RS-232 стандарт последовательного интерфейса¶

RS-232 (Recommended Standard 232) — стандарт, определяющий электрические и механические характеристики последовательного интерфейса для соединения двух устройств, обычно компьютера и периферийного оборудования. Разработан Ассоциацией электронной промышленности (EIA) в 1962 году для подключения телефонных модемов, а впоследствии стал одним из самых распространённых интерфейсов для передачи данных на короткие расстояния.

¶История и развитие

Стандарт RS-232 впервые был опубликован в 1962 году как EIA RS-232. Его основным назначением было стандартизировать соединение между терминалами и модемами для передачи данных по телефонным линиям. Последующие редакции стандарта (RS-232-B в 1969 году, RS-232-C в 1969 году и RS-232-D в 1987 году) уточняли спецификации, добавляя новые типы разъёмов и уточняя электрические параметры. Финальная редакция, RS-232-E, была выпущена в 1991 году. Международным аналогом стандарта является ITU-T V.24, а также частично стандарты ITU-T V.28 и ISO 2110.

С появлением персональных компьютеров в начале 1980-х годов RS-232 стал стандартным портом для подключения мышей, клавиатур, принтеров и внешних модемов. На материнских платах IBM PC последовательный порт, реализованный по стандарту RS-232, получил обозначение COM1 и COM2. До конца 1990-х годов RS-232 оставался основным интерфейсом для подключения внешних устройств, однако с распространением USB и FireWire его использование в потребительской электронике резко сократилось. Тем не менее, благодаря простоте и надёжности, RS-232 продолжает применяться в промышленном оборудовании, контрольно-измерительных приборах, системах автоматизации и встраиваемых системах.

¶Электрические характеристики

В отличие от современных интерфейсов, использующих дифференциальную передачу сигнала, RS-232 передаёт данные однопроводным способом относительно общего провода (земли). Уровни напряжения являются ключевой особенностью стандарта:

• Логический «0» (space) — напряжение от +3 до +15 В.
• Логическая «1» (mark) — напряжение от −3 до −15 В.
• Напряжения от −3 до +3 В считаются зоной неопределённости и не используются.

Такая инверсия уровней (отрицательное напряжение соответствует логической единице) обусловлена историческим наследием телеграфных линий. Для формирования уровней ±12 В в компьютерах применялись специальные микросхемы-преобразователи (например, MAX232), так как стандартная логика TTL использует уровни 0 и +5 В.

Стандарт определяет максимальную длину кабеля до 15 метров (по последним редакциям — до 20 метров) при скорости передачи до 20 кбит/с. На практике допустимая длина зависит от скорости: при снижении скорости до 9600 бит/с кабель может достигать 100 метров и более. Ёмкость кабеля ограничена значением 2500 пФ.

¶Разъёмы и назначение контактов

Стандарт определяет несколько типов разъёмов, наиболее распространённые — DB-9 (9-контактный) и DB-25 (25-контактный). В компьютерной технике чаще использовался DB-9, в то время как DB-25 применялся в ранних моделях и модемах.

Основные контакты разъёма DB-9:

Сигналы подразделяются на линии данных (TxD, RxD) и линии управления (RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, RI). Линии управления используются для аппаратного согласования потока данных (handshaking) и контроля состояния линии связи.

¶Протокол передачи данных

Передача данных по RS-232 является асинхронной: каждый байт данных передаётся отдельным кадром, синхронизация осуществляется по стартовому и стоповым битам. Формат кадра включает:

• Стартовый бит (всегда логический 0).
• 5–8 бит данных (младший бит передаётся первым).
• Бит паритета (необязательный) — для контроля чётности.
• 1, 1,5 или 2 стоповых бита (всегда логическая 1).

Скорость передачи данных (baud rate) выбирается из стандартного ряда: 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Наиболее распространённой является скорость 9600 бит/с. Параметры передачи (скорость, количество бит данных, бит паритета, стоповые биты) должны быть одинаково настроены на обоих устройствах, иначе данные будут приниматься с ошибками.

¶Соединение устройств

Для соединения двух терминальных устройств (например, двух компьютеров) используется нуль-модемный кабель, в котором линии приёма и передачи перекрещены: TxD одного устройства соединяется с RxD другого. Также перекрещиваются линии управления. При соединении компьютера с модемом используется прямой (неперекрёстный) кабель.

Существует три типа соединений:

• DTE (Data Terminal Equipment) — оконечное оборудование (компьютер, терминал).
• DCE (Data Circuit-terminating Equipment) — оборудование передачи данных (модем).
• Соединение DTE-DCE — прямое, DTE-DTE — нуль-модемное.

¶Применение

Несмотря на вытеснение USB, RS-232 сохраняет актуальность в ряде областей:

• Промышленная автоматизация — программирование и обмен данными с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), частотными преобразователями и датчиками.
• Контрольно-измерительные приборы — осциллографы, мультиметры, источники питания, подключаемые к компьютеру для сбора данных.
• Системы безопасности и контроля доступа — считыватели карт, контроллеры замков.
• Медицинское оборудование — связь с диагностическими приборами.
• Спутниковое и телевизионное оборудование — управление ресиверами и антенными позиционерами.
• Телекоммуникационное оборудование — управление сетевыми коммутаторами и маршрутизаторами через консольный порт.

В современных компьютерах RS-232 отсутствует, однако для работы с устаревшим оборудованием используются USB-адаптеры, создающие виртуальный COM-порт. Такие адаптеры часто требуют установки драйверов и могут иметь ограничения по совместимости с программным обеспечением.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам RS-232 относятся простота реализации и отладки, широкое распространение в промышленности, низкая стоимость оборудования, возможность работы с устройствами, использующими различные протоколы, и отсутствие необходимости в сложной синхронизации.

Недостатками являются невысокая скорость передачи (до 115200 бит/с на практике), ограниченная длина линии, низкая помехоустойчивость из-за недифференциальной передачи сигнала, громоздкие разъёмы и невозможность подключения нескольких устройств к одной линии (только соединение «точка-точка»). Для более скоростной и помехоустойчивой связи применяются интерфейсы RS-422 и RS-485, использующие дифференциальные сигналы и позволяющие создавать многоточечные сети.