основой для первых dial-up соединений.
• В СССР интерфейс RS-232C копировался как «Стык С2» (ГОСТ 23675-79) и применялся в вычислительной технике серии ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ.

Источники

• EIA Standard RS-232C: Interface Between Data Terminal Equipment and Data Communications Equipment Employing Serial Binary Data Interchange. — Electronic Industries Association, 1969.
• ГОСТ 23675-79. Интерфейс последовательный для систем передачи данных. — М.: Издательство стандартов, 1979.
• Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. — 5-е изд. — СПб.: Питер, 2012. — С. 123–127.
• Axelson J. Serial Port Complete: COM Ports, USB Virtual COM Ports, and Ports for Embedded Systems. — 2nd ed. — Lakeview Research, 2007. — 380 p.