TIA-574

TIA-574 — это стандарт Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA), определяющий 9-контактную конфигурацию разъёма D-subminiature (DE-9) для последовательного интерфейса RS-232. Данный стандарт, также известный как EIA/TIA-574, устанавливает электрические характеристики, назначение контактов и механические параметры соединителя, широко применяемого в компьютерной и промышленной периферии для подключения устройств, использующих последовательную передачу данных.

История

Стандарт TIA-574 был разработан в конце 1980-х годов как развитие более раннего стандарта EIA-232, который описывал последовательный интерфейс с использованием 25-контактного разъёма DB-25. С ростом популярности персональных компьютеров и уменьшением размеров периферийных устройств возникла потребность в более компактном соединителе. В 1987 году Ассоциация электронной промышленности (EIA) и Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) опубликовали стандарт EIA/TIA-574, который закрепил использование 9-контактного разъёма DE-9 для интерфейса RS-232.

В 1990-х годах стандарт стал де-факто основным для последовательных портов на материнских платах IBM PC-совместимых компьютеров, заменив громоздкие 25-контактные разъёмы. Впоследствии TIA-574 был принят как международный стандарт ISO 2110, а также как национальный стандарт США (ANSI/TIA-574). Несмотря на вытеснение последовательных портов интерфейсами USB и FireWire в начале 2000-х годов, стандарт продолжает использоваться в промышленном оборудовании, контрольно-измерительных приборах и системах управления.

Технические характеристики

Конфигурация разъёма

TIA-574 определяет использование 9-контактного разъёма D-subminiature типа DE-9 (часто ошибочно называемого DB-9). Разъём имеет два ряда контактов: верхний ряд из 5 контактов и нижний из 4. Механическая конструкция предусматривает наличие металлического экрана для защиты от электромагнитных помех. Стандарт устанавливает следующие параметры:

• Количество контактов: 9
• Тип разъёма: D-subminiature (DE-9)
• Шаг контактов: 2,74 мм (0,108 дюйма)
• Диаметр контактов: 1,0 мм (для штыревых) и 0,9 мм (для гнездовых)
• Материал контактов: фосфористая бронза с покрытием из золота или никеля
• Рабочее напряжение: до 250 В (переменного тока)
• Рабочий ток: до 5 А на контакт

Назначение контактов

Стандарт TIA-574 определяет строгое соответствие между номером контакта и его функцией в последовательном интерфейсе RS-232. Ниже приведена таблица назначения контактов для разъёма на стороне терминала (DTE, Data Terminal Equipment), например, компьютера:

Для устройств DCE (Data Circuit-terminating Equipment, например, модемов) назначение контактов зеркально: TxD и RxD меняются местами, а управляющие сигналы меняют направление.

Электрические характеристики

TIA-574 наследует электрические параметры интерфейса RS-232, установленные стандартом EIA/TIA-232-F:

• Логический уровень «0» (пробел): от +3 В до +15 В
• Логический уровень «1» (маркер): от -3 В до -15 В
• Максимальная длина кабеля: до 15 метров (при скорости до 20 кбит/с)
• Максимальная скорость передачи: до 115,2 кбит/с (на коротких расстояниях)
• Выходное сопротивление: от 3 кОм до 7 кОм
• Входное сопротивление: от 3 кОм до 7 кОм
• Скорость нарастания сигнала: не более 30 В/мкс

Применение

Персональные компьютеры

В 1990-х — начале 2000-х годов разъём DE-9 по стандарту TIA-574 был основным последовательным портом на материнских платах IBM PC-совместимых компьютеров. Он использовался для подключения:

• Мыши (последовательные мыши с интерфейсом RS-232)
• Модемы (внешние аналоговые модемы)
• Принтеры (последовательные принтеры)
• Сканеры (некоторые модели)
• Промышленные контроллеры (программируемые логические контроллеры)

С появлением шины USB и PS/2 последовательные порты были вытеснены, но на многих материнских платах для промышленных компьютеров и встраиваемых систем они сохраняются до настоящего времени.

Промышленность и автоматизация

В промышленной автоматизации стандарт TIA-574 широко применяется для подключения программируемых логических контроллеров (ПЛК), частотных преобразователей, датчиков и исполнительных механизмов. Преимуществами использования разъёма DE-9 в промышленности являются:

• Надёжность: металлический экран и прочная конструкция разъёма обеспечивают устойчивость к вибрациям и механическим воздействиям
• Простота: отсутствие необходимости в сложных драйверах и конфигурации
• Совместимость: универсальность протокола RS-232 позволяет подключать оборудование разных производителей

Телекоммуникации

В телекоммуникационном оборудовании разъём DE-9 используется для подключения модемов, маршрутизаторов и коммутаторов. Стандарт TIA-574 применяется для консольных портов, через которые осуществляется начальная настройка сетевого оборудования. Например, многие маршрутизаторы Cisco и Juniper имеют консольный порт с разъёмом DE-9 (или RJ-45 с переходником на DE-9).

Измерительная техника

В контрольно-измерительных приборах (осциллографы, мультиметры, генераторы сигналов) разъём DE-9 часто используется для подключения к компьютеру для сбора данных и управления. Стандарт TIA-574 обеспечивает простой и надёжный способ передачи данных в реальном времени.

Совместимость и переходники

Совместимость с DB-25

Стандарт TIA-574 является подмножеством более старого стандарта EIA-232, который использовал 25-контактный разъём DB-25. Для подключения устройств с разными разъёмами применяются переходники «DB-25 — DE-9», которые соединяют только необходимые 9 контактов. Назначение контактов в переходнике:

• DB-25 контакт 1 → DE-9 контакт 8 (DCD)
• DB-25 контакт 2 → DE-9 контакт 3 (RxD)
• DB-25 контакт 3 → DE-9 контакт 2 (TxD)
• DB-25 контакт 4 → DE-9 контакт 7 (RTS)
• DB-25 контакт 5 → DE-9 контакт 8 (CTS)
• DB-25 контакт 6 → DE-9 контакт 6 (DSR)
• DB-25 контакт 7 → DE-9 контакт 5 (GND)
• DB-25 контакт 8 → DE-9 контакт 1 (DCD)
• DB-25 контакт 20 → DE-9 контакт 4 (DTR)
• DB-25 контакт 22 → DE-9 контакт 9 (RI)

Переходники на USB

С распространением USB-портов на компьютерах появились переходники «USB — RS-232» с разъёмом DE-9. Такие адаптеры содержат встроенный контроллер, который эмулирует последовательный порт в операционной системе. Они позволяют подключать старое оборудование с интерфейсом RS-232 к современным компьютерам, не имеющим встроенного COM-порта.

Нулевой модем

Для прямого соединения двух компьютеров через последовательные порты используется кабель «нулевой модем» (null modem), в котором линии TxD и RxD перекрёстно соединены, а управляющие сигналы (RTS/CTS, DTR/DSR) также перекрёстно соединены. Стандарт TIA-574 не определяет конфигурацию нуль-модемного кабеля, но существуют общепринятые схемы, основанные на назначении контактов по TIA-574.

Критика и ограничения

Несмотря на широкое распространение, стандарт TIA-574 имеет ряд недостатков:

• Низкая скорость передачи: максимальная скорость 115,2 кбит/с недостаточна для современных приложений, требующих передачи больших объёмов данных
• Ограниченная длина кабеля: 15 метров (при стандартной скорости) ограничивает применение в распределённых системах
• Отсутствие гальванической развязки: разъём DE-9 не предусматривает изоляции, что может приводить к проблемам с заземлением и помехам в промышленных условиях
• Устаревшая конструкция: разъём D-subminiature громоздок по сравнению с современными соединителями (USB, RJ-45)

В связи с этими ограничениями в промышленной автоматизации стандарт TIA-574 постепенно вытесняется интерфейсами RS-485 (с разъёмами RJ-45 или клеммными колодками) и промышленным Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP).

Источники

• TIA-574-A: 9-Position Interface for Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange. Telecommunications Industry Association, 2003.
• EIA/TIA-232-F: Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange. Electronic Industries Association, 1997.
• ISO 2110:1989: Information technology — Data communication — 25-pin DTE/DCE interface connector and contact number assignments. International Organization for Standardization, 1989.
• Axelson, J. Serial Port Complete: COM Ports, USB Virtual COM Ports, and Ports for Embedded Systems. Lakeview Research, 2007.
• Бродин, В. Б., Шагурин, И. И. Микропроцессоры и микроконтроллеры. Интерфейсы и программирование. — М.: ДМК Пресс, 2010.