Facts Engineering RS-232

Конечно, вот подробное описание, технические характеристики и информация о совместимости для интерфейса RS-232 (Recommended Standard 232).

Описание RS-232

RS-232 — это стандарт для последовательной асинхронной передачи данных, разработанный Ассоциацией электронной промышленности (EIA) в 1969 году. Изначально он создавался для связи между терминалом данных (DTE) и оконечным устройством канала данных (DCE), например, между компьютером и модемом.

Ключевые особенности:

• Последовательный интерфейс: Данные передаются по одному проводу бит за битом.
• Асинхронная связь: Не требует тактового сигнала. Синхронизация достигается за счет стартовых и стоповых битов в начале и конце каждого байта.
• Полный дуплекс: Позволяет одновременно передавать и принимать данные (использует отдельные линии для приема и передачи).
• Сигналы напряжения: Использует высокие уровни напряжения для надежности в условиях помех:
  • Логический "0" (Пробел, Space): От +3 В до +15 В.
  • Логическая "1" (Метка, Mark): От -3 В до -15 В.
  • Диапазон от -3 В до +3 В считается неопределенным состоянием.
• Популярные разъемы: DB-9 (9 контактов) и DB-25 (25 контактов). В современных устройствах почти всегда используется DB-9.

Области применения (исторические и современные):

• Подключение модемов, мышей (ранние модели), плоттеров, терминалов.
• Промышленное оборудование (ЧПУ станки, измерительные приборы, системы сбора данных).
• Сетевое оборудование (консольный порт для настройки коммутаторов, маршрутизаторов, межсетевых экранов).
• Розничные POS-терминалы, весы.
• Лабораторные приборы, системы "умный дом".

Технические характеристики (основные параметры стандарта EIA/TIA-232-F)

| Параметр | Характеристика | | :--- | :--- | | Тип интерфейса | Последовательный, асинхронный, дуплексный | | Уровни сигналов | ±5 В...±15 В (номинально ±12 В). Логика: "1" = отрицательное напряжение (-3...-15 В), "0" = положительное напряжение (+3...+15 В). | | Скорость передачи | До 115 200 бит/с (стандартные значения: 9600, 19200, 38400, 57600). Некоторые реализации достигают 921 600 бит/с и выше. | | Дальность связи | До 15 метров (при стандартной скорости 9600 бит/с). При снижении скорости может быть увеличена. | | Количество устройств | "Точка-точка" (1 передатчик на 1 приемник). Не поддерживает множественный доступ к шине. | | Входное сопротивление | Обычно 3–7 кОм. | | Ёмкость кабеля | Не более 2500 пФ. | | Скорость нарастания сигнала | Ограничена (не более 30 В/мкс) для снижения помех. | | Защита от КЗ | Выход драйвера должен выдерживать короткое замыкание на любую линию без повреждения. |

Распиновка разъема DB-9 (наиболее распространенная)

На стороне DTE (компьютер, контроллер):

| Номер вывода (DB-9) | Обозначение (EIA) | Название сигнала | Направление (от DTE) | Описание | | :---: | :--- | :--- | :---: | :--- | | 1 | CD | Carrier Detect | Вход | Обнаружение несущей (сигнал от модема) | | 2 | RXD | Received Data | Вход | Прием данных (главная линия для приема) | | 3 | TXD | Transmitted Data | Выход | Передача данных (главная линия для передачи) | | 4 | DTR | Data Terminal Ready | Выход | Готовность терминала (DTE готов) | | 5 | GND | Signal Ground | - | Общий сигнальный провод (земля) | | 6 | DSR | Data Set Ready | Вход | Готовность устройства передачи (DCE готов) | | 7 | RTS | Request To Send | Выход | Запрос на отправку (запрос от DTE) | | 8 | CTS | Clear To Send | Вход | Готовность к приему (разрешение от DCE) | | 9 | RI | Ring Indicator | Вход | Индикатор звонка (сигнал "входящий вызов") |

Для простого соединения двух DTE-устройств (напр., двух компьютеров) используется нуль-модемный кабель (crossover), где линии TXD и RXD перекрещены (2↔3), а служебные сигналы (RTS/CTS, DTR/DSR) также перекрещены или заглушены.

Парт-номера ключевых компонентов (микросхемы драйверов/приемников)

Эти микросхемы преобразуют логические уровни TTL/CMOS (0-5В) в уровни RS-232 (±12В) и обратно.

Классические (требуют внешние конденсаторы и источник ±12В):

• Texas Instruments (TI):
  • SN75185, SN75188 - Драйверы (TTL -> RS-232)
  • SN75189, SN75189A - Приемники (RS-232 -> TTL)
  • SN75154 - Приемник (Quad Receiver)
• Maxim Integrated (ныне часть Analog Devices):
  • MAX232 - Самый популярный. 2 драйвера, 2 приемника, встроенные генераторы зарядовых насосов (требует 4 внешних конденсатора 1.0 мкФ).
  • MAX232A - Улучшенный аналог, работает с конденсаторами 0.1 мкФ.
  • MAX233 - Аналогичен MAX232, но не требует внешних конденсаторов (встроенные). Более дорогой.

Современные (низковольтные, с автовыключением, малые габариты):

• Maxim / Analog Devices:
  • MAX3232, MAX3221, MAX3241 - Работают от одного источника питания +3.0В или +5В, имеют встроенные генераторы, поддерживают высокие скорости (до 1 Мбит/с), функцию автоматического отключения (AutoShutdown) для экономии энергии.
• Texas Instruments:
  • TRS3232, TRS3221 - Полные аналоги MAX3232/MAX3221 от TI.
• STMicroelectronics:
  • ST3232 - Аналог MAX3232.
• Analog Devices / Linear Technology:
  • LTC1387 - Низкопотребляющий, с защитой от электростатики (ESD).

Совместимые и альтернативные модели / стандарты

1. Совместимые по разъему и протоколу:

   • V.24 (ITU-T) - Международный телекоммуникационный стандарт, практически идентичный RS-232 по электрике и функциям.
   • EIA/TIA-232-F - Последняя (1997 г.) версия стандарта от EIA/TIA. Устройства, соответствующие RS-232, совместимы с ним.

2. Последующие стандарты (улучшенные, но не всегда обратно совместимые):

   • RS-422 (EIA/TIA-422) - Дифференциальная (сбалансированная) передача, дальность до 1200 м, скорость до 10 Мбит/с, многоточечное соединение (1 передатчик, до 10 приемников).
   • RS-485 (EIA/TIA-485) - Наиболее популярный промышленный наследник. Дифференциальная передача, многоточечная двунаправленная шина (до 32/256 устройств на одну линию), дальность до 1200 м, скорость до 10 Мбит/с. Не совместим по электрическим уровням с RS-232 напрямую, требуется конвертер.
   • RS-423 - Несимметричная, как RS-232, но с приемником дифференциального типа. Улучшенная помехозащищенность.

3. Современные альтернативы (полная замена):

   • USB (Universal Serial Bus) - Вытеснил RS-232 в потребительской электронике. Для подключения старого оборудования с RS-232 используются USB-to-RS-232 адаптеры на чипах FTDI FT232, Prolific PL2303, Silicon Labs CP2102 и др.
   • Ethernet - Для сетевых и промышленных систем (Modbus TCP, EtherNet/IP).
   • Bluetooth, Wi-Fi - Для беспроводного соединения.

Важно: Устройства, совместимые с RS-232, могут иметь разные конфигурации портов (только RX/TX/GND или полный набор сигналов) и требовать разных типов кабелей (прямой или нуль-модемный). Всегда необходимо сверяться с документацией конкретного устройства.