Schnittstellen


 
Serielle COM-Schnittstellen

Technik der RS232/V24 Schnittstellen:
Bei einem seriellen, asynchronen Datentransfer werden die einzelnen Bits, aus denen jedes Datenbyte besteht, in folgendem Datenformat nacheinander über eine Leitung übertragen.

Zeichen "A" = 01000001

Der Ruhezustand der Übertragungsleitung, der auch mit "Mark" bezeichnet wird, entspricht dem Pegel einer logischen "1". Die zur Übertragung verwendeten Spannungs- bzw. Strompegel können Sie der Beschreibung der einzelnen Schnittstellen entnehmen. Die Übertragung eines Bytes beginnt mit einem vorangestellten Startbit, das als logische "0" gesendet wird. Anschließend werden nacheinander 5 bis 8 Datenbit, beginnend mit dem niederwertigsten (LSB) Bit, ausgegeben. Dem letzten Datenbit kann ein Paritätsbit folgen, das zur Erkennung von Übertragungsfehlern dient. Das Paritätsbit bewirkt, daß bei gerader ("EVEN") Parität immer eine gerade bzw. bei ungerader ("ODD") Parität eine ungerade Anzahl von "1"-Bits übertragen wird. Das Ende des Zeichens wird wahlweise durch 1 oder 2 Stopbit gebildet. Alle Bits werden sequentiell mit Geschwindigkeiten von 50..115200 Baud gesendet. Zur Vermeidung von Datenverlusten muß der Empfänger die Datenübertragung anhalten können, wenn keine weiteren Daten mehr verarbeitet werden können. Dieses sogenannte Handshake kann auf zwei Arten realisiert werden.

Hardware-Handshake:
Der Empfänger steuert über Steuer-Leitungen die Handshake-Eingänge CTS und/oder DSR des Senders mit seinem Handshake-Ausgang DTR oder RTS.

Software-Handshake:
Der Empfänger sendet zur Steuerung des Datenflusses spezielle Zeichen an den Sender (z.B. XON/XOFF).

RS232
Die Norm RS232 beschreibt die serielle Verbindung zwischen einem Datenendgerät (DTE) und einer Daten-Übertragungseinrichtung (DCE) mit ihren elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Obwohl die Norm lediglich diesen Verbindungstyp definiert, hat sich die RS232-Schnittstelle als genereller Standard für serielle Datenübertragungen über kurze Distanzen etabliert. DTE und DCE unterscheiden sich grundsätzlich in der Belegung ihrer Steckverbinder. PCs, Drucker, Plotter oder der Main Port eines Terminals sind mit einer DTE-Belegung ausgestattet, während Modems und Drucker-Ports von Terminals DCE-Belegungen aufweisen. Eine Sonderstellung nehmen einige Plottertypen ein, die sowohl mit einer DCE- als auch mit einer DTE-Schnittstelle ausgerüstet sind. Die RS232-Norm definiert als Standard-Steckverbindung einen 25 pol. SUB-D-Stecker.

Die erzielbare Entfernung zwischen zwei RS232-Geräten ist wie bei allen seriellen Übertragungsverfahren vom verwendeten Kabel und der Baudrate abhängig. Als Richtmaß sollte bei einer Übertragungsrate von 9600 Baud eine Distanz von 15 bis 30 Metern nicht überschritten werden. RS232-Schnittstellen besitzen eine Vielzahl von Handshake-Leitungen, die jedoch in Ihrer Gesamtheit lediglich zur Verbindung eines Modems mit einem Datenendgerät benötigt werden. Der weitaus häufigere Fall der Verbindung zweier Datenendgeräte miteinander läßt sich in der Regel mit einer reduzierten Anzahl von Handshake-Leitungen ohne Probleme realisieren. Nicht benötigte Handshake-Eingänge werden einfach durch Verbindung mit den eigenen Handshake-Ausgängen auf Freigabepegel gelegt.

Im Gegensatz zur RS232 arbeitet die RS423 jedoch lediglich mit Ausgangspegeln von +/- 4..6 Volt, während die Empfängerbausteine, die baugleich mit RS422-Empfängern sind, noch Pegel von +/- 200mV als gültiges Signal erkennen müssen. Die RS423 ist zur Übertragung von Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 kBaud und über eine Entfernung von bis zu 1200 Metern geeignet.Maximal 10 Empfänger dürfen gleichzeitig mit einem Sender verbunden werden.RS423 Schnittstellen sind in der Praxis eher selten anzutreffen, da die mit gleichem Aufwand verbundene RS422-Schnittstelle gegenüber RS423 Verbindungen den Vorteil der deutlich höheren Übertragungssicherheit bietet.

RS485
Die RS485-Schnittstelle stellt eine Erweiterung der RS422-Definition dar. Während die RS422 lediglich den unidirektionalen Anschluß von bis zu 10 Empfängern an einen Sendebaustein zuläßt, ist die RS485 als bidirektionales Bussystem mit bis zu 32 Teilnehmern konzipiert. Physikalisch unterscheiden sich beide Schnittstellen nur unwesentlich.

Da mehrere Sender auf einer gemeinsamen Leitung arbeiten, muß durch ein Protokoll sichergestellt werden, daß zu jedem Zeitpunkt maximal ein Datensender aktiv ist. Alle anderen Sender müssen sich zu dieser Zeit in hochohmigem Zustand befinden. Die Aktivierung der Senderbausteine kann durch Schalten einer Handshake-Leitung oder datenflußgesteuert, automatisch erfolgen. Eine Terminierung des Kabels ist bei RS422-Leitungen nur bei hohen Baudraten und großen Kabellängen, bei RS485-Verbindungen dagegen grundsätzlich nötig. Obwohl für große Entfernungen bestimmt, zwischen denen Potentialverschiebungen unvermeidbar sind, schreibt die Norm für keine der beiden Schnittstellen eine galvanische Trennung vor. Da die Empfängerbausteine empfindlich auf Verschiebung des Massepotentials reagieren, ist für zuverlässige Installationen eine galvanische Trennung unbedingt empfehlenswert. Bei der Installation muß auf korrekte Polung der Aderpaare geachtet werden, da eine falsche Polung zur Invertierung der Daten- und Handshake-Signale führt.

RS422
RS422- und RS485-Schnittstellen sind für die serielle Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über große Entfernungen entwickelt worden und finden im industriellen Bereich zunehmend Verbreitung. Die seriellen Daten werden ohne Massebezug als Spannungsdifferenz zwischen zwei korrespondierenden Leitungen übertragen. Für jedes zu übertragende Signal existiert ein Aderpaar, das aus einer invertierten und einer nicht invertierten Signalleitung besteht. Die invertierte Leitung wird in der Regel durch den Index "A" oder "-" gekennzeichnet, während die nicht invertierte Leitung mit "B" oder "+" bezeichnet wird.

Der Empfänger wertet lediglich die Differenz zwischen beiden Leitungen aus, so daß Gleichtakt-Störungen auf der Übertragungsleitung nicht zu einer Verfälschung des Nutzsignals führen. Durch die Verwendung von abgeschirmtem, paarig verseiltem Level-5-Kabel lassen sich Datenübertragungen über Distanzen von bis zu 1200 Metern bei einer Geschwindigkeit von bis zu 100.000 Baud realisieren. RS422-Sender stellen unter Last Ausgangspegel von +/- 2Volt zwischen den beiden Ausgängen zur Verfügung; die Empfängerbausteine erkennen Pegel von +/- 200mV noch als gültiges Signal.

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