โปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรม Rs232: พื้นฐานการทำงานและข้อกำหนด

หนึ่งในโปรโตคอลการสื่อสารที่เก่าแก่ที่สุด แต่เป็นที่นิยมซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมและผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์คือRS232 Communication Protoco l คำว่า RS232 ย่อมาจาก "Recommended Standard 232" และเป็นการสื่อสารแบบอนุกรมที่ใช้สำหรับการส่งข้อมูลตามปกติในระยะทางปานกลาง มันถูกนำกลับมาใช้ในทศวรรษ 1960 และได้ค้นพบวิธีการใช้งานมากมายเช่นเครื่องพิมพ์คอมพิวเตอร์อุปกรณ์อัตโนมัติในโรงงานเป็นต้นปัจจุบันมีโปรโตคอลการสื่อสารที่ทันสมัยมากมายเช่น RS485, SPI, I2C, CAN เป็นต้นคุณสามารถตรวจสอบได้หากสนใจ. ในบทความนี้เราจะเข้าใจพื้นฐานของโปรโตคอล RS232และวิธีการทำงาน

การสื่อสารแบบอนุกรมคืออะไร?

ในการสื่อสารโทรคมนาคมกระบวนการส่งข้อมูลตามลำดับบนบัสคอมพิวเตอร์เรียกว่าการสื่อสารแบบอนุกรมซึ่งหมายความว่าข้อมูลจะถูกส่งทีละบิต ในขณะที่สื่อสารแบบขนานข้อมูลจะถูกส่งแบบไบต์ (8 บิต) หรืออักขระบนสายข้อมูลหรือบัสหลาย ๆ ครั้ง การสื่อสารแบบอนุกรมช้ากว่าการสื่อสารแบบขนาน แต่ใช้สำหรับการรับส่งข้อมูลที่ยาวนานเนื่องจากต้นทุนต่ำกว่าและเหตุผลในทางปฏิบัติ

ตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจ:

การสื่อสารแบบอนุกรม - คุณกำลังยิงเป้าหมายโดยใช้ปืนกลซึ่งกระสุนจะพุ่งเข้าหาเป้าหมายทีละนัด

การสื่อสารแบบขนาน - คุณกำลังยิงเป้าหมายโดยใช้ปืนลูกซองซึ่งกระสุนจำนวนมากไปถึงในเวลาเดียวกัน

โหมดการถ่ายโอนข้อมูลในการสื่อสารแบบอนุกรม:

• การถ่ายโอนข้อมูลแบบอะซิงโครนัส -โหมดที่บิตของข้อมูลไม่ซิงโครไนซ์โดยพัลส์นาฬิกา สัญญาณนาฬิกาเป็นสัญญาณที่ใช้สำหรับการซิงโครไนซ์การทำงานในระบบอิเล็กทรอนิกส์
• การถ่ายโอนข้อมูลแบบซิงโครนัส -โหมดที่บิตของข้อมูลซิงโครไนซ์โดยพัลส์นาฬิกา

ลักษณะของการสื่อสารแบบอนุกรม:

• อัตราบอดใช้เพื่อวัดความเร็วในการส่งข้อมูล อธิบายว่าเป็นจำนวนบิตที่ผ่านไปในหนึ่งวินาที ตัวอย่างเช่นถ้าอัตราการส่งข้อมูล 200 แล้ว 200 บิตต่อวินาทีที่ผ่านไป ในสายโทรศัพท์อัตราบอดจะ14400, 28800 และ 33600
• Stop Bitsใช้สำหรับแพ็กเก็ตเดียวเพื่อหยุดการส่งข้อมูลซึ่งแสดงเป็น "T" บางค่าโดยทั่วไปคือ1, 1.5 และ 2 บิต
• Parity Bitเป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุดในการตรวจสอบข้อผิดพลาด มีสี่ชนิดคือคี่ทำเครื่องหมายและเว้นระยะห่าง ตัวอย่างเช่นถ้า 011 เป็นตัวเลขพาริตีบิต = 0 เช่นพาริตีคู่และพาริตี = 1 เช่นพาริตีแปลก

RS232 คืออะไร?

RS232C“ Recommended Standard 232C” เป็นรุ่นล่าสุดของ Standard 25 พินในขณะที่RS232Dซึ่งเป็น 22 พิน ใน D-type ชายของพีซีใหม่ซึ่งมี 9 พิน

RS232 เป็นโปรโตคอลมาตรฐานที่ใช้สำหรับการสื่อสารแบบอนุกรมใช้สำหรับเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงเพื่อให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบอนุกรมระหว่างกันได้ เนื่องจากได้รับแรงดันไฟฟ้าสำหรับเส้นทางที่ใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ ใช้ในการสื่อสารแบบอนุกรมสูงถึง 50 ฟุตด้วยอัตรา 1.492kbps ในฐานะที่เป็น EIA กำหนด, RS232 ถูกนำมาใช้สำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์ส่งข้อมูล (ดีทีอี)และการสื่อสารข้อมูลอุปกรณ์ (DCE)

Universal Asynchronous Data Receiver & Transmitter (UART)ใช้ในการเชื่อมต่อกับ RS232 สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างเครื่องพิมพ์และคอมพิวเตอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถจัดการกับระดับแรงดันไฟฟ้าประเภทนี้ได้ขั้วต่อจะเชื่อมต่อระหว่างสัญญาณ RS232 ขั้วต่อเหล่านี้เรียกว่าขั้วต่อDB-9เป็นพอร์ตอนุกรมและเป็นขั้วต่อตัวผู้ (DTE) และขั้วต่อตัวเมีย (DCE) สองประเภท

ข้อกำหนดทางไฟฟ้า

ให้เราหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดทางไฟฟ้าของ RS232 ด้านล่าง:

• ระดับแรงดันไฟฟ้า: RS232 ยังใช้เป็นระดับกราวด์และระดับ 5V ไบนารี 0 ทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง + 5V ถึง + 15Vdc เรียกว่าเป็น 'ON' หรือระยะห่าง (ระดับแรงดันไฟฟ้าสูง) ในขณะที่ Binary 1 ทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง -5V ถึง -15Vdc เรียกว่าเป็น 'OFF' หรือทำเครื่องหมาย (ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ)
• ระดับแรงดันสัญญาณที่ได้รับ: Binary 0 ทำงานกับแรงดันสัญญาณที่ได้รับสูงถึง + 3V ถึง +13 Vdc และ Binary 1 ทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง -3V ถึง -13 Vdc
• ความต้านทานของสาย:ความต้านทานของสายไฟสูงถึง 3 โอห์มถึง 7 โอห์มและความยาวสายเคเบิลสูงสุดคือ 15 เมตร แต่ความยาวสูงสุดใหม่ในแง่ของความจุต่อหน่วยความยาว
• แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน:แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ 250v AC สูงสุด
• คะแนนปัจจุบัน:การให้คะแนนในปัจจุบันจะมี 3 แอมป์สูงสุด
• อิเล็กทริกทนต่อแรงดันไฟฟ้า: 1,000 VAC นาที
• Slew Rate:อัตราการเปลี่ยนแปลงของระดับสัญญาณเรียกว่า Slew Rate ด้วยอัตราการฆ่าสูงถึง 30 V / microsecond และบิตเรตสูงสุดคือ 20 kbps

RS232 ทำงานอย่างไร

RS232 ทำงานกับการสื่อสารสองทางที่แลกเปลี่ยนข้อมูลซึ่งกันและกัน มีสองอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับแต่ละอื่น ๆ, (DTE) ข้อมูลการส่งอุปกรณ์ (DCE) ข้อมูลอุปกรณ์การสื่อสารที่มีขาเหมือนTXD, RXD และ RTS และ CTS จากแหล่งที่มาDTE RTSจะสร้าง คำขอเพื่อส่ง ข้อมูล แล้วจากที่อื่น ๆ ด้านDCEที่CTS, เครื่องล้างเส้นทางสำหรับการรับข้อมูล หลังจากล้างเส้นทางแล้วจะส่งสัญญาณไปยังRTSของแหล่งสัญญาณDTEเพื่อส่งสัญญาณ จากนั้นบิตจะถูกส่งจากDTEจะDCEอีกครั้งจากDCEแหล่งที่มาคำขอสามารถสร้างขึ้นโดยRTSและCTSของแหล่งที่มาDTEจะล้างเส้นทางในการรับข้อมูลและให้สัญญาณเพื่อส่งข้อมูล นี่คือกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในการส่งข้อมูล

TXD	TRANSMITTER
RXD	ผู้รับ
RTS	ขอให้ส่ง
CTS	ล้างเพื่อส่ง
GND	พื้น

ตัวอย่างเช่นสัญญาณตั้งค่าเป็นลอจิก 1 เช่น -12V การส่งข้อมูลเริ่มต้นจากบิตถัดไปและเพื่อแจ้งให้ทราบสิ่งนี้ DTE จะส่งบิตเริ่มต้นไปยัง DCE บิตเริ่มต้นจะเป็น '0' เสมอเช่น +12 V และ 5 ถึง 9 อักขระถัดไปคือบิตข้อมูล หากเราใช้พาริตีบิตข้อมูล 8 บิตสามารถส่งได้ในขณะที่ไม่ได้ใช้พาริตี 9 บิตจะถูกส่ง บิตหยุดจะถูกส่งโดยเครื่องส่งซึ่งมีค่า 1, 1.5 หรือ 2 บิตหลังจากการส่งข้อมูล

ข้อกำหนดทางกล

สำหรับคุณสมบัติเชิงกลที่เราต้องศึกษาเกี่ยวกับทั้งสองประเภทของการเชื่อมต่อที่เป็นDB-25และDB-9ใน DB-25 มีพิน 25 พินที่ใช้กับหลายแอพพลิเคชั่น แต่แอพพลิเคชั่นบางตัวไม่ได้ใช้ทั้ง 25 พิน ดังนั้นขั้วต่อ 9 พินจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อความสะดวกของอุปกรณ์และอุปกรณ์ต่างๆ

ตอนนี้เรากำลังพูดถึงขั้วต่อพินDB-9ซึ่งใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และขั้วต่อ เหล่านี้เป็นสองประเภท: ชายต่อ (DTE)และหญิงต่อ (DCE) มีหมุด 5 หมุดที่แถวบนและ 4 หมุดในแถวล่าง มักเรียกว่าDE-9 หรือ D-type connector

โครงสร้างขาของขั้วต่อ DB-9:

คำอธิบายพินขั้วต่อ DB-9:

หมายเลข PIN	ชื่อพิน	คำอธิบายพิน
1	ซีดี (Carrier Detect)	สัญญาณขาเข้าจาก DCE
2	RD (รับข้อมูล)	รับข้อมูลขาเข้าจาก DTE
3	TD (ส่งข้อมูล)	ส่งข้อมูลขาออกไปยัง DCE
4	DTR (Data Terminal Ready)	สัญญาณการจับมือขาออก
5	GND (สัญญาณกราวด์)	แรงดันไฟฟ้าอ้างอิงทั่วไป
6	DSR (ชุดข้อมูลพร้อม)	สัญญาณการจับมือที่เข้ามา
7	RTS (ขอส่ง)	สัญญาณขาออกสำหรับควบคุมการไหล
8	CTS (ล้างเพื่อส่ง)	สัญญาณขาเข้าสำหรับควบคุมการไหล
9	RI (ตัวบ่งชี้วงแหวน)	สัญญาณขาเข้าจาก DCE

Handshaking คืออะไร?

Handshaking เป็นกระบวนการที่ใช้ในการถ่ายโอนสัญญาณจาก DTE ไปยัง DCE เพื่อทำการเชื่อมต่อก่อนการถ่ายโอนข้อมูลจริง การส่งข้อความระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับสามารถทำได้โดยการจับมือกัน

กระบวนการจับมือมี3 ประเภทดังนี้: -

ไม่มีการจับมือ:

หากไม่มีการจับมือกัน DCE จะอ่านข้อมูลที่ได้รับแล้วในขณะที่ DTE ส่งข้อมูลถัดไป ข้อมูลที่ได้รับทั้งหมดที่จัดเก็บในตำแหน่งหน่วยความจำที่เรียกว่าบัฟเฟอร์ของผู้รับ บัฟเฟอร์นี้สามารถจัดเก็บได้เพียงหนึ่งบิตดังนั้นผู้รับต้องอ่านบัฟเฟอร์หน่วยความจำก่อนที่บิตถัดไปจะมาถึง หากเครื่องรับไม่สามารถอ่านบิตที่เก็บไว้ในบัฟเฟอร์และบิตถัดไปมาถึงบิตที่เก็บไว้จะหายไป

ดังแสดงในด้านล่างแผนภาพรับไม่สามารถอ่าน 4 ^THบิตจนถึง 5 ^{วันที่}เดินทางมาถึงบิตและผลนี้เอาชนะ 4 ^THบิต 5 ^THบิตและ 4 ^THบิตจะหายไป

การจับมือฮาร์ดแวร์:

• ใช้พอร์ตอนุกรมเฉพาะเช่น RTS & CTS เพื่อควบคุมการไหลของข้อมูล
• ในกระบวนการนี้เครื่องส่งจะถามผู้รับว่าพร้อมที่จะรับข้อมูลจากนั้นเครื่องรับจะตรวจสอบบัฟเฟอร์ว่าว่างเปล่าถ้าว่างก็จะให้สัญญาณกับเครื่องส่งว่าฉันพร้อมที่จะรับข้อมูล
• เครื่องรับให้สัญญาณกับเครื่องส่งไม่ให้ส่งข้อมูลใด ๆ ในขณะที่ไม่สามารถอ่านข้อมูลที่ได้รับแล้ว
• ขั้นตอนการทำงานเหมือนกับที่อธิบายไว้ข้างต้นในการจับมือ

การจับมือซอฟต์แวร์:

• ในกระบวนการนี้มีสองรูปแบบคือ X-ON และ X-OFF ที่นี่ 'X' คือตัวส่งสัญญาณ
• X-ON เป็นส่วนที่ดำเนินการส่งข้อมูลต่อ
• X-OFF คือส่วนที่หยุดการส่งข้อมูลชั่วคราว
• ใช้เพื่อควบคุมการไหลของข้อมูลและป้องกันการสูญหายระหว่างการส่ง

การประยุกต์ใช้การสื่อสาร RS232

• การสื่อสารแบบอนุกรม RS232 ใช้ในพีซีรุ่นเก่าสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงเช่นเมาส์เครื่องพิมพ์โมเด็มเป็นต้น
• ปัจจุบัน RS232 ถูกแทนที่ด้วย USB ขั้นสูง
• นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่อง PLC เครื่อง CNC และตัวควบคุมเซอร์โวเนื่องจากมีราคาถูกกว่ามาก
• ยังคงใช้กับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์เครื่องพิมพ์ใบเสร็จระบบจุดขาย (PoS) เป็นต้น