Schnittstellen

 
Themen:
RS422, RS485, RS232, USB, TTY...
 
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Begriffe und Erläuterungen zu PC-Schnittstellen

RS-422:
Dieser serielle Hochgeschwindigkeits-Standard dient zur Kommunikation zwischen max. 10 (nicht 32!) Teilnehmer und ist Bus-förmig ausgerichtet. Es können bis zu vier Differential-Datenleitungen (Spannungshysterese > 200mV) verwendet werden, die jeweils paarig (+/-) ausgelegt sind (also max. 8 Kupferdrähte). Es werden immer zwei Sendeleitungen und zwei Empfangsleitungen, die jeweils im Gegentakt angesteuert werden, benötigt. Auf diesen Leitungen wird eine logische '1' durch eine 5V-Spannung auf der oberen Leitung (TX+ bzw. RX+) und 0V auf der unteren Leitung (TX- bzw. RX-) dargestellt, eine log. '0' umgekehrt. Danke moderner, symmetrischer Leitungstreiber und kapazitäts- bzw. dämpfungsarmen, paarig verseiltem (twisted pair)-Kabel, konnte die Entfernung zwischen zwei Endgeräten wesendlich erhöht werden: Die maximale Datenübertragungsrate beträgt 1 MBit/s, üblich sind jedoch Baudraten von 19,6...115 kBd. Eine Terminierung des Kabels ist bei RS422-Verbindungen nur bei hohen Baudraten >200 kBd und großen Kabellängen erforderlich (bsp. 120-OHM Widerstände in Parallelschaltung). Niederohmige Endwiderstände beugen somit zur Reflektionsunterdrückung bei und reduzieren erheblich den Störpegel. Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung existiert nicht. Die asymmetrische RS423 ist als Nachfolger der RS232-Schnittstelle gedacht, die mit den gleichen Geschwindigkeits- bzw. Entfernungswerten wie die RS422 aufwartet. Es gilt besonders darauf zu achten, daß bei der Verbindung zu anderen Geräten, immer das in der Dokumentation aufgeführte Pin-out ausschlaggebend ist.

RS-422 zu RS-422 Verbindung
Die RS-422 Verkabelung verwendet in der Regel differentielle Signale statt der GND-bezogenen RS-232 Pegel. Als Konsequenz wird die jeweils einzelne Leitung für Transmit (Receive) durch zwei Leitungen ersetzt. Diese werden mit A (oder minus) bzw. B (oder plus) bezeichnet. Für den Wert (0 oder 1) ist nur entscheidend, welche der beiden Leitungen die höhere Spannung führt. Im Ruhezustand führt B eine positive Spannung gegenüber A. Ein Verbindungskabel für RS-232 verbindet den Transmit-Ausgang des einen Gerätes mit dem Receive-Eingang des jeweils anderen Gerätes. Bei RS-422 müssen dazu je zwei Leitungen gezogen werden. Der Anschluß Transmit A gehört an Receive A, Transmit B gehört an Receive B. Entsprechendes gilt für die Gegenrichtung. Die gemeinsame Masse muß ebenfalls verbunden werden. Diese Verkabelung entspricht der klassischen drei Draht Verbindung für RS-232. Die meisten externen Konverter von RS-422 <-> RS-232 bieten aus Platzgründen keine weiteren Anschlüsse. In diesem Fall kann dann nur XON/XOFF genutzt werden. Wenn Hardware-Handshakes (RTS/CTS) auf beiden Seiten zur Verfügung stehen, dann müssen noch jeweils vier Verbindungen gezogen werden: Jeweils zwei zwischen RTS A/B und CTS A/B. Die Datenübertragung von RS422-Geräten zeichnet sich durch eine Punkt-zu-Punkt Verbindung aus, wobei kein RX/TX-Enable-Signal die Datenrichtung wie bei RS485 umschaltet.

RS-485:
Die Leitungen dieser Industrie-Bus-Schnittstelle werden wie bei RS-422 im Gegentakt betrieben; es werden jedoch i.d.R. nur zwei Leitungen benötigt, die halbduplex angesteuert werden. Der Vorteil der 2-Draht-Technik liegt hautpsächlich in der Multimaster-Fähigkeit: Jeder Teilnehmer kann prinzipiell mit jedem anderen Teilnehmer Daten austauschen. Physikalisch unterscheiden sich beide Schnittstellen nur geringfügig. Ein RS485-Bus kann sowohl als 2-Draht- als auch als 4-Draht-System aufgebaut werden (mit Handshake, oder ohne). Außerdem ermöglicht RS-485 mit Hilfe eines Protokolls, Anschluß mehrerer Sender und Empfänger (bis zu 32 Teilnehmer). Die ISO-Norm 8482 sieht eine maximale Kabellänge von 500 Metern vor. Danke moderner, symmetrischer Leitungstreiber und kapazitäts- bzw. dämpfungsarmen, paarig verseiltem (twisted pair)-Kabel, konnte die Entfernung zwischen zwei Endgeräten wesendlich erhöht werden: RS-485 unterstützt heutzutage somit Kabellängen von bis zu 1.2 km und Datenübertragungsraten bis zu 1MBit/s (abhängig vom jeweiligen seriellen Controller, siehe technische Daten der Karten und Module). Aufgrund der großen Übertragungslänge von über 1 km kann zwischen der Betriebserde des Daten-Senders und des Empfängers eine grosse Potentialdifferenz auftreten. Damit Potentialdifferenzen keinen Einfluss auf die Schaltungen bzw. Endgeräte ausüben können, ist lt. DIN-Norm 66348 eine galvanische Trennung der Schnittstelle vom Rest der Schaltung (z.B. durch schnelle Daten-Optokoppler) zwingend vorgeschrieben. Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung existiert nicht. Es gilt besonders darauf zu achten, daß bei der Verbindung zu anderen Geräten, immer das in der Dokumentation aufgeführte Pinout ausschlaggebend ist. Im Gegensatz zu RS422 wird die RS485-Kommunikation mit einem Richtungssignal zwangsgesteuert (TX-enable), um den Sender auf die jeweilige Datenleitung freizuschalten. Es gibt Schnittstellen und Konverter, die dieses Signal automatisch steuern, wenn Daten übertragen werden. Bei älteren Konvertern wird dieses TX-Steuersignal durch ein Handshake-bit manuell umgeschaltet, was die jeweilige Software unterstützen muss.

Informationen zur RS422/RS485 Schaltungstechnik
 

TTY:
Bei dieser asymetrischen Signalverbindung wird die Datenübertragung, im Gegensatz zur RS232, nicht Spannungsgesteuert, sondern mit einem eingeprägtem Linienstrom (typ. 20 mA) betrieben. Dadurch wirkt sich der Längs-Spannungsverlust auf der Datenleitung nicht wesendlich aus, so daß hier Kabellängen von bis zu einigen 100 m verwendet werden können. Das Datensignal wird (ähnlich wie bei RS-422) im Gegentakt-Betrieb übertragen, wodurch sich Störsignale und Überkopplungen nur gering bemerkbar machen. Deshalb kann mit wesendlich kleineren Signalamplituden gearbeitet werden (z.B. 3..5 V), üblich ist jedoch eine Bürde bis 12..30 Volt, in manchen Fällen sogar bis zu 60 Volt. Die Auskopplung der Nutzsignale aus der Stromschleife wird in der Regel über schnelle, stromgekoppelte Daten-Optokoppler vorgenommen. Dies gewährleistet in den meisten Applikationen eine galvanische Trennung zwischen den verbundenen Geräten, so daß über TTY-Schnittstellen ohne weitere Schutzmaßnahmen in der Regel eine isolierte Datenübertragung über eine große Distanz möglich ist. Der Vorteil der relativ sicheren Übertragung wird bei der dieser Schnittstelle jedoch mit vergleichsweise niedrigen Datenraten erkauft. Die maximale Datenübertragungsrate beträgt 115 kBd, üblich sind jedoch nur 9,6 kBd oder 19,6 kBd. Die maximale Entfernung wird mit 1 km bei 2400 Bd angegeben. Durch entsprechende Tricks, wie Kabelkompensationen, kann die Baudrate teilweise, je nach Beschaffenheit der Leitung (bsp. Abschirmung, kapazitätsarmes Kabel, geringes Übersprechen...) und der Empfängerempfindlichkeit auf der Gengenüberseite noch erhöht werden. Die 20mA- bzw. Current-Loop-Schnittstelle überträgt die Daten, indem in einer Leitungsschleife ein 20mA-Strom im Takt der Datenbits ein- und ausgeschaltet wird. Im Ruhezustand bzw. während der Übertragung von "1"-Bits fließt ein konstanter Strom von 20 mA, während "0"-Bits durch einen unterbrochenen Stromfluss gekennzeichnet sind. Innerhalb jeder Stromschleife darf lediglich ein angeschlossenes Gerät den erforderlichen Schleifenstrom von 20 mA liefern. Dieses Gerät bezeichnet man als aktiv, das andere als passiv. Die Stromschnittstelle, auch unter dem Namen Linienstrom-, 20 mA-, Current-Loop- oder TTY-Schnittstelle bekannt, ist nicht genormt. Sie hat sich aber Weltweit durchgesetzt. In der DIN 66258 Teil 1 (Entwurf) "Schnittstellen und Steuerungsverfahren für die Datenübermittlung für klinisch-chemischen Bereich" ist die Schnittstelle näher beschrieben. Der Name "TTY-Schnittstelle" wurde ihr nach ihrem ersten Anwendungsgebiet vergeben: Sie wurde früher für den Betrieb von Fernschreibern (TeleTYpes) und für den Morse-Funkverkehr sowie RTTY (Radio-Amateur-Funkfernschreiben) genutzt. Heute hingegen, wird die TTY-Schnittstelle nahezu ausschließlich für den Datenverkehr zur Programmierung bzw. Kopplung von SPS (bsp. Siemens Simatic S5), elektronischen Waagen, industieellen Großanzeige- Displays und Protokolldruckern verwendet, die möglichst lange, ausfallsichere und isolierte Verbindungen nach industriellen Maßstäben vorraussetzen. Eine einheitliche Belegung der Anschlussverkabelung existiert nicht. Es gilt besonders darauf zu achten, daß bei der Verbindung zu anderen Geräten, immer das in der Dokumentation aufgeführte Pin-out ausschlaggebend ist.


Beispiel zur Anschaltung:
links beide Ports aktiv <> rechts beide Ports passiv

Hier nochmal eine Zusammenfassung: 
Ein Port hat bei TTY immer je ein PLUS und MINUS Anschluss. Dieser Port kann PASSIV oder AKTIV geschaltet sein. Bei der Beschaltung muss immer die richtige Polarität mit beachtet werden. Anode bzw. Kollektor immer auf PLUS, Kathode bzw. Emitter immer auf MINUS. (Achtung bei Reihenschaltung). Ist ein Port an Gerät Nr. 1 AKTIV geschaltet, muss der gegenüberliegende Port an Gerät Nr. 2 PASSIV sein. Ist der Port an Gerät Nr. 1 PASSIV geschaltet, muss der gegenüberliegende Port an Gerät Nr. 2 AKTIV sein. Der SENDE-PORT wird dazu immer auf einen EMPFANGS-PORT verschaltet. Der EMPFANGS-PORT wird umgekehrt immer auf einen SENDE-PORT verschaltet. Das AKTIV-schalten wird i.d.R. mit der zusätzlichen Verdrahtung einer Stromquelle (20mA Bürde) vollzogen (bei unseren Produkten wird das mit umstecken von Jumpern erreicht).

Was bei TTY nicht geht: 
- PASSIV auf PASSIV oder AKTIV auf AKTIV 
- SENDER auf SENDER oder EMPFÄNGER auf EMPFÄNGER 
- oder mehrere Stromquellen in REIHE bzw. PARALLEL-Schaltung 
 

USB:
Die Abkürzung USB steht für „Universal Serial Bus“ und ist ein relativ neues Bus-System, das 1995 durch ein Konsortium von führenden Unternehmen der Computerbranche in Zusammenarbeit mit INTEL entwickelt wurde. Jeder neue PC und jedes Notebook verfügen inzwischen über eine oder mehrere USB-Schnittstellen. Aber warum weicht man auf USB aus? Gründe gibt es viele: Neben der großen Marktverbreitung spricht vor allem die simple Installation und Handhabung dafür. Die Vorteile von USB sind trotz schwabbeligem Verbindungsstecker (meine eigene Meinung) und einer relativ bescheidenen Datenrate von nur 12 Mbit/s. jedem Anwender weitläufig bekannt: Hot plugging, Plug&Play sowie der Verzicht auf weitere I/O, DMA und Interrupt-Kanäle (die ohnehin in jedem PC immer zu knapp bemessen sind), ist zudem die Installation auf USB-tauglichen Windows-Plattformen ab Windows 95 (OSR2.1/Rev.B) extrem einfach. USB-Geräte steckt man einfach während des Betriebs ein. Sofortiger Einsatz ist möglich, ein nerviger Reboot entfällt. Auch die Zahl der maximal möglichen Peripheriegeräte ist groß: 127 USB-Geräte wird so schnell wohl kein User ausreizen. Und oft viel wichtiger: USB-Geräte vermeiden Ressourcenkonflikte. Der Controller im PC benutzt zwar generell einen Interrupt und 32 I/O-Ports, doch die angeschossenen USB-Geräte belegen (unabhängig von Typ und Anzahl) keine weiteren System-Ressourcen. Die Stromversorgung von bis zu 500 mA je USB-Port wird auch gleich mitgeliefert und erlaubt somit eine Vielfalt an Funktionen und Anwendungsmöglichkeiten zur Erweiterung von Schnittstellen, Norm.-/Pegel-Konvertern und anderen I/O-Modulen. Durch die Kaskadierung von USB-Hubs lässt sich, wie bei Netzwerken, eine baumförmige Struktur erzielen. Die max. Kabellänge eines Kabelsegmentes zwischen Hub-Port und einem daran angeschlossenen Endgerät darf maximal 5 Meter betragen. Die Daten werden als Differenz-Signal mit einer Geschwindigkeit von 12Mbit/s oder 1,5Mbit/s über das Adernpaar D+/D- übertragen. Beide Bitraten können in einem Bus-System auch mehrfach gemischt verwendet werden.


Bild: USB-Kabel, links A-Stecker, rechts B-Stecker

RS-232:
Asynchron: Die RS232c ist eine häufig verwendete Schnittstelle und auch unter der Bezeichnung V.24 bekannt. Dieser Schnittstellenstandard ist üblicherweise für zwei Kommunikationsgeräte konzipiert, die beide je eine Datenquelle (TX) und eine Datensenke (RX) besitzen können. Zur bidirektionalen Datenübertragung werden mindestens drei Leitungen benötigt, eine Sendeleitung (TXD), eine Empfangsleitung (RXD) und eine gemeinsame Bezugsleitung Masse (Ground). Die Signale der RS-232 sind bipolar ausgelegt. Eine logische '0' wird durch eine Spannung von +12 Volt, eine logische '1' durch -12 V dargestellt. Das Signal-Störverhältnis ist damit wesentlich größer als das z.B. bei einer parallelen 5 Volt Daten-Schnittstelle (Bsp. LPT-Centronics). Dies ermöglicht eine Übertragung über relativ große Entfernungen ohne größere Störungen. Kabellängen bei hohen Baudraten (>19.6 kB/s) über 20m sind jedoch nicht zu empfehlen. Für den Datenverkehr synchronisieren sich Sender und Empfänger bei der asynchronen Übertragung für jedes einzelne Zeichen neu. Vor jedem Zeichentransfer liegt auf der Übertragungsleitung das Signal auf High-Pegel (H). Soll nun ein Zeichen übertragen werden, so wird dies dem Empfänger vom Sender durch ein Startbit angezeigt, indem für einen Taktzyklus das Signal auf Low (L) gelegt wird. Damit sind Sender und Empfänger für dieses Zeichen synchronisiert. Danach folgen die einzelnen Bits des Zeichens, wahlweise 5 bis 8 Daten, Paritätsbit, sowie 1, 1½ oder 2 Stopbit(s). Anhand der Stopbits erkennt der Empfänger das Ende des Zeichens, damit dient das Stopbit ebenfalls der Zeichensynchronisation. Sender und Empfänger müssen sich zuvor auf die Anzahl der Stopbits, der Datenbits, der Berechnung der Paritätsbits und auf die Frequenz des Übertragungstaktes (Baudrate) verständigen. Diese Parameter werden zumeist einmal in den Schnittstellen einprogrammiert und bleiben für die gesamte Kommunikation unverändert. Für den Halbduplex- oder Simplex- Betriebsmodus sind nur zwei Leitungen für die serielle Datenübertragung notwendig, die Übertragungsleitung und eine Masseleitung. Für den Vollduplex- Modus sind es entsprechend doppelt so viele Leitungen. Falls eine gemeinsame Masseleitung benutzt wird, werden nur drei Leitungen benötigt. Die maximale Entfernung zwischen RS232-Geräten ist wie bei allen seriellen Übertragungsverfahren stark vom verwendeten Kabel und der Baudrate abhängig. Lt. EIA-Norm definiert die RS232C die maximale Entfernung mit 15 Metern. Bei Verwendung von kapazitätsarmen Kabel, kann die maximale Distanz bis zu 50 Metern betragen. Je länger ein Kabel ist, umso größer gilt die Problematik der Potentialdifferenz zwischen beiden Endpunkten. Mit wachsenden Kabellängen sowie in industriellem Umfeld sollte grundsätzlich eine galvanische Trennung eingesetzt werden, damit unliebsame Störungen vermieden werden. Die Schnittstellenpegel liegen normalerweise bei +/-12 Volt. Die Ausgangsspannung variiert je nach Last um +/-3 Volt und sollte keinesfalls unter 9 Volt zum Einsatz kommen.

9 pol. RS232 Pinbelegung am PC

25 polig 
Sub-D
9 polig 
Sub-D
Bezeichnung
Signalbeschreibung
1
-
Shield
Schirmleitung vom Kabel
2
3
Transmit (TxD)
Sende-Daten vom PC zu Modem
3
2
Receive (RxD)
Empfangs-Daten von Modem zu PC
4
7
Request To Send (RTS) 
PC zeigt an, daß er senden möchte
5
8
Clear To Send (CTS) 
Modem zeigt an, daß PC senden darf
6
6
Data Set Ready (DSR)
Modem signalisiert, daß es bereit ist
7
5
Signal Ground
GND Null-Bezugspunkt
8
1
Data Carrier Detect (DCD) 
Daten können empfangen werden
20
4
Data Terminal Ready (DTR) 
PC ist betriebsbereit
22
9
Ring Indicator (RI)
Klingelzeichen

RS232 Synchron:
Das synchrone Verfahren ist im Prinzip eine Optimierung des asynchronen Verfahrens. Bei der synchronen Übertragung fügt man zur Synchronisation eine bestimmte Bitfolge (Synchronwort) ein, die sonst nicht auftreten kann. Auf diese Weise kann der Empfänger den Beginn eines Datenblockes erkennen. Wenn keine Daten vorliegen, werden nur Synchronworte gesendet. Auf diese Weise kann sich der Taktgenerator im Empfänger immer auf das ankommende Signal synchronisieren.

Volle Belegung einer RS232-Schnittstelle:

RS232C - Pin Ein/Ausgang Signal Name  EIA - Name CCITT - V24 RJ45 - Pin






1 E/A GND Shield Ground (protective) AA
2 A TxD Transmitted Data BA 103 6
3 E RxD Received Data BB 104 5
4 A RTS Request To Send CA 105 8
5 E CTS Clear To Send CB 106 7
6 E DSR/DCE Data Set Ready CC 107 1
7 EA Signal Ground (common) AB 102 4
8 E DCD Received Line Signal Detector CF 109 2
9...11 = frei E/A Pin 9 und 10 teilweise für Testzwecke - - -
12 E Secondary Received Line
Signal Detector
SCF/CI 122/112
13 E Secondary Clear To Send SCB 121
14 A Secondary Transmitted Data SBA 118
15 E Transmitter Signal Element Timing DB 114
16 E Secondary Received Data SBB 119
17 E Receiver Signal Element Timing DD 115
18 E/A Local Loopback / Quality Detector LL 141
19 A Secondary Request To Send SCA 120
20
20
A DTE Connect Data to line oder
DTR Data Terminal Ready

CD
108.1
108.2
3
21 E Remote Loopback RL/CG 140/110
22 E RI Ring Indicator CE 125 1
23 A Data Signal Rate Select CH/CI 111/112
24 A Transmit Signal Element Timing DA 113
25 E/A Test Mode, teilweise nicht belegt TM 142

Serielle Datenübertragung allgemein:
Bei der seriellen Datenübertragung sind nur wenige Leitungen erforderlich, da die Einzel-bits jedes Datenwortes zeitlich nacheinander (seriell) übertragen werden. Es muss jedoch zuvor eine Umwandlung paralleler Daten in einen seriellen Bit-Strom vorgenommen werden, was einen höheren Schaltungsaufwand (UART) erfordert. Die Übertragungszeit ist abhängig von der Anzahl der verwendeten Daten-bits und von der Geschwindigkeit, mit der sie zum Empfänger übertragen werden (Baudrate).

ASCII:
Diese Abkürzung steht für "American Standard Code for Information Interchange". Es handelt sich um einen international gebräuchlichen Normcode für den Datenaustausch, insbesonders zwischen seriellen Schnittstellen. Der min. 127 byte grosse Zeichen-Code legt fest, dass Buchstaben, Zahlen, Satz- und Sonderzeichen unseres Alphabets nach einem genauen System (ASCII-Zeichen) gegliedert sind. Damit ist sichergestellt, dass auf jedem Computer und mit Text-Programmen die Zeichen immer nach dem gleichen Schema kodiert (7 oder 8 bit = 0...127 oder 0...255) sind und so immer auf die gleiche Art dargestellt (dekodiert) werden können. Der erweiterte ASCII-Zeichensatz umfasst 256 Zeichen (8-bit Code) und wird auch als IBM-Zeichensatz bezeichnet.

Datenquelle, Datensenke:
Eine Datenquelle bzw. Datensenke ist im allgemeinen eine Datenendeinheit (DEE), z.B. hier ein PC, der Daten verschickt bzw. empfängt. Die Laufrichtung von Daten ist stets von der Quelle zur Senke zu sehen. Eine Quelle bietet i.d.R. eine Spannung/Strom an, eine Senke fordert eine Spannung/Strom.

Vollduplex:
Möglichkeit zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von Daten. Die Daten werden dazu getrennt übertragen. Optionale Empfangspuffer helfen oft, dass schnelle Zeichenfolgen fehlerfrei und ohne Unterbrechung mitgelesen werden können.

Halbduplex:
Abwechselnde Sende- und Empfangsmöglichkeit auf einer Leitung (i.d.R. gemultiplext durch geeignete Protokolle).

Handshake:
Zur Vermeidung von Datenverlusten muß der Empfänger die Datenübertragung anhalten können, wenn keine weiteren Daten mehr verarbeitet werden können.

Hardware-Handshake:
Engl. für "Händeschütteln". Der Empfänger steuert über Steuerleitungen 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).

Simplex:
Kleinste Form einer Übertragung: Nur Senden oder nur Empfangen in eine Richtung.

Gegentakt-Betrieb:
Beim Gegentakt-Übertragungsverfahren wird eine Leitung mit dem zu übertragenden Signal, die zweite Leitung mit dem invertierten Signal gespeist (symmetrische Leitung). Am Leitungsende wird die Differenz beider Signalamplituden abgegriffen. Dadurch heben sich Gleichtaktstörungen wie z.B. Nebensprechen, externe Störeinkopplungen und zum Teil Rauschen auf, so daß diese sich auf die Signalübertragung kaum auswirken.

Daten-Zugehörigkeit und Spannungs-Pegel:
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. Bei den RS232-Steuerleitungen DCD, DTR, DSR, RTS, CTS und RI wird der inaktive Zustand durch einen Spannungspegel von -15...-3 V dargestellt, der aktive Zustand dagegen durch +3...+15 V. Bei den Datenleitungen RxD und TxD ist die Spannungslage invertiert; sie liegen im Ruhezustand auf negativem Spannungspegel. Schwellspannungswerte unterhalb ±3 Volt werden als "not valid" bezeichnet, da hierbei keine eindeutige Zuordnung mehr gewährleistet ist. Üblicherweise werden am RS232 COM-Port eines Rechners im unbelasteten Zustand etwa ±11 Volt Spannungshub gemessen, bei Laptops oder Notebooks der neuen Gerneration leider oft weniger, was jedoch zu Problemen führen kann, wenn die nachgeschaltete Hardware einen Spannungshub von min ±9...10 Volt benötigt. Bei kleineren self-powered-Schaltungen, die ihre Spannungsversorgung direkt aus der RS232 Schnittstelle entnehmen, kann das ebenfalls zu Problemen führen, da die Pegel der COM-Schnittstelle von Laptops bzw. Notebooks schneller zusammenbrechen als bei herkömmlichen PCs. Alle Ein- und Ausgänge sind normalerweise kurzschlußfest, jedoch nicht gegen Überspannungen oder ESD abgesichert. Hohe Eingangsspannungen > ±15 Volt können die Eingangstreiber der COM-Ports möglicherweise stark beschädigen.

Port:
E/A-Bezeichnung fur die Ein- und Ausgänge für Hardware-Geräte an einem Computer (bsp. COM-Port, LPT-Port...). Es sind jene Buchsen und Stecker, an denen die Verbindungskabel angeschlossen werden. Zudem versteht man unter Ports auch Protokollzugangsnummern, die über ein Netzwerk verschickte Daten automatisch an eine bestimmte Anwendung weiterleiten.

Parität:
In einem seriellen Datenstrom kann dem letzten Datenbit ein Paritätsbit folgen, dass 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. Ein "intelligenter" Empfänger kann durch überprüfen der checksum das bit mit der restlichen Information vergleichen und beispielsweise bei falscher Übertragung eine neue Datenübertragung anfordern. Dazu bedient man sich oftmals einer zuvor festgelegten Paketgrösse, damit nicht der gesamte Text übermittelt werden muss. Netzwerke nutzen dieses Verfahren ebenfalls.

Stopbit:
Das "Schlusslicht" eines zu übertragenden, seriellen Zeichens wird wahlweise durch "1", "1.5" oder "2" Stopbit gebildet, die der vorangegangenen Information einfach angehängt wird. Damit wird dem Empfänger mitgeteilt, dass die Übertragung des Zeichens beendet ist. Bei der seriellen Umsetzung von USB-Schnittstellen nach RS232 u.a. werden oftmals nur die Stopbits "1" oder "2" verwendet.

bps oder bit/s:
engl. bit-per-second = bit pro sekunde. Ist mit Baud nur dann identisch, wenn ein Signal einem Bit entspricht.

bit:
Ein bit ist die kleinste, digitale Einheit mit der ein Computer "rechnen" kann. Die Einheit entspricht entweder logisch "0" oder "1". Ein Byte entspricht üblicherweise einem Datum von 8 bit, kann aber auch je nach Verwendung ein vielfaches von 2 sein. Die Namensgebung setzt aus den Begriffen "Binary" (Binär) und "Digit" (Ziffer) zusammen.

binär:
Das binäre Zahlensystem benutzt im Gegensatz zum bekannten Dezimalsystem (Zahlen von 0 bis 9) nur die Werte 1 und 0 (bzw. die Zustände "Ja" oder "Nein", "ON" oder "OFF"). Es ist die Grundlage digitaler Datenübermittlung und wird auch "duales System" genannt.

cps:
engl. character-per-second = Zeichen/Sekunde. Beispiel: 1 Zeichen = 8 Datenbits, + 1 Startbit + 1 Stopbit / 1 cps entspricht 10 bps.

Baudrate:
Die Baudrate gibt die Übertragungsgeschwindigkeit an, mit der die Daten vom Sender zum Empfänger übermittelt werden. Die Angabe lautet Baud kurz: Bd, hat ihren Ursprung bei der Übertragung von Fernschreiberdaten (Teletype) mittels Draht oder Funk und wird u.a. auch heute noch bei modernen IrDa-Infrarot-Systemen verwendet. Die Übertragungsart wurde in der CCITT-Norm weltweit festgelegt, nach der auch Nachrichtendienste und Funkamateure ihre RTTY-Signale über viele Jahrzehnte hinweg per Funk übertrugen. Der Code wurde darmals von Maurice-Emile Baudot (1845-1903), einem französischen Telegrafentechniker, 1874 zum Patent angemeldet. Zur Berechnung der Übertragunggeschwindigkeit gibt man den Reziprokwert (Kehrwert) der Schrittdauer eines Zeichens an. Da sich ein Zeichen bei der asymetrischen Modulation im Start-Stop Betrieb aus 7,5 (5-bit + 1 Start + 1,5 Stop) bzw. 10,5 (8-bit + 1 Start + 1,5 Stop) oder 11 (8bit + 1 Start + 2 Stop) Schritten zusammensetzt, lässt sich die Zeichengeschwindigkeit pro Minute wie folgt bestimmen:

Vm =  (60 * v / 7,5)   bzw.  Vm =  (60 * v / 11)

Die jeweils angegebene Schrittgeschwindigkeit bezieht sich allein auf die Form bzw. Dauer eines Zeichens. Sie sagt bei der asymetrischen Modulation nichts über die Folgegeschwindigkeit der Informationen aus. Typischerweise werden alle Bits sequentiell mit Geschwindigkeiten von 50...115200 Baud gesendet.




Weitere Schnittstellen-Infos unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/RS232
http://de.wikipedia.org/wiki/RS422
http://de.wikipedia.org/wiki/RS423
http://de.wikipedia.org/wiki/RS485
http://de.wikipedia.org/wiki/Serielle_Schnittstelle
...

Interessante Literatur zur seriellen Kommunikation finden Sie unter:

Zur Vorlage der Erläuterungen dienten u.a. Informationen
der Firma Wiesemann & Theis, sowie der Literatur:
PC-Schnittstellen (Franzis Verlag),
und Computerschnittstellen und Bussysteme (Hüthig Verlag)


Noch mehr zu USB:

Wer mit USB experimentieren möchte oder Hintergrundinformationen benötigt,
wird bei Herrn Kainka fündig: http://www.b-kainka.de/usb.htm

Die engl. USB-Spezifikation 1.1 finden Sie hier: http://www.intel.com

Internationale und auskunftreiche USB-Webseiten finden Sie hier:
http://www.usbnews.com  +   http://www.usbman.com


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