RS-232

Standard RS-232, resp. jeho poslední varianta RS-232C z roku 1969, (také sériový port nebo sériová linka) se používá jako komunikační rozhraní osobních počítačů a další elektroniky. RS-232 umožňuje propojení a vzájemnou sériovou komunikaci dvou zařízení, tzn., že jednotlivé bity přenášených dat jsou vysílány postupně za sebou (v sérii) po jednom páru vodičů v každém směru. Na rozdíl od síťové technologie Ethernet nebo rozhraní USB se tedy jedná o zcela bezkolizní fyzickou vrstvu.

V současné době (2023) se v oblasti osobních počítačů od používání sériového rozhraní RS-232 již téměř definitivně ustoupilo a to bylo nahrazeno výkonnějším Univerzálním sériovým rozhraním (USB). Nicméně v průmyslu je tento standard, především jeho modifikace – standardy RS-422 a RS-485, velice rozšířen a pro své specifické rysy pravděpodobně bude i nadále. Na rozdíl od komplexnějšího USB, standard RS-232 pouze definuje, jak přenést určitou sekvenci bitů a nezabývá se už vyššími vrstvami komunikace. V referenčním modelu ISO/OSI tak představuje pouze fyzickou vrstvu.

Na počítači bývá linka RS-232 vyvedena pomocí konektoru D-Sub typu DE-9 M (samec), zařízení se tedy připojuje šňůrou s konektorem DE-9 F (samice). U starších počítačů byla druhá linka vyvedena na konektor DB-25 M (ten doporučuje původní norma), používal se například pro připojení modemu. Elektricky jsou oba konektory shodné (u velkého je jen mnoho pinů nevyužitých), takže se mohla případně použít jednoduchá pasivní redukce na DE-9 M a teoreticky i naopak. Pro připojení zařízení používajících RS-232 k současným počítačům se používají buď rozšiřující desky, nebo převodníky USB/RS-232. Převodníky USB/RS-232 mají proti originální „skutečné“ lince RS232 výrazně delší dobu odezvy, což může v některých aplikacích způsobovat značné problémy až nefunkčnost. Ačkoliv moderní základní desky většinou nemají sériový port na zadním panelu, mohou ho některé mít vyveden na 10-pinový konektor na jiném místě na desce (podobně jako „interní“ USB).

Základní technický popis

Standard definuje asynchronní sériovou komunikaci pro přenos dat. Pořadí přenosu datových bitů je od nejméně významného bitu (LSb, často nesprávně LSB) po bit nejvýznamnější (MSb, často nesprávně MSB). Počet datových bitů je volitelný, obvykle se používá 8 bitů, lze se také setkat se 7 nebo 9 bity. Logický stav „0“/„1“ přenášených dat je reprezentován pomocí dvou možných úrovní napětí, které jsou bipolární a dle zařízení mohou nabývat hodnot ±5 V, ±10 V, ±12 V nebo ±15 V. Nejčastěji se používá varianta, při které logické hodnotě 1 odpovídá napětí −12 V a logické hodnotě 0 pak +12 V. Základní tři vodiče rozhraní (příjem RxD, vysílání TxD a společná zem GND) jsou doplněny ještě dalšími vodiči sloužícími k řízení přenosu (vstupy DCD, DSR, CTS, RI, výstupy DTR, RTS). Ty mohou a nemusí být používány (zapojeny), nebo mohou být použity pro napájení elektronických obvodů v zařízení, jako je například počítačová myš. Výstupní elektronika je vybavena ochranou proti zkratu, kdy po překročení proudu 20 mA proud již dále neroste.

Asynchronní komunikace

I když komunikující zařízení znají rychlost, jakou se data přenášejí, musí přijímač začít přijímat ve správný okamžik, tedy musí proběhnout synchronizace. V případě synchronní komunikace souběžně s datovým vodičem existuje i synchronizační vodič, na kterém vysílač oznamuje přijímači „teď jsem poslal data“, viz LPT a signál STROBE. Naopak u asynchronní komunikace se synchronizační vodič nepoužívá, pouze vysílač pošle nějaká definovaná data po datovém vodiči, po jejichž přijetí se přijímač zasynchronizuje. V případě RS232 každé sekvenci datových bitů předchází jeden start bit, kterým se logická hodnota na lince přepne (původně v klidovém stavu) do opačného stavu. Po datových bitech následuje paritní bit a za ním jeden nebo více stop bitů, během kterých je linka opět v klidovém stavu. Je tak možné pro komunikaci použít méně vodičů na úkor určitého snížení rychlosti způsobeného synchronizací. K podobné synchronizaci dochází i u Ethernetu, kde na začátku každého rámce vyšle vysílač několik bajtů, ve kterých se střídají bity 0 a 1.

Logické úrovně

• pro datové signály (tj. RXD a TXD): logická 0 je +3 V až +15 V, logická 1 je -3 V až -15 V
• pro řídící signály (tj. RTS, CTS, DTR, DSR, …): logická 0 je -3 V až -15 V, logická 1 je +3 V až +15 V

Řídící signály mají tedy opačnou logiku než signály přenášející data.

Rychlost

Na běžných sériových portech v PC lze dosáhnout rychlost maximálně 115200 Bd. Ostatní baudové rychlosti jsou odvozeny dělením 115200 Bd. Jde tedy o řadu 115200, 57600, 38400, 28800, 23040, 19200, …, 9600, …, 4800, …, 2400, … Bd. Nejčastěji používané baudové rychlosti jsou tučně zvýrazněny. Přenosová rychlost je vždy nižší než baudová rychlost, protože ke každým osmi datovým bitům se navíc přenáší ještě startbit, jeden nebo dva stopbity a případně také paritní bit.

(Mimo svět PC existují i obvody umožňující rychlost přenosu v řádu Mbit/s.)

Zapojení

Pro běžné připojení zařízení k počítači platí, že na počítači je samčí konektor, na zařízení samičí konektor, zařízení a počítač jsou propojeny kabelem 1:1. Když kabel připojíme do počítače, tak „vytáhneme“ piny konektoru počítače na piny druhé strany kabelu. Maximální délka kabelu pro rychlost 57600 bd je okolo 5 m, tato délka roste nepřímo úměrně baudové rychlosti.

Nejdůležitějšími signály jsou Rx, Tx a GND, které slouží k samotnému přenosu dat, mnohá zařízení ostatní signály nevyužívají. Pokud chceme propojit pomocí RS232 dva počítače, potřebujeme tzv. „nulový modem“, který je realizován „kříženým“ kabelem se dvěma samičími konektory. Tento kabel musí správně propojovat vstupy a výstupy (Rx a Tx, …).

Související články

• RS-485
• MAX232
• Paralelní port

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu RS-232 na Wikimedia Commons
• RS-232 – hw.cz: informace, návody, tipy a triky, katalogové listy
• Seriál na http://www.root.cz/…: [1], [2], [3]
• Komunikace po sériové lince v C#
• beyondlogic.org: Interfacing the Serial / RS-232 Port – podrobný popis, příklady

SW a HW (anglicky)

• RS232, V.24, V.28, X.21bis and EIA-232 Connector and Signaling Standards – vzájemný vztah mezi standardy RS-232, V.24, V.28, X.21bis a EIA-232