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standardisierte serielle Datenübertragung Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
RS-232 (Recommended Standard 232) ist ein Standard für eine serielle Schnittstelle, der in den frühen 1960er Jahren vom US-amerikanischen Standardisierungsgremium Electronic Industries Association (EIA) erarbeitet wurde und bis in die 2010er Jahre häufig bei Computern vorhanden war.
Mainframes und Text-Terminals wurden bis in die frühen 1990er-Jahre unter Zuhilfenahme von Modems durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über die Telefonleitung zusammengeschlossen. Die Datenübertragung zwischen den beiden Systemen erfolgte seriell. Durch den ursprünglichen Verwendungszweck bedingt, weist die Schnittstelle einige Asymmetrien bei der Definition der Steuerleitungen auf, die bei den später üblich gewordenen Anwendungen in völlig anderen Bereichen zu Verschaltungsproblemen führen können.
Weltweit werden immer weniger Geräte mit RS-232-Schnittstelle produziert. Beispiele sind Service- und Konfigurationsanschlüsse bei Geräten wie z. B. Router, Switches, Speichersysteme, Laborgeräte und Point-Of-Sale-Terminals. Alternative serielle Schnittstellen bieten zuverlässigere und schnellere Verbindungsmöglichkeiten. Nur noch wenige PCs werden mit einem COM-Port ausgeliefert, Notebookhersteller bieten diese Ausstattungsoption nahezu gar nicht mehr an. Um Geräte, die eine RS-232-Schnittstelle besitzen, mit Computern ohne diese betreiben und programmieren zu können, gibt es Konverter von USB auf RS-232. Auch Steckkarten mit RS-232-Schnittstellen für PCs werden angeboten.
Viele aktuelle Geräte mit RS-232 nutzen nur drei Adern bzw. Pins (RX, TX, GND), verzichten also auf die Handshake- und Steuerleitungen. Wegen der niedrigen Datenrate, der vergleichsweise geringen Anforderungen an die Verkabelung und des hohen, toleranten Signalpegels ist die RS-232 auch weiterhin verbreitet, wenn es um Störsicherheit und lange Signalverbindungen geht. Sie wird jedoch in dieser Hinsicht von Twisted-pair-Netzwerkkabelverbindungen mit Transformator („Ethernet“) sowie vom RS-485-Standard übertroffen.
Zur Potentialtrennung sowie zur Erhöhung der Störsicherheit werden optische Zwischenstecker angeboten, die ihre Betriebsspannung aus den Signalpegeln beziehen, also keine eigene Stromversorgung benötigen.
Die aktuelle amerikanische Version heißt offiziell (ANSI EIA/) TIA-232-F, ist vom Oktober 1997 und enthält Ergänzungen und Bestätigungen bis 2012 (Stand März 2023).[2] Die in den USA und Europa übliche Bezeichnung ist RS-232 (RS steht dabei für Recommended Standard). Zur Frage der korrekten Bezeichnung siehe den Abschnitt Kennzeichnung von Standards bei EIA – Electronic Industries Alliance.
RS-232 definiert die Verbindung zwischen dem Terminal (Datenendeinrichtung (DEE), englisch data terminal equipment (DTE)) und dem Modem (Datenübertragungseinrichtung (DÜE), englisch data communication equipment (DCE)), was Timing und Spannungspegel betrifft. Als Steckverbinder wurden die 25-polige D-Sub empfohlen (nicht vorgeschrieben). Das Übertragungsprotokoll ist nicht Bestandteil des Standards. Allgemein sind die Parameter unter Serielle Datenübertragung erläutert.
Weitere Übertragungsstandards wie RS-422, RS-485 sind in dem Artikel Serielle Schnittstelle zu finden.
Der Standard legt keine Bitraten fest, obwohl erwähnt wird, dass er für Übertragungsraten bis 20 kbit/s gedacht ist. Übliche UARTs, die in Verbindung mit der RS-232 verwendet werden, unterstützen Übertragungsraten von 115,2 kbit/s und mehr. Um ein definiertes Übertragungsverhalten zu erreichen, schreibt die Norm eine maximale Flankensteilheit am Sender und eine (von der Bitrate abhängige) minimale Flankensteilheit im Übergangsbereich −3 V…+3 V am Empfänger vor.
Manche Computer (wie der Amiga) akzeptieren als Eingang auch +5 V für Low und 0 V für High, deshalb reicht schon ein einfacher Inverter.
| Übertragungsrate (bit/s) | Länge (m) |
|---|---|
| 2400 | 900 |
| 4800 | 300 |
| 9600 | 152 |
| 19200 | 15 |
| 57600 | 5 |
| 115200 | < 2 |
Da die Signalqualität mit zunehmender Leitungslänge abnimmt, ist die Leitungslänge begrenzt.
Ein begrenzender Faktor ist die Laufzeit des Signals. Da eine RS-232-Schnittstelle am Leitungsende nicht mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen werden kann (zu große Verlustleistung), gibt es unweigerlich Leitungsreflexionen. Mit zunehmender Übertragungsrate und Kabellänge stören die Reflexionen immer mehr die Datenübertragung. Die Norm verlangt, dass die Flankensteilheit am Sender den Wert 30 V/µs nicht überschreiten darf, womit die Auswirkungen der Reflexionen begrenzt werden. Empfängerseitig wird durch einen Schmitt-Trigger wieder ein Rechtecksignal mit sehr hoher Flankensteilheit hergestellt.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die Signalübertragung nicht differentiell, sondern asymmetrisch (single-ended bzw. unbalanced) erfolgt. Das zu übertragende Signal beinhaltet einen Gleichspannungsanteil und ist deshalb relativ empfindlich auf Gleichtaktstörungen. Solche Störungen können z. B. durch induktive Einkopplung in die Schleife RxD-GND entstehen. Weil sich alle Signale auf das gleiche GND-Signal beziehen, kann ein Strom auf der TxD-Leitung einen Spannungsabfall auf der GND-Leitung erzeugen, welcher zu einer Potentialverschiebung zwischen den beiden Kommunikationspartnern führt und beispielsweise auf der RxD-Leitung gesehen wird und Störungen verursacht.
Laut ursprünglichem Standard ist eine Kabelkapazität von max. 2500 pF zulässig, was bei Standardkabeln einer Kabellänge von max. 15 m (50 Fuß) entspricht. Mit Kabeln, welche eine besonders niedrige Kapazität aufweisen (beispielsweise UTP CAT-5 Kabel mit 55 pF/m), lassen sich konform zur Definition 45 m erreichen. Die nebenstehende Tabelle gibt Erfahrungswerte von Texas Instruments wieder.
Die Probleme der gegenseitigen Beeinflussung über GND, fehlender Abschlusswiderstand etc. lassen sich durch eine differentielle Übertragung wie bei RS-485, LVDS etc. beheben.
Um zwei Geräte über die serielle Schnittstelle zu verbinden, müssen die „hörenden“ Leitungen des einen Gerätes mit den „sprechenden“ der anderen Seite verbunden werden. Bei Terminals bzw. Rechnern (DTE / data terminal equipment) sind „sprechende“ Leitungen TxD, RTS und DTR, „hörende“ Leitungen sind RxD, CTS, DSR, DCD und RI. Bei Modems (DCE– data circuit-terminating equipment) ist es genau umgekehrt; es gibt die vom Terminal „gesprochenen“ Signale an die Gegenseite weiter und muss daher auf diese „hören“, andersherum werden die von der Gegenseite „gehörten“ Signale zum Terminal „weitergesagt“.
Die praktische Identifizierung von DTE- und DCE-Geräten ist durch Messung des Ruhepegels möglich (Spannung zwischen GND und TxD bzw. RxD, unterschiedliche Belegung 9- und 25-poliger Kabel beachten). Manche modernen Geräte erkennen unbeschaltete Anschlüsse und schalten zwecks Energieeinsparung die Ausgangstreiber ab. In diesem Fall muss den vermutlichen Ausgängen durch einen geeigneten Widerstand zwischen Signalanschluss und GND ein angeschlossenes Gegenüber vorgegaukelt werden.
| Messung zwischen |
DTE | DCE |
|---|---|---|
| GND und TxD | −3 … −15 V | ca. 0 V |
| GND und RxD | ca. 0 V | −3 … −15 V |
Die Namen und Beschreibungen der wichtigsten Signalleitungen orientieren sich an der ursprünglichen Verwendung der Schnittstelle. Mit „Gegenstelle“ ist in dieser Tabelle nicht die Gegenseite (beim klassischen Verwendungszweck diejenige am anderen Ende der Telefonleitung) gemeint, sondern der lokale Partner des DTE (also im klassischen Fall ein DCE (Modem)). Die Leitungsbezeichnungen sind sowohl bei DTE (PC) als auch bei DCE (Modem) die gleichen und aus der Sicht des DTE formuliert, aber die Eigenschaft des Anschlusses (Eingang bzw. Ausgang) ist jeweils unterschiedlich.
| Abkürzung | Name | Beschreibung | Pin-Nr. | Richtung beim | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DB-25 | DE-9 | Modular 8P8C |
DTE (PC) |
DCE (Modem) | |||
| Common Ground | Gemeinsame Abschirmmasse (nicht Datenmasse) | 1 | — | — | — | — | |
| TxD, TX, TD | Transmit Data | Leitung für ausgehende (von DTE gesendete) Daten (negative Logik). | 2 | 3 | 6 | Ausgang | Eingang |
| RxD, RX, RD | Receive Data | Leitung für eingehende (von DTE zu empfangende) Daten (negative Logik). | 3 | 2 | 5 | Eingang | Ausgang |
| RTS | Request to Send | „Sendeanforderung“; ein High-Pegel an diesem Ausgang signalisiert, dass DTE Daten senden möchte | 4 | 7 | 8 | Ausgang | Eingang |
| RTR | Ready to Receive | „Empfangsstatus“; ein High-Pegel an diesem Ausgang signalisiert der Gegenstelle, dass DTE bereit ist, Daten zu empfangen | 4 | 7 | 8 | Ausgang | Eingang |
| CTS | Clear to Send | „Sendeerlaubnis“; Ein High-Pegel an diesem Eingang ist ein Signal der Gegenstelle, dass sie Daten von DTE entgegennehmen kann | 5 | 8 | 7 | Eingang | Ausgang |
| DSR | Data Set Ready | Ein High-Pegel an diesem Eingang ist ein Signal der Gegenstelle, dass sie im Prinzip einsatzbereit ist (aber nicht notwendigerweise auch empfangsbereit, siehe CTS) | 6 | 6 | 1 | Eingang | Ausgang |
| GND | Ground | Signalmasse. Die Signalspannungen werden gegen diese Leitung gemessen. | 7 | 5 | 4 | — | — |
| DCD, CD, RLSD | (Data) Carrier Detect | Mit einem High-Pegel an diesem Eingang signalisiert die Gegenstelle, dass sie einlaufende Daten auf der Leitung erkennt (dem Namen nach ist das die Modulationsträger-Erkennung) und an DTE weitergeben möchte | 8 | 1 | 2 | Eingang | Ausgang |
| DTR | Data Terminal Ready | Mit einem High-Pegel an diesem Ausgang signalisiert DTE seine Betriebsbereitschaft an die Gegenstelle. Damit kann die Gegenstelle, z. B. ein Modem, aktiviert oder auch zurückgesetzt werden. Üblicherweise antwortet die Gegenstelle mit einem High-Pegel auf DSR | 20 | 4 | 3 | Ausgang | Eingang |
| RI | Ring Indicator | Ein High-Pegel an diesem Eingang signalisiert dem DTE-Gerät, dass ein Anruf ankommt, d. h., dass jemand eine Datenverbindung aufbauen will („ring“ ist englisch für „klingeln“; besonders bei Telefonen und im übertragenen Sinne auch bei Modems). Siehe auch Rufspannung. | 22 | 9 | — | Eingang | Ausgang |
Ursprünglich wurde RTS/CTS für Halbduplex-Modems (wie das Bell 202) entwickelt. Solche Modems schalten ihren Transmitter ab, wenn er nicht benötigt wird; sie müssen ein Synchronisationssignal schicken, wenn der Transmitter wieder eingeschaltet wird. Will der Rechner (DTE) Daten senden, so wird das über RTS signalisiert. Hat das Modem (DCE) sich mit dem entfernten Modem synchronisiert, wird dies über CTS signalisiert. Solche Modems werden nicht mehr benutzt. Da nur Synchronisation in eine Richtung erlaubt ist, ist das Verfahren asymmetrisch.
Ein symmetrisches Verfahren, das Flusskontrolle in beide Richtungen erlaubt, wurde in den späten 1980er Jahren entwickelt. Die Bedeutung des RTS-Signals wurde neu definiert, so dass es angibt, ob der DTE bereit ist, Daten vom DCE zu empfangen. Analog signalisiert CTS, ob der DCE bereit ist, Daten vom DTE zu empfangen. Diese neue Definition ist auch unter dem Namen „RTR“ (Ready To Receive) bekannt (siehe CCITT V.24 circuit 133 und TIA-232-E). Wenn von RTS/CTS-Flusskontrolle gesprochen wird, ist oft RTR/CTS-Flusskontrolle gemeint.
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