Die RS232-Schnittstelle history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 05.05.19 11:45:43
Diese serielle Schnittstelle nennen wir lieblos COM - dabei funktionieren auch alle der modernen seriellen Kommunikationsprotokolle (USB oder SATA) auf dessen Basis - verändert (und zwar technisch sinnvoll) wurden nur die Spannungspegel sowie die Frequenzen - diese waren aber historisch notwendig - mussten doch relativ große Sterecken für die 70er Jahre hochfrequent überbrückt werden - zum verbleibenden Wissensdefizit frage Deinen Physiklehrer, welcher Dir dazu natürlich dazu keine Auskunft erteilen kann (obwohl es in seinen Bereich fällt) ;-)
 1. Prinzip und Kommunikationsprotokoll der RS323-Schnittstelle
 2. Technisch-Physikalische Eigenschaften der RS232-Schnittstelle
 3. RS 232 - Datenübertragungsprotokolle für Mikrocotroller
 4. ???
 5. ???
 6. MAX232
 7. Verwandte Themen

Parallel-Serien sowie Serien-Parallel-Wandler

die V24-Schnitttstelle

inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-)

Wissen für Fortgeschrittene der Informatik

Informatik-Profi-Wissen

Quellen:
... und hier und so konfiguriert man ganz praktisch seine serielle RS232 - kurz COM - das steht deshalb am Anfang, weil man es am dringendsten benötigt, wenn die Kommunikation mal nicht funktioniert ;-)

... der Gerätemanger in der Systemsteuerung gibt Auskunft über Vohandensein sowie Konfiguration einer RS232 ;-)

Schnittstellen-Register öffnen

gewünschte COM-Schnittstelle öffnen

fast alles stimmt grundsätzlich für Standard-Übertragungen

Protokoll auf XON/XOFF setzen

 


1. Prinzip und Kommunikationsprotokoll der RS323-Schnittstelle history menue scroll up
Für die Kopplung des Computers mit externen Komponenten werden genormte Schnittstellen verwendet. Ihre Parameter und Besonderheiten sowie ihre galvanische Trennung beschreibt dieser zweiteilige Beitrag.
Will man den Computer mit den Informationen eines Transceivers oder eines anderen externen Geräts füttern, so muss man auf beiden Seiten genormte und identische Schnittstellen verwenden. Gleiches gilt natürlich auch für den Datentransfer.
Da aktuelle Computer die serielle Schnittstelle (COM) und den USB besitzen, benötigen die verschiedenen Geräte ein Interface, das die Computer- und Gerätepegel konvertiert. Nicht uninteressant ist dabei eine galvanische Trennung, da diese garantiert, dass keine Brummschleife auftritt.
Die Übertragung beginnt immer mit einem Startbit - also dem Signalwechsel von High auf Low. Danach werden die einzelnen Bits, beginnend mit dem niederwertigen Bit (LSB) nacheinander übertragen. Für jedes Bit ist eine genau vereinbarte Zeiteinheit vorgesehen, so dass sie der Empfänger wieder richtig zusammensetzen kann. Diese Zeiteinheit wird als Baudrate bezeichnet. Bei der S5 beträgt die Geschwindigkeit 9600 Baud. (9600 Bits pro Sekunde).

Signalverlauf für das Protokoll bei 9600 Baud

Signal-Zeitverlauf für das Protokoll bei 9600 Baud

Spannungspegel bei der Datenübertragung via COM

Kabelverbindung Computer und Endgerät

Kabelverbindung Computer und Endgerät

Die V.24-Schnittstelle

Zur Verbindung der Schnittstellenleitungen wird ein 25poliger Steckverbinder verwendet. Bei den Datensignalen wird dem Spannungspegel zwischen -3 V und -15 V der Wert 1 zugeordnet und zwischen +3 V und + 15 V der Wert 0. Im Übergangsbereich zwischen -3 V und +3 V ist der Signalzustand keinem Wert zugeordnet (Bild 2). Bei den Steuersignalen und bei den Meldesignalen bedeutet der Signalpegel zwischen -15 V und -3 V AUS und zwischen +3 V und + 15 V EIN. Die Leerlaufspannungen sind auf maximal 25 V begrenzt; die Kurzschlussströme auf 0,5 A. Der Widerstand des Spannungserzeugers muss so bemessen sein, dass bei einem Lastwiderstand von 3 kΩ bis 7 kΩ die Spannung an der Schnittstelle 5 V bis 15 V beträgt. Die Flankensteilheit der Signale ist auf 30 V/µs begrenzt. Die maximale Übertragungsrate beträgt 19,2 kbit/s = 19,2 Baud. Die Leitungslänge ist dabei auf 15 m eingeschränkt. Bei kleineren Übertragungsgeschwindigkeiten können größere Entfernungen bis über 100 m überbrückt werden. Übliche Übertragungsgeschwindigkeiten sind 110 Baud bis 19200 Baud - Standardwert für technische Kleingeräte ist 966 Baud.

Die Signale der COM

Der eigentliche Datenaustausch erfolgt über die Leitungen TxD (Transmitted Data) und RxD (Received Data). Bei den Signalen für das Hand-Shaking steht CTS für Clear to Send, RTS für Request to Send; Data Set Ready wird abgekürzt mit DSR, Data Terminal Ready mit DTR und Data Carrier Detect mit DCD. RI ist die Abkürzung für die wenig genutzte Funktion Ring Indicator. Masse wird mit SG (Signal Ground) oder GND bezeichnet. Die Kabelabschirmung ist nicht identisch damit; bei der fast nur noch verwendeten neunpoligen Verbindung liegt sie am Steckergehäuse. Diese Kontaktbelegung zeigt Bild 1. Fast immer ist auf einer Seite der lötbaren Steckverbindungen die Kontaktnummer erkennbar. Leitungen, welche Signale senden, sind auf der Computerseite TxD, RTS und DTR. Leitungen, die Signale empfangen, sind auf der Computerseite RxD, CTS, DSR und RI.
Beim Datentransfer gibt es Unterschiede in der Kontaktbelegung. Bei der Verbindung zweier Computer sendet jeder auf seiner TxD-Leitung und empfängt auf seiner RxD-Leitung, sinngemäß gilt das auch für das Hand-Shaking. Hier muss ein gekreuztes Kabel, auch bekannt als Null-Modem-Kabel, verwendet werden. Bei einem Modem ist das aber anders. Es sendet auf der RxD-Leitung des Computers, ist also die TxD-Leitung des Modems. Empfangen wird auf der TxD-Leitung (RxD des Modems). Das gilt auch für das Hand-Shaking. Somit ist ein Kabel zwischen Computer und Modem erforderlich, das nicht gekreuzt ist!
Die Geräte im Amateurfunk arbeiten, soweit bekannt, immer als Modem. Damit ist ein ungekreuztes Kabel zu verwenden. Nur sollte man jetzt auf die Steckverbindung am Transceiver achten, hier ist es meist ein Sub-D-Stecker.
Das ergibt somit ein ungekreuztes Kabel mit zwei Buchsen. Im Amateurfunk üblich sind dann von der Norm abweichende Signal- oder Kontaktbezeichnungen, wie TxD oder RxD mit Querstrich oder Suffix.
Bei einem trennenden Interface gehen die Signale ohne Änderung der Bezeichnung hindurch, es ist ja kein Endgerät. Der Ausgang entspricht dem Computer, ist also ein Stecker.

Die Signalpegel der COM

Das nebenstehende Bild zeigt die normierten Pegel der COM mit dem Standard V28, sie sind so für alle Signale zutreffend. Im Ruhezustand OFF beträgt der Signalpegel -10 bis -15 V, bei ON (Arbeitsschritt) 10...15 V Der Übergangsbereich (-3 bis 3 V) sollte in weniger als 1 ms durchfahren werden, der Quellwiderstand bei 300 Ω liegen, als Lastwiderstand werden 3...7 kΩ empfohlen.
Ein weiteres Kriterium ist das Verbindungskabel. Es sollte nach V28 nicht länger als 15 m sein für eine Transferrate von 20 kBit/s. Die Kapazitäten sollten unter 2,5 nF liegen, darunter fallen auch die parasitären Kapazitäten in einem Interface. Fehlerquellen beim Datentransfer sind fast immer ein ungeeignetes Verbindungskabel (Kapazität), eine zu hohe Belastung der Ports oder eine zu hohe Transferrate.

Die normierten Pegel einer RS-232-Schnittstelle

Serielle Computerschnittstellen sind bekannt als COM, RS-232 und V24. Hier werden, wie der Name schon sagt, die Daten bitweise nacheinander übertragen. Obertragungssicherheit gewährleisten Markierungen an Beginn und Ende jedes Bytes.
Die zweiseitige Übertragung würde in der Minimalfunktion nur drei Signalleitungen benötigen: Daten zum Endgerät (also Transceiver), Daten zum Computer und gemeinsame Masse. Zur Sicherung und Kontrolle des Datentransfers, wie zur Rückmeldung über das aktive Endgerät, dient ein so genanntes Hand-Shaking, das zwei weitere Leitungen benötigt. Damit sind es fünf.
Der große Vorteil dieser Schnittstellen ist, dass die Daten immer nur in einer Richtung übertragen werden. (Beim USB sieht das anders aus.) Diese Einbahnstraßen ermöglichen eine relativ einfache, aber wirksame galvanische Trennung.
Der Datenaustausch erfolgt zwischen einem Data Terminal Equipment (DTE) und einem Data Circuit-Terminating Equipment (DCE). Der Einfachheit halber wird nachfolgend immer vom Computer als DTE und vom Transceiver als DCE geschrieben.
Der Datenaustausch ist definiert in den ITU-Standards V24 (1964) und V28 (1972) für Obertragungsraten bis 20 000 Baud. Die ISO 2210 legt auch fest, dass auf der Computerseite immer ein neun oder 25-poliger D-Subminiaturstecker verwendet wird.
Die V28 definiert die elektrischen Parameter, wie Spannungen, Ströme, Impedanzen, Signalcharakteristika und Kapazitäten. In der US-Literatur sind obige Standards in der EIA-232D vereint.
Der Datentransfer der RS-232-Schnittstelle kann im Vollduplex erfolgen, da für jede Richtung getrennte Leitungen vorhanden sind.

Kontaktbelegung der neunpoligen D-Sub-Steckverbinder nach ISO 2210 für RS-232


2. Technisch-Physikalische Eigenschaften history menue scroll up
Die V.24-Schnittstelle ist die meist verwendete Schnittstelle zur seriellen Datenübertragung (Bild 1). Datenworte werden hierbei Bit für Bit übertragen. Beschrieben wird die Schnittstelle zwischen einer Datenendeinrichtung (DEE) und der Datenübertragungseinrichtung (DÜE). Datenendeinrichtungen sind z. B. Computer, Plotter und andere periphere Geräte. Die Datenübertragungseinrichtung ist im einfachsten Fall die Leitung zwischen zwei DEE mit den zugehörigen Steckern. Im allgemeinen ist die DÜE eine Modulations- und Demodulationseinrichtung (Modem) zur Datenübertragung in Datennetzen und Fernsprechkanälen.
Schnittstellensignale nach Bild 4

Sendedaten D1. Die binären Datensignale werden über den Leiter D1 (Bild 1, folgende Seite) übertragen wenn auf den Schnittstellenleitern S1.2, S2, M1 und M2 der Zustand EIN herrscht. Bei Übertragungspausen wird dieser Leiter im Zustand 1 (-15 V) gehalten.
Empfangsdaten D2. Empfangen werden die binären Datensignale über den Leiter D2. Dieser wird meist irr Zustand 1 gehalten, solange M5 im AUS-Zustand ist.
Betriebsbereitschaft M1. Der EIN-Zustand bestätigt, dass die DÜE an die Schnittstelle angeschlossen ist Der AUS-Zustand bedeutet, dass die DÜE nicht betriebsbereit ist und keine Datenübertragung stattfinden kann.
Sendebereitschaft M2. Der EIN-Zustand bedeutet, dass die DÜE bereit ist, Daten über D1 an die DEE senden. Wird der Leiter S2 auch verwendet, dann ist der EIN-Zustand auf dem Leiter M2 eine Folge dem EIN-Zustand des Leiters S2.

Bild 1 Datenübertragung mit V.24

Bild 2 Datenübertragung mit V.24

Bild 3 Signalpegel der V.24

Bild 4 Signale der V.24-Schnittstelle

Bild 5 Übetragung des Zeichens "M"

Bild 6 Alauf des Datenaustauschs bei ungestörtem Betrieb

Bild 7 Ablauf des Datenaustauschs bei ungestörtem Betrieb

Bild 8 Alauf des Datenaustauschs bei ungestörtem Betrieb

Bild 9 Alauf des Datenaustauschs bei ungestörtem Betrieb

Bild 10 Alauf des Datenaustauschs bei ungestörtem Betrieb

   
Die Signalumsetzung von COM auf TTL bzw. CMOS

Im Computer, im Endgerät und meist auch im Interface wird mit TTL- oder CMOS-Pegeln gearbeitet. Auch Pegel mit 3 V sind heute üblich. Also müssen die internen Signale auf die COM-Pegel gebracht werden. Bekannt hierfür sind der Schaltkreis MAX 232 und seine Verwandten. Bild unten stellt die Pinbelegung und die Pegel dar. C1 bis C5 haben fast immer 1 pF, 10 pF sollen nicht überschritten werden. Bei einigen Typen (z.B. MAX 232a und HIN 232) sind 100 nF möglich.
Wichtiger aber sind die Pegel der RS232- und der TTL-Seite. Ein kleines Beispiel zur Funktionsweise: In Ruhe liegen an R1in -10 V, der Ausgang R1out hat dabei TTL-H-Pegel (5 V). Bei einem Arbeitsschritt hat R1in nun 10 V, damit liegt aber R1out auf 0 V. Verbindet man R1out mit T1in, so führt T1out immer den Pegel, den R1out hat. So könnte man die TTL-Seite eines MAX 232 mit der TTL-Seite eines anderen MAX 232 verbinden, dann hat man auf dessen Ausgangsseite wieder RS-232-Pegel. Das ist zwar nutzlos, demonstriert aber die Funktionsweise der galvanischen Trennung einer COM-Verbindung.
Im nebenstehenden Bild  ist das Prinzip dargestellt, wobei die Pegel durch die Optokoppler nicht geändert werden dürfen. Aus diesem Bild kann man wichtige Informationen für die weitere Pegelbearbeitung und auch die galvanische Trennung entnehmen. Optische Koppler, wie der CNY 17/3, reichen für Baudraten bis 19,2 kBd aus, für höhere Raten, z.B. beim TS-480 mit maximal 115 200 Bd, sind schnelle Typen, wie der 6N 139, einzusetzen.
Zu beachten ist auch, dass bei einer galvanischen Trennung eine zweite, von der ersten getrennte Betriebsspannung verwendet werden muss.
Mit dem trennenden Bauelement kann man bei Bedarf den TTL-Pegel invertieren. So wird aus dem H-Pegel an R1out nach dem Optokoppler bei entsprechender Beschaltung ein L-Pegel. Das kann man für die Anpassung an die Pegel bei verschiedenen Amateurfunkgeräten nutzen.
Bild 4 stellt schon eine Trennung bei RS-232-Pegeln dar. So kann man ein Interface für Amateurfunkgeräte mit RS-232-Pegel bauen.

Trennung mit Optokopplern ohne Invertierung

Pegelinvertierung mit TTL-Gatternm

Kenwood zu TTL

Hierunter fallen die älteren Typen von Kenwood. Wenn diese Geräte für eine serielle Schnittstelle vorbereitet sind, dann arbeiten sie auf der Transceiver-Seite mit TTL-Pegel. Allerdings führen alle Signalleitungen im Ruhezustand ca. 0,8 V (logisch L), beim Arbeitsschritt sind es etwa 4,2 ... 4,8 V Das passt nun nicht für den MAX 232 bzw. nicht für die serielle Schnittstelle von und zum Computer, es muss invertiert werden. Hierfür genügt ein Schaltkreis 74LS04 (Bild 5). Diese einfache Variante genügt auch für Handfunkgeräte, wobei meist auch das Hand-Shaking entfallen kann.
In Bild 6 ist zu sehen, wie man die Invertierung bei gleichzeitiger galvanischer Trennung im Prinzip realisieren kann. Im Ruhezustand führt T x D/C - 10 V R1out ist damit H, der Strom durch R1 und OK1 setzt den Optokoppler in den leitenden Zustand. Durch R2 fließt Strom, damit wird R x D/T auf Masse gezogen. Bei einem Arbeitsschritt sperrt OK1, die (theoretisch) volle Spannung 5V/T liegt damit am Ausgang.
Die Sendeseite vom Transceiver (TxD/T) führt im Ruhezustand L-Pegel, OK2 ist gesperrt, 5V/C (H) liegt an T1in. Damit führt R x D/C L-Pegel.
Bei einem Arbeitsschritt leitet OK2, T1in wird an Masse gezogen (L), an R x D/C liegen damit 10 V
Nicht dargestellt sind die beiden anderen bei Kenwood notwendigen Signale RTS und CTS.

Trennung mit Optokopplern ohne Invertierung

Pegelinvertierung mit TTL-Gatternm

 

Pegelinvertierung und Trennung mit Optokopplem

Die unmittelbare Nutzung der TTL-Seite des MAX 232

 

 

3. RS 232 - Datenübertragungsprotokolle für Mikrocotroller history menue scroll up
 

RS-232-Schnittstelle


4. Paritäts- und Stelligkeitenprüfung history menue scroll up
 
 

5. Checksums - Cycling redundaced Check - kurz: CRC history menue scroll up
Es gibt verschiedene Prüfsummenverfahren. Die einfachen Verfahren laufen stets nach einem gleichen Schema ab:
Es werden Bits, Bytes oder eine andere grundlegende Komponente von Daten einer Nachricht mit einem bestimmten Faktor multipliziert und anschließend der Reihenfolge nach aufsummiert. Der sich ergebende Wert wird dann als Prüfsumme mitgespeichert oder mit übertragen. Der Empfänger der Nachricht kann aus den Daten ebenfalls eine Prüfsumme berechnen und diese mit der mit übertragenen Prüfsumme des Senders vergleichen. Sind die beiden Prüfsummen unterschiedlich, liegt ein Übertragungsfehler vor und die Nachricht muss wiederholt werden. Sind die beiden Prüfsummen identisch, ist die Nachricht mit hoher Wahrscheinlichkeit korrekt übertragen worden.
Ein einfaches Beispiel für eine Prüfsumme ist die Quersumme der Ziffern einer Zahl. Allerdings werden mit diesem Verfahren beispielsweise „Zahlendreher“, also ein häufig vorkommender Fehler in der Eingabe von numerischen Informationen durch Menschen, nicht erkannt. Diese Fehler entstehen u. a. wegen der Ausdrucksweise von Zahlen in der deutschen Sprache, bei der die Einer vor den Zehnern genannt werden. Beispiel: siebenunddreißig, sieben dann drei.
Prüfsummenverfahren, die mit einer bestimmten Gewichtung der einzelnen Summanden arbeiten, sind recht sicher gegenüber zufälligen Veränderungen, etwa Zeichenvertauschungen, -verdopplungen oder -auslassungen. Sie werden beispielsweise angewendet bei der ISBN (International Standard Book Number) und bei den EAN-Codes.

nach WIKIPEDIA

 

6. MAX232 history menue scroll up
Dieser Schalkreis ist ein ganz großer für fast alle Zwecke der seriellen Datenverarbeitung. Mit minimaler Zusatzelektronik kümmert er sich um alles, was die Signalpegel anbelangt und spielt somit bis zur Controllertechnik immer noch eine ganz entscheidende Rolle.

Pinbelegung und Signalpegel des MAX 232


7. Verwandte Themen history menue scroll up
Codewandlungen stehen in der Praxis immer dann an, wenn Gerätekomponenten eingangs- und/oder ausgangsseitig einen Wechsel des Signalmusters erwarten oder benötigen. De facto ist die Gesamtheit aller logischen Schaltungen nichts weiter als eine Codewandlung. Immer wird aus einem gleichen Input ein äquivalenter Output generiert.

USB-Schnittstelle

CAN-BUS

die CENTRONICS-Schnitttstelle

zur Geschichte der Daten Fernübertragung

OSI Referenz-Schichtenmodell

Datenübertragungsverfahren

I2C-BUS

BCD-Codes

D/A bzw. A/D-Wandlung

Parity-Generatoren

Fernschreiber

TTY-Protokoll

SATA-Schnittstelle

die Fire-Wire-Schnitttstelle

IDE-Schnittstelle

ZigBee-Protokoll

   


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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha © Frank Rost im Februar 2006

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist