RS 232. Bericht industrielles Netzwerk. Vertiefungsmodul Embedded Control Wintersemester 2006/2007. Verfasser: T. Kopp. Betreuer: Prof. M.

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1 Berner Fachhochschule Hochschule für Technik und Informatik Jlcoweg Burgdorf Bericht industrielles Netzwerk RS 232 Vertiefungsmodul Embedded Control Wintersemester 2006/2007 Verfasser: T. Kopp Betreuer: Prof. M. Felser

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung Geschichtliches Zukunft Einsatzgebiete Anwendungs- und Einsatzmodelle direkte DTE DCE Verbindung (25 polig) DTE DTE Verbindung / Nullmodemkabel Local Loopback Technologie Handshake Funktionsweise der Datenübertragung Spannungspegel Bitcodierung Installationstechnik Kabellängen Stecker und Buchsen Quellenangaben Thomas Kopp / E3b Seite 2 / 12

3 1. Einleitung Den meisten Computeranwendern ist der Name ein Begriff. Die Schnittstelle diente lange Zeit zum Datenaustausch zwischen Computer (DTE) und Modem (DCE). Wo die Schnittstelle genau ihren Ursprung hat und warum sie auch heute noch einen berechtigten Einsatzzweck hat, entzieht sich dann aber oft dem Wissen eines gewöhnlichen Anwenders. Dieser Bericht will sich genauer mit den Einzelheiten dieser Schnittstelle befassen, unbekannte Aspekte beleuchten und auch einige aussergewöhnliche Anwendungsgebiete aufzeigen. 2. Geschichtliches Die Geschichte von hat ihren Beginn in den 60er Jahren. Es war die Zeit, als erste Fernschreiber (sogenannte Teletypewriters) aufkamen. Der Übertragungsweg bestand nebst den beiden beteiligten Fernschreibern aus zwei Modems welche für die Übertragung über das öffentliche Telefonnetz zuständig waren. Was noch fehlte, war eine Verbindung vom Fernschreiber zum Modem. Das zuständige Standartisierungsgremium (Radio Electronics Television Manufacturers Association - RETMA) nahm sich dieser Problematik an und erstellte erste Vorstudien über die heute unter dem Namen bekannte Schnittstelle. Im Jahre 1969 definierte das Nachfolgekomitee der RETMA, die Electronic Industries Aliance, die Revision C der Schnittstelle. Von diesem Zeitpunkt an, war die Schnittstelle offiziell unter den Namen EIA RS 232 C bekannt. Im Standard von 1969 wurden folgende Punkte festgelegt: - elektrische Eigenschaften wie Spannungspegel, Übergangszone, Signalraten, Timing, Slew- Raten, Kurzschlussverhalten, Leitungskapazitäten und Kabellängen - mechanische Eigenschaften wie Stecker und Pin Zuordnung - Funktion jedes einzelnen Signales (jeder Leitung) - Eine Teilmenge an Signalen/Leitungen für spezielle Telekom-Applikationen Die Datencodierung (heute oft ASCII) wurde im Standard allerdings nicht festgelegt. Der Anwender war also in der Wahl der Datencodierung frei. Weiter wurden auch die Rahmengrösse und der Aufbau des Rahmens (Anzahl Bit pro Zeichen, Start/Stop/Parity Bits) nicht festgelegt. Das heisst, dass im Standart keine Protokolle für Fehlerdetektion oder Datenkompression vorgesehen wurden. Auch die Bitraten wurden im Standard nicht festgelegt, lediglich eine maximale Übertragungsrate von 20 kbps wurde beabsichtigt. Höhere Übertragungsraten verletzten die spezifizierte Slew Rate. Später wurden die Fernschreiber schrittweise durch so genannte Terminals ersetzt. Um zwischen den beiden Systemen kompatibel zu sein, verwendeten auch die neuen Terminals die Schnittstelle. Als später der erste Personalcomputer von IBM auf den Markt kam, war auch dieser mit einer Schnittstelle ausgerüstet. Grund dafür war, dass man mit eine Schnittstelle hatte, die auf dem Markt bereits einen Stellenwert hatte und auch Modems direkt mit dieser Schnittstelle ausgerüstet waren. Im Laufe der Jahre wurde die Schnittstelle für jegliche Arten von seriellen Verbindungen benutzt. Auch die Verbreitung des Internets und der Bedarf an weltweiter Kommunikation hat sicher einen wesentlichen Einfluss auf deren Erfolg. Der Einsatzbereich weitete sich von der ursprünglichen Computer Modem Verbindung auf Computer Computer Verbindungen oder Computer beliebiges Peripheriegerät aus. Doch die fehlenden Punkte im Standart hatten nicht nur Vorteile. Es wuchsen eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme heran, die nicht oder nur bedingt miteinander kompatibel waren. Im Laufe der Zeit bürgerten sich gewisse Dinge wie beispielsweise der 9 oder 25polige D-Sub Stecker, die ASCII Codierung, die asynchrone Übertragungsart oder auch die Verwendung von Start- und Stopbits ein. Der Standard selber wurde im Laufe der Jahre mehrere Male überarbeitet. 1987: Die EIA erarbeitete eine neue Version des Standarts, welcher unter dem Namen EIA-232-D bekannt ist. 1991: Die EIA erarbeitete zusammen mit der Telecommunications Industry Association (TIA) eine neue Version des Standards. Sie ist unter dem Namen EIA/TIA-232-E bekannt. Oft wird der Standard aber immer noch als -C oder bezeichnet. Thomas Kopp / E3b Seite 3 / 12

4 1997: Die letzte Überarbeitung wurde vorgenommen. Sie ist unter dem Namen Revision F bekannt. Die Änderungen seit Revision C beschränken sich auf Timinig-Definitionen und Punkte um mit dem CCITT Standard V.24 kompatibel zu sein. Die Abwärtskompatibilität zu den älteren Revisionen ist allerdings gewährleistet Zukunft Mit der Einführung von USB und Firewire begann die Bedeutung von abzunehmen. Im Folgenden wird vor allem auf USB eingegangen. USB ist in den modernen Betriebssystemen bestens integriert und wird ohne zusätzliche Installation von Treibern unterstützt. Die Spannungspegel von USB sind tiefer, was der allgemeinen Tendenz zu tieferen Spannungen entgegenkommt. Die Stecker und Buchsen sind kleiner und dadurch auch handlicher. Ein wesentlicher Unterschied zu ist, dass es sich bei USB nicht bloss um eine Punkt zu Punkt, sondern um eine Busverbindung handelt. Weiter sind auch die Datenraten (mit USB 2.0 bis 400MBit/s) sehr viel höher als mit. Im Bereich der Telekommunikation wurden die analogen Modems vielfach durch DSL- oder Cablerouter ersetzt. Diese kommunizieren nicht mehr über eine serielle Verbindung im klassischen Sinne mit dem Computer, sondern werden direkt per Ethernet (100MBit/s, 1GBit/s oder Glasfaser) angeschlossen. Obwohl viele Laptops heute nur noch mit einer USB Schnittstelle ausgeliefert werden, heisst das nicht, dass die Schnittstelle keine Bedeutung mehr hat. USB ist ein komplexer Standard. Zum Ansteuern von Hardware bedarf es bei USB auf der Hardwareseite Komponenten, die das Protokoll zuerst entschlüsseln und wiederum die eigentlichen Daten zur Verfügung stellen. ist in diesem Bereich sehr viel einfacher. Auch das Debugging gestaltet sich weniger aufwändig als bei USB. Wenn es darum geht, ohne grossen Aufwand direkt auf Hardware zuzugreifen, wird sicher auch in Zukunft noch seine Berechtigung haben. Die angesprochenen Router verfügen nach wie vor noch über eine Schnittstelle. Diese dient zu Konfigurationszwecken. Die Anforderungen an die Geschwindigkeit kann hier problemlos erfüllen. Eine Konfiguration direkt über Ethernet ist im Moment nur teilweise möglich. 3. Einsatzgebiete Gleich vorweg: Es wird nicht möglich sein, sämtliche Einsatzgebiete und Märkte von zu beschreiben. Die Vielfalt ist riesig. Ich werde im folgenden Kapitel versuchen ein paar interessante und aktuelle Einsatzgebiete genauer zu beschreiben. Die klassischen Einsatzgebiete von haben sich über die Jahre hinweg etwas geändert. Während ursprünglich die Fernschreiber/Terminal/Computer Modem Kommunikation im Vordergrund stand, sind es heute vor allem Konfigurationsaufgaben von Peripheriehardware, welche die Schnittstelle übernimmt. Die Schnittstelle wird praktisch immer in Zusammenhang mit einem Computer eingesetzt. Andere serielle Schnittstellen wie beispielsweise RS-422 oder RS-485, welche gewisse Gemeinsamkeiten mit besitzen, unterstützen eine Busanbindung und sind daher universeller einsetzbar. Einer der grössten Anwendungsbereiche war bis vor einigen Jahren sicher der EDV-Bürobereich. Die Anforderungen an die Datenraten waren in einem Bereich, der von noch unterstützt wurde und die maximale Kabellänge von 15m reichte aus, um die Peripheriegeräte neben dem Bürotisch mit dem Computer zu verkabeln. Auch in industriellen Anwendungsgebieten, wie der Fertigungs-, Gebäude-, Prozessautomatisierung und Energieversorgung und Verteilung sind Schnittstellen im Einsatz. Vielfach werden zur Steuerung von Maschinen Industrie PC s eingesetzt. Oft verfügen diese über eine Schnittstelle welche die Kommunikation zwischen Computer und Maschine übernimmt. In der Fertigungs-, Prozess- und Gebäudetechnik übernehmen SPS oder Microcontroller Steuerungs- oder Regelungsaufgaben. Um die Software in einer SPS vor Ort aktualisieren zu können, reicht es eine Verbindung über eine serielle Schnittstelle ( oder USB) zu einem Computer aufzubauen. Bei einem Microcontroller oder DSP ist das ganze etwas komplizierter. Meistens wird hier ein Programmiergerät oder eine incircuit Schnittstelle benötigt um den Controller neu programmieren zu Thomas Kopp / E3b Seite 4 / 12

5 können. Die Kommunikation zwischen Computer und Programmiergerät läuft in vielen Fällen über eine Schnittstelle. Viele Geräte verfügen über Debugschnittstellen. Damit lassen sich beispielsweise Logdateien auslesen. Die Hersteller greifen auch hier oft auf die Schnittstelle zurück. Bei dieser Unmenge an Einsatzgebieten stellt sich natürlich die Frage, ob es denn nicht auch Gebiete gibt, bei denen der Einsatz von keinen Sinn macht. Überall, wo grosse Distanzen (>15m ohne Repeater) überwunden werden müssen oder hohe Datentransferraten gewünscht sind, ist man gezwungen auf andere Lösungen zu setzen. Alternativen wurden oben mit RS-422 und RS-485 bereits erwähnt. Auf der anderen Seite, wäre natürlich je nach Anwendungsgebiet (z.b. falls direkt Sensoren / Aktoren angesprochen werden sollen) auch ein Feldbuseinsatz denkbar. Diskussionen über Marktanteile von sind ein schwieriges Thema. Über lange Zeit hinweg, gab es keinen Standard, der dieselbe Bedeutung hatte wie. Fakt ist, dass USB eine zunehmend grössere Bedeutung hat und mit der Zeit verdrängen wird. Bereits heute gibt es auf dem Markt Module, welche über digitale sowie analoge In- und Outputs verfügen und mit einer USB Schnittstelle angesteuert werden können. Die Preise sind aber im Moment noch wesentlich höher, als ähnliche Lösungen mit Schnittstelle. Erst, wenn die Preise für USB - Komponenten unter jenen von Komponenten fällt, werden die Hersteller in grossem Masse USB Schnittstellen für alle Arten von Anwendungen anbieten. 4. Anwendungs- und Einsatzmodelle Im Standard wurde ursprünglich ein 25poliger SUB-D Stecker für die Datenübertragung vorgeschlagen. Es handelt sich dabei effektiv um einen Vorschlag und nicht um eine Festlegung. Zugleich wurden auch die Namen der einzelnen Signalleitungen und deren Funktion festgelegt. Je nach Anwendung können allerdings bestimmte Leitungen weggelassen werden. Auf die verschiedenen Steckertypen wird in Kapitel 6 genauer eingegangen. Die folgende Tabelle soll als Überblick über die Signale gelten. Die Funktion ist vom Computer (DTE) aus zum Modem (DCE) gesehen. Pin Nr. Kategorie Kurzbezeichnung Leitungsfunktion 1 1 Shield Kabelshield 2 2 RxD receive data / Daten empfangen 3 2 TxD transmit data / Daten senden 4 2 RTS request to send / Sendeanfrage an Modem 5 2 CTS clear to send / Sendebereitschaft des Modems 6 4 DSR DCE ready / Betriebsbereitschaft des Modems 7 1 GND Signalerde 8 4 CD carrier detect reserviert für Testzwecke reserviert für Testzwecke nicht belegt 12 4 SCD secondary received line signal detector 13 3 SCTS secondary clear to send 14 3 STxD secondary transmitted data 15 5 TC transmitter signal element timing 16 3 SRxD secondary received data 17 5 RC receiver signal element timing 18 6 LL local loopback 19 3 SRTS secondary request to send 20 4 DTR DTE ready / Betriebsbereitschaft des Computers 21 6 RL remote loopback 22 4 RI ring indicator 23 4 data signal rate selector 24 5 ETC transmitter signal element timing 25 6 TM test mode Thomas Kopp / E3b Seite 5 / 12

6 Die Signale können in 6 Kategorien (siehe 2. Spalte) aufgeteilt werden: 1. Signalerde und Kabelshield 2. erster Kommunikationskanal Er wird für die Datenkommunikation und Flusskontrolle verwendet. Die Signale des ersten Kommunikationskanals sind diejenigen, welche auch in reduzierten Anwendungen verwendet werden. Sie haben daher eine wichtige Bedeutung. 3. zweiter Kommunikationskanal Mit dem zweiten Kommunikationskanal ist es möglich, das Modem auf der Gegenseite (Remote) zu steuern. Im Fehlerfall ist beispielsweise eine Anfrage für erneutes Senden möglich. Weiter kann auch die Kontrolle über den Aufbau des ersten (Haupt-) Kommunikationskanals übernommen werden. Obschon der zweite Kommunikationskanal ein Bestandteil des Standards ist, wird er in der Praxis eher selten verwendet. 4. Modem Status- und Kontrollsignale Diese Signale signalisieren dem Computer den Modemstatus und informieren weiter über den Status des Telefonkanals. Mithilfe dieser Signale lässt sich beispielsweise feststellen, ob der Telefonkanal frei ist und eine Kommunikation aufgebaut werden könnte oder ob dieser beispielsweise durch ein Telefongespräch blockiert ist. In diesem Falle dürfte das Modem nicht versuchen eine Kommunikation aufzubauen. Auch ein ankommender Anruf wird durch diese Signale angezeigt. 5. Sender und Empfänger Timingsignale Diese Signale sind für die synchrone Kommunikation gedacht. Sie stellen Timinginformationen für Sender und Empfänger zur Verfügung. Es ist sogar denkbar, dass Sender und Empfänger unterschiedliche Baudraten verwenden. 6. Kanaltestsignale Bevor überhaupt Daten ausgetauscht werden, wird der Kanal auf seine Integrität getestet und die Baudrate wird auf den maximalen Wert, der vom Kanal unterstützt wird, eingestellt direkte DTE DCE Verbindung (25 polig) Die direkte DTE DCE Verbindung resultiert, wenn man die Standardvorschläge strickte einhält. Es ist die klassische Computer Modem Verbindung mit sämtlichen Signalen. Alle Signale werden 1:1 verbunden. Die linke Seite zeigt die DTE Seite, währenddem rechts die DCE Seite gezeigt ist. Heute wird vielfach eine reduzierte Version mit 9poligen D-SUB Steckern und Buchsen eingesetzt. Diese wurde ursprünglich nicht im Standard vorgesehen. Die Signale werden auch 1:1 verbunden. Welche Signale bei der 9poligen Übertragung beteiligt sind, wird im Kapitel 6 beschrieben DTE DTE Verbindung / Nullmodemkabel Es ist möglich zwei Computer (allgemein: zwei DTE s) mit Hilfe eines sogenannten Nullmodemkabels direkt zu verbinden. Sende- und Empfangesleitungen (TxD, RxD) müssen dabei gekreuzt werden. Thomas Kopp / E3b Seite 6 / 12

7 Es gibt verschiedene Arten von Nullmodemkabel. Grund dafür ist, dass das Handshaking (siehe Kapitel 5.1) verschieden gehandhabt werden kann. Das folgende Bild zeigt die einfachste Version (ohne Handshaking). Ohne Handshaking wird direkt bei einem Sendewunsch gesendet. Achtung: Dadurch sind Buffer Overflows möglich. Die Pins 4 und 5 (RTS / CTS Sendewunsch / Sendebestätigung) werden direkt auf dem jeweiligen Stecker verbunden. Auch die Pins 6,8 und 20 (DSR, CD, DTR) werden direkt auf dem Stecker verbunden. Sobald das Terminal signalisiert, dass es bereit ist (DTR), signalisiert auch das Modem (DSR), dass es bereit ist und dass der Telefonkanal frei ist (CD). Entscheidet man sich für ein Kabel mit Standardhandshaking, müssen RTS / CTS gekreuzt werden. Bei den Modemkontrollsignalen werden DSR und CD verbunden und dann mit DTR gekreuzt. Ein Standardhandshaking verhindert einen Bufferoverflow! 4.3. Local Loopback Ein Loopback Connector besteht nur aus einem Stecker mit einer internen Verdrahtung. Es gibt also kein Kabel zum DCE. Der Loopback Connector dient in erster Linie zum Test des DTE. Dabei werden sämtliche gesendeten Informationen gleich wieder empfangen (echo). Neben den bereits beim Nullmodemkabel besprochenen Modemkontroll- und Statusleitungen, müssen nun auch noch der TxD und RxD Pin verbunden werden. Der Loopback Conntector kann am Ende einer Direktverbindung (siehe oben) auch zum Test eines Kabels dienen. Thomas Kopp / E3b Seite 7 / 12

8 5. Technologie 5.1. Handshake verwendet ein sehr einfaches Zugriffsverfahren. Da eine gleichzeitige Kommunikation in beide Richtungen möglich ist (Fullduplex) muss nicht zuerst geprüft werden, ob das Medium frei ist. Dies führt im Allgemeinen zu keinen Problemen, da es sich bei nicht um einen Bus, sondern um eine Punkt Punkt Verbindung handelt. Dennoch muss dafür gesorgt werden, dass der Empfangsspeicher auf der Empfängerseite leer ist und es nicht zu einem Überschreiben und damit einem Verlust von Daten kommt. Dies ist eine der Aufgaben des Handshakings. Die dafür verwendeten Leitungen heissen RTS und CTS. Am Terminal gibt es einen RTS-Ausgang und einen CTS Eingang. Am Modem gibt es einen RTS Eingang und einen CTS Ausgang. Wenn Hardwarehandshaking verwendet wird, aktiviert das Terminal zuerst die RTS Leitung (request to send darf ich senden?) und fragt damit beim Modem an, ob es bereit ist Daten zu empfangen. Ist dies der Fall, aktiviert das Modem seinerseits die CTS-Leitung (clear to send bin bereit). Erst jetzt sendet der Sender auf der TxD Datenleitung. Ist das Modem irgendwann nicht mehr in der Lage, die vom Terminal eintreffenden Daten schnell genug weiterzuverarbeiten, deaktiviert es die CTS Leitung. Daraufhin unterbricht das Terminal den Datentransport solange, bis CTS wieder aktiviert wird. Eine gleichartige Bremse für den Datentransfer vom Modem zum Terminal gibt es eigentlich nicht. Man ging davon aus, dass das schnelle Terminal immer in der Lage ist, den Datenstrom des langsamen Modems zu verarbeiten. Es existieren weiter noch die drei Signalleitungen DTR (data terminal ready), DSR (data set ready) und DCD. Am Terminal gibt es einen DTR-Ausgang und einen DSR-Eingang. Am Modem gibt es einen DTR-Eingang und einen DSR-Ausgang. Diese Leitungen werden vom Terminal (DTR) und vom Modem (DSR) ständig auf ON gehalten. Sie zeigen dem jeweiligen Partner an, dass das andere Gerät angeschlossen und generell zur Arbeit bereit ist. Für die byteweise Flusskontrolle waren sie ursprüngliche nicht vorgesehen. Bei modernen Geräten lassen sie sich aber ähnlich wie RTS und CTS einsetzen, um den Datenfluss vom Modem zum Terminal zu bremsen. Das DCD-Signal des Modems zeigt an, ob ein Träger auf der Leitung gefunden wurde. Ist dies nicht der Fall, ist die Leitung besetzt oder unterbrochen. Im Bild ist gut sichtbar, dass DTR, DSR und DCD gegenüber RTS und CTS eine übergeordnete Rolle spielen. DTE DCE 5.2. Funktionsweise der Datenübertragung Der folgende Abschnitt befasst sich mit dem internen Aufbau der Schnittstelle. Die Datenbits sind auf dem Datenbus des Prozessors parallel vorhanden. Die serielle Schnittstelle überträgt die Datenbits aber nacheinander. Deshalb ist eine Parallel Seriell und beim Empfänger eine Seriell Parallel Wandlung notwendig. Das Datenwort wird aus dem Speicher in den Schnittstellenspeicher geschrieben. Danach wird das Datenwort aufgeteilt und die Datenbits einzeln übertragen. Ist das ganze Datenwort übertragen worden, wird ein weiteres Datenwort aus dem Speicher geholt. Beim Empfangen der Daten wird das Datenwort wieder zusammengesetzt und in den Speicher geschrieben. Thomas Kopp / E3b Seite 8 / 12

9 Das Herzstück bildet der digitale Schnittstellenbaustein, welcher im Wesentlichen die Wandlung der parallelen Daten aus dem Prozessor in serielle Daten für die Schnittstelle vornimmt. Diese Bausteine werden UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) genannt. Der ursprüngliche UART Baustein (bekannt unter der Nummer 8250) unterstützte eine maximale Übertragungsrate von 19.2 kbps. Im Laufe der Jahre wurde dieser Baustein mehrere male überarbeitet. Seine Nachfolger sind unter den Namen und (je bis kbps) bekannt. Im Folgenden soll nun der UR-Baustein 8250 etwas genauer vorgestellt werden. Der 8250 Baustein verfügt über 10 interne Register, die es erlauben die Leitungen der seriellen Schnittstelle zu steuern, Daten zu senden und zu empfangen. Der grösste Teil dieser Register wird bei der Initialisierung des Bausteins verwendet, während für die eigentliche Datenübertragung meistens nur ein bis zwei Register verwendet werden. Register Funktion / Anwendungszweck THR - Transmitter Holding Register 8 Bit Register mit den zu sendenden Daten RDR - Receive Data Register 8 Bit Register mit empfangenen Daten Baud Rate Divisor LSB Die beiden 8 Bit Register dienen zum einstellen Baud Rate Divisor MSB IER - Interrupt Enable Register IIR - Interrupt Identification Register LCR - Line Control Register MCR - Modem Control Register LSR - Line Status Register MSR - Modem Status Register der Baudrate. Festlegen, bei welchen Ereignissen, ein Interrupt generiert werden soll (Zeichen empfangen, nächstes Zeichen kann gesendet werden, Fehler bei der Übertragung, Änderung des Status der Modemleitungen) Signalisierung eines Interrupts Einstellung des Protokolls (Zeichenlänge, Anzahl Stopbits, Parität) Steuerung der Modemcontrollleitungen (DTR, RTS, Loop Modus) siehe Kap. 4 Wurden Zeichen empfangen? Ist man zum senden neuer Zeichen bereit? Ist während der Übertragung ein Fehler aufgetreten (Rahmenfehler, Paritätsfehler, Überlauf)? Status der Modemleitungen (CTS, DSR, RI, DCD) Der UART - Baustein muss in Assembler programmiert werden. Die heutigen Betriebssysteme nehmen diese Aufgabe dem Benutzer ab. Dennoch ist es möglich mit einem Microcontroller den 8250 Baustein zu programmieren, so dass mit wenig Aufwand auf einem eigenständigen System eine Schnittstelle angeboten werden kann. Thomas Kopp / E3b Seite 9 / 12

10 5.3. Spannungspegel Alle Leitungen (mit Ausnahme der Masseleitung) arbeiten mit den Spannungspegeln 5V..15V für eine logische 0 und -5V..-15V für eine logische 1. Der Datenempfänger erwartet eine Spannung von über +3V für eine 0 oder von unter -3V für eine 1. Der freie Bereich zwischen 3V und 5V berücksichtigt Spannungsabfälle über Leitungen. Für die Steuerleitungen (Handshakeleitungen) bedeutet ON einen hohen Pegel (+5V..+15V) und OFF einen negativen Pegel (-5V..-15V)! Da sich diese Spannungspegel nicht besonders gut mit den heutzutage verwendeten TTL- Pegel vertragen, werden in der Regel oft Treiberschaltkreise eingesetzt, um die Pegel auf TTL- Pegel anzupassen. Der berühmteste Vertreter dieser Treiberschaltkreise ist der MAX232. logisch Pegel TTL Pegel Handshake Bezeichnungen 0 / space V 0V ON 1 / mark V 5V OFF 5.4. Bitcodierung Der Standard beschreibt nicht, welches Protokoll im Layer 2 des ISO/OSI Modell verwendet wird. Die Datenübertragung basiert im Normalfall auf der NRZ Codierung. Die Anzahl Datenbits kann je nach Anwendung zwischen 5 und 8 eingestellt werden. Für eine gute Übertragung werden extra Bits hinzugefügt, zur Synchronisation und um Fehlererkennung zu ermöglichen. Für die Synchronisierung dient das Startbit. Die Leitung befindet sich im Ruhezustand auf Mark Niveau. Das Startbit ist am Spaceniveau zu erkennen. Direkt nach dem Startbit werden die Datenbits versendet. Ein Bitwert 1 sorgt dafür, dass die Leitung in den Mark Zustand übergeht, wobei der Bitwert 0 durch den Space Zustand repräsentiert wird. Das LSB wird dabei immer als erstes verschickt. Um Transmissionsfehler erkennen zu können, ist es möglich, am Ende des Datenwortes automatisch vom UART Baustein ein Paritätsbit generieren zu lassen. Der Sender berechnet den Wert dieses Bits an Hand der verschickten Informationen. Der Empfänger führt die gleiche Berechnung aus und überprüft danach, ob das empfangene Paritätsbit mit dem errechneten Wert übereinstimmt. Mit Hilfe eines Paritätsbits ist nur Fehlererkennung nicht aber Fehlerkorrektur möglich! Das oder die Stopbit(s) markieren das Ende eines Rahmens (Frame). Der Zeitraum zwischen Startund Stopbit ist konstant und hängt von der Baudrate und der Anzahl Datenbits und dem Paritätsbit ab. Das Stopbit wird mit dem Mark Niveau signalisiert. Beim Stopbit handelt es sich eigentlich nicht um ein richtiges Bit, sondern genau genommen um einen Mindestzeitraum, in dem die Leitung sich nach dem Ende eines jeden Datenwortes im Mark Zustand befinden muss. 1.5 Stopbits können nur bei Datenworten mit einer Länge von 5 Bits benutzt werden und 2 Bits sind nur für längere Worte anwendbar. Eine Stopbitlänge von einem Bit ist bei allen Datenwortlängen anwendbar. space mark Thomas Kopp / E3b Seite 10 / 12

11 6. Installationstechnik 6.1. Kabellängen Die maximale Kabellänge ist im Standard klar definiert. Sie beträgt 15 Meter oder die Kabellänge, die mit einer Kapazität von 2500pF übereinkommt. Texas Instruments hat vor einigen Jahren praktische Experimente durchgeführt, um bei verschiedenen Baudraten die maximal zulässige Kabellänge zu bestimmen. Dabei ist nicht zu vergessen, dass die maximale Baudrate ursprünglich auf 20kbps spezifiziert wurde. Durch das Halbieren der Kommunikationsgeschwindigkeit nimmt die maximal zulässige Kabellänge um ein Zehnfaches zu. Kabellänge gemäss Texas Instruments: Baudrate [kbps] maximale Kabellänge [m] Stecker und Buchsen Wie bereits in Kapitel 3 vorgestellt, schlug der Standard ursprünglich die Verwendung von 25poligen D-Sub Steckern (auf der DTE Seite) und 25poligen D-Sub Buchsen (auf der DCE Seite vor). Ein 25poliger D-Sub Stecker muss aber nicht zwingend auf eine Schnittstelle hindeuten. So wird beispielsweise beim Parallellport des Computers auch eine 25polige D-Sub Buchse verwendet. Da viele Applikationen von den 20 spezifizierten Signalen nur wenige verwenden (minimal TxD, RxD, Gnd) ist es möglich auch kleinere Steckverbinder einzusetzen. Heute wird die Schnittstelle vielfach mit dem 9poligen D-Sub Stecker identifiziert. Die folgende Tabelle liefert einen Überblick der verwendeten Signale: Pin Nr. Kurzbezeichnung Leitungsfunktion 1 CD carrier detect 2 RxD receive data 3 TxD tranismit data 4 DTR data terminal ready 5 GND signal ground 6 DSR data set ready 7 RTS request to send 8 CTS clear to send 9 RI ring indicator Die D Revision des Standards nahm den RJ-45 Stecker in die Spezifikationen auf. Der Vorteil dieses modularen Steckverbinders ist seine Grösse. Im EIA 561 Standard wurde eine Pinbelegung spezifizert. Der Yost Serial Device Wiring Standard, welcher von Dave Yost entwickelt wurde, wird vor allem bei Unix Computer und neueren Geräten von Cisco Systems verwendet. Viele Geräte verwenden jedoch keinen der beiden Standards. Pin Nr. Kurzbezeichnung gemäss EIA561 1 RI CTS 2 DCD CD 3 DTR RxD 4 GND GND 5 RxD GND 6 TxD TxD 7 CTS DTR 8 RTS RTS Kurzbezeichnung gemäss Yost Thomas Kopp / E3b Seite 11 / 12

12 Auch ein 10poliger RJ - 50 Steckverbinder kann an bei gewissen Geräten gefunden werden. Die Digital Equipment Corporation (DEC) definierte ihr eigenes DEConnect Verbindungssystem, das auf dem modified modular Jack Steckverbinder basierte. Gleich wie beim Yost Standard verwendete DECconnect eine symmetrische Beschaltung, welche eine direkte Verbindung zwischen zwei DTE s ermöglichte. 7. Quellenangaben History -C Definition of EIA-232 Labor Law Talk Dictioanary The RS232 Standard Wikipedia, the free encyclopedia Bus Description and EIA232 Pinout Interface Spezifikationen und Standard specs.html Serielle Schnittstelle Die -/V.24-Schnittstelle Thomas Kopp / E3b Seite 12 / 12