Protocolo de comunicação serial Rs232: noções básicas, funcionamento e especificações

Um dos protocolos de comunicação mais antigos, porém populares, usado em indústrias e produtos comerciais é o protocolo de comunicação RS232. O termo RS232 significa "Padrão Recomendado 232" e é um tipo de comunicação serial usado para transmissão de dados normalmente em distâncias médias. Foi introduzido na década de 1960 e encontrou o seu caminho em muitas aplicações como impressoras de computador, dispositivos de automação de fábricas, etc. Hoje existem muitos protocolos de comunicação modernos como RS485, SPI, I2C, CAN, etc. você pode verificá-los se estiver interessado. Neste artigo, entenderemos os fundamentos do protocolo RS232 e como ele funciona.

O que é uma comunicação serial?

Em telecomunicações, o processo de envio de dados sequencialmente por um barramento de computador é denominado comunicação serial, o que significa que os dados serão transmitidos bit a bit. Enquanto em comunicação paralela, os dados são transmitidos em um byte (8 bits) ou caractere em várias linhas de dados ou barramentos ao mesmo tempo. A comunicação serial é mais lenta do que a comunicação paralela, mas é usada para transmissão de dados longos devido ao custo mais baixo e por razões práticas.

Exemplo para entender:

Comunicação serial - você está atirando em um alvo com metralhadoras, onde as balas chegam uma a uma ao alvo.

Comunicação paralela - você está atirando em um alvo com uma espingarda, onde muitas balas atingem ao mesmo tempo.

Modos de transferência de dados em comunicação serial:

Transferência de dados assíncrona - O modo em que os bits de dados não são sincronizados por um pulso de clock. O pulso de clock é um sinal usado para a sincronização da operação em um sistema eletrônico.
Transferência de dados síncrona - O modo em que os bits de dados são sincronizados por um pulso de clock.

Características da comunicação serial:

A taxa de transmissão é usada para medir a velocidade de transmissão. É descrito como o número de bits que passam em um segundo. Por exemplo, se a taxa de baud for 200, então 200 bits por segundo serão passados. Em linhas telefônicas, as taxas de transmissão serão 14400, 28800 e 33600.
Os bits de parada são usados para um único pacote para interromper a transmissão, que é denotado como “T”. Alguns valores típicos são 1, 1,5 e 2 bits.
O bit de paridade é a forma mais simples de verificar os erros. Existem quatro tipos, ou seja, pares ímpares, marcados e espaçados. Por exemplo, se 011 for um número, o bit de paridade = 0, ou seja, paridade par e a paridade = 1, ou seja, paridade ímpar.

O que é RS232?

RS232C “Padrão Recomendado 232C” é a versão recente do Padrão de 25 pinos, enquanto RS232D que é de 22 pinos. No novo PC do tipo D macho que é de 9 pinos.

RS232 é um protocolo padrão usado para comunicação serial, ele é usado para conectar o computador e seus dispositivos periféricos para permitir a troca de dados seriais entre eles. À medida que obtém a tensão para o caminho utilizado para a troca de dados entre os dispositivos. Ele é usado em comunicação serial de até 50 pés com uma taxa de 1,492 kbps. Como define a EIA, o RS232 é usado para conectar o equipamento de transmissão de dados (DTE) e o equipamento de comunicação de dados (DCE).

Receptor e transmissor assíncrono universal de dados (UART) usado em conexão com RS232 para transferência de dados entre a impressora e o computador. Os microcontroladores não são capazes de lidar com esse tipo de níveis de tensão, os conectores são conectados entre os sinais RS232. Esses conectores são conhecidos como conector DB-9 como uma porta serial e são de dois tipos: conector macho (DTE) e conector fêmea (DCE).

Especificações Eletricas

Vamos discutir as especificações elétricas do RS232 fornecidas abaixo:

Níveis de tensão: RS232 também usado como aterramento e nível de 5V. O binário 0 funciona com tensões de até + 5V a + 15Vdc. É chamado de 'LIGADO' ou espaçamento (nível de alta tensão), enquanto o Binário 1 funciona com tensões de até -5 V a -15 Vcc. É chamado de 'OFF' ou marcação (nível de baixa tensão).
Nível de tensão do sinal recebido: Binário 0 funciona nas tensões do sinal recebido de até + 3 V a +13 Vcc e o Binário 1 funciona com tensões de até -3 V a -13 Vcc.
Impedâncias de linha: A impedância dos fios é de até 3 ohms a 7 ohms e o comprimento máximo do cabo é de 15 metros, mas novo comprimento máximo em termos de capacitância por unidade de comprimento.
Tensão de operação: A tensão de operação será 250 V AC máx.
Classificação atual: A classificação atual será no máximo 3 Amps.
Tensão suportável dielétrica: 1000 VAC min.
Taxa de variação : A taxa de mudança dos níveis de sinal é denominada Taxa de variação. Com sua taxa de variação é de até 30 V / microssegundo e a taxa de bits máxima será de 20 kbps.

Como funciona o RS232?

RS232 funciona na comunicação bidirecional que troca dados entre si. Existem dois dispositivos conectados um ao outro, equipamento de transmissão de dados (DTE) e equipamento de comunicação de dados (DCE) que possui pinos como TXD, RXD e RTS e CTS. Agora, a partir da fonte DTE, o RTS gera a solicitação de envio dos dados. Então, do outro lado, o DCE, o CTS, limpa o caminho para receber os dados. Depois de limpar um caminho, ele dará um sinal ao RTS da fonte DTE para enviar o sinal. Em seguida, os bits são transmitidos do DTE para o DCE. Agora novamente do DCEfonte, a solicitação pode ser gerada por RTS e CTS de fontes DTE limpa o caminho para receber os dados e dá um sinal para enviar os dados. Este é todo o processo pelo qual a transmissão de dados ocorre.

TXD	TRANSMISSOR
RXD	RECEPTOR
RTS	PEDIDO PARA ENVIAR
CTS	LIMPAR PARA ENVIAR
GND	TERRA

Por exemplo: Os sinais definidos para a lógica 1, ou seja, -12V. A transmissão de dados começa a partir do próximo bit e para informar isso, o DTE envia o bit inicial para o DCE. O bit inicial é sempre '0', ou seja, +12 V e os próximos 5 a 9 caracteres são bits de dados. Se usarmos o bit de paridade, então os dados de 8 bits podem ser transmitidos, enquanto se a paridade não usar, então 9 bits estão sendo transmitidos. Os bits de parada são enviados pelo transmissor cujos valores são 1, 1,5 ou 2 bits após a transmissão dos dados.

Especificação Mecânica

Para especificações mecânicas, temos que estudar dois tipos de conectores que são DB-25 e DB-9. No DB-25, existem 25 pinos disponíveis que são usados para muitos dos aplicativos, mas alguns dos aplicativos não usaram os 25 pinos inteiros. Assim, o conector de 9 pinos é feito para a comodidade dos aparelhos e equipamentos.

Agora, aqui estamos discutindo o conector de pinos DB-9 que é usado para conexão entre os microcontroladores e o conector. Eles são de dois tipos: conector macho (DTE) e conector fêmea (DCE). Existem 5 pinos na linha superior e 4 pinos na linha inferior. É freqüentemente chamado de DE-9 ou conector tipo D

Estrutura do pino do conector DB-9:

Descrição do pino Conector DB-9:

PIN No.	Nome do Pin	Descrição do pino
1	CD (detecção de portadora)	Sinal de entrada do DCE
2	RD (Receber Dados)	Recebe dados de entrada do DTE
3	TD (Transmitir Dados)	Enviar dados de saída para DCE
4	DTR (terminal de dados pronto)	Sinal de handshaking de saída
5	GND (terra de sinal)	Tensão de referência comum
6	DSR (conjunto de dados pronto)	Sinal de handshaking de entrada
7	RTS (solicitação de envio)	Sinal de saída para controlar o fluxo
8	CTS (liberado para enviar)	Sinal de entrada para controlar o fluxo
9	RI (indicador de toque)	Sinal de entrada do DCE

O que é handshaking?

O handshaking é o processo usado para transferir o sinal do DTE para o DCE para fazer a conexão antes da transferência real dos dados. A troca de mensagens entre o transmissor e o receptor pode ser feita por handshaking.

Existem 3 tipos de processos de handshaking chamados de: -

Sem handshaking:

Se não houver handshaking, o DCE lê os dados já recebidos enquanto o DTE transmite os próximos dados. Todos os dados recebidos são armazenados em um local de memória conhecido como buffer do receptor. Este buffer pode armazenar apenas um bit, portanto o receptor deve ler o buffer de memória antes que o próximo bit chegue. Se o receptor não for capaz de ler o bit armazenado no buffer e o próximo bit chegar, o bit armazenado será perdido.

Conforme mostrado no diagrama abaixo, um receptor foi incapaz de ler o ^4º bit até a chegada do ^5º bit e este resultado substituindo o ^4º bit pelo ^5º bit e o ^4º bit é perdido.

Handshaking de hardware:

Ele usa portas seriais específicas, ou seja, RTS e CTS para controlar o fluxo de dados.
Neste processo, o transmissor pergunta ao receptor que está pronto para receber dados, então o receptor verifica o buffer se ele está vazio; se estiver vazio, ele dará um sinal ao transmissor de que estou pronto para receber os dados.
O receptor dá o sinal ao transmissor para não enviar nenhum dado, enquanto os dados já recebidos não podem ser lidos.
Seu processo de trabalho é o mesmo descrito acima em aperto de mão.

Handshaking de software:

Neste processo, existem duas formas, ou seja, X-ON e X-OFF. Aqui, 'X' é o transmissor.
X-ON é a parte em que retoma a transmissão de dados.
X-OFF é a parte na qual ele pausa a transmissão de dados.
É usado para controlar o fluxo de dados e evitar perdas durante a transmissão.

Aplicações de comunicação RS232

A comunicação serial RS232 é usada em PCs de geração antiga para conectar dispositivos periféricos como mouse, impressoras, modem, etc.
Hoje em dia, o RS232 foi substituído pelo USB avançado.
Também é usado em máquinas PLC, máquinas CNC e servo controladores porque é muito mais barato.
Ele ainda é usado por algumas placas de microcontrolador, impressoras de recibos, sistema de ponto de venda (PoS), etc.