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Serielle Schnittstelle (RS-232)

Das RS-232-Übertragungverfahren wurde ursprünglich zur Datenübertragung über Telefonleitung entwickelt. Übertragen werden dabei Datenpakete von 5 - 9 Bits, heute üblich sind 8-Bits, also 1 Byte. Zusätzlich wird am Anfang ein Startbit gesendet, das den Beginn eines Bytes kennzeichnet. Am Ende des Bytes wird dann noch ein Stopbit gesendet, d.h. pro Datenbyte werden 10 Bit gesendet. Der Pegel des Startbits und des Stopbits ist definiert und dient zur sicheren Erkennung der dazwischen liegenden Nutzbits. Zur Übertragung von Nutzdaten hatte man sich auf den ASCII-Code (American Standard Code of Information Interchange) festgelegt, um die Information unabhängig vom Typ des Datenendgeräts einheitlich zu gestalten. Die Schnittstelle ist am PC zur Bedienung von Modems (Modulator/Demodulator) ausgelegt und enthält etliche Signale speziell für diesen Zweck. Anwendungen wie z.B. Werkstatttester im KFZ-Bereich oder Microcontroller die ebenfalls die Übertragungsart RS-232 verwenden, brauchen diese modemspezifischen Signale nicht, sondern kommen mit RD, TD und GND aus. Die Signale werden hier im Detail erklärt.

Begriffe zur RS-232-Verbindung

DCE
Data Communications Equipment. Auf Deutsch DÜE (Datenübertragungseinrichtung). Ein anderes Wort für Modem, d.h. das Gerät, das die Daten so umsetzt, daß sie über eine Telefonleitung übertragen werden können. Daten-Übertragungs-Einrichtungen (also Modems und Pegelwandler) sind Geräte, die Signale senden und/oder empfangen und sie ohne Verarbeitung an andere Geräte weiterleiten. DCE sind daran erkennbar, dass der Anschluss als Buchse ausgeführt ist.
DTE
Data Terminal Equipment. Auf deutsch manchmal auch als DEE (Datenendeinrichtung) bezeichnet. Das kann ein Computerterminal einer Mainframeanlage sein (daher kommt auch die Bezeichnung), ein Drucker, Plotter oder PC etc. Daten-End-Einrichtungen sind Geräte, die Signale senden und/oder empfangen ohne sie weiterzuleiten. DTE sind daran erkennbar, dass der Anschluss als Stiftleiste ausgeführt ist. Daran läßt sich beim PC der Stecker vom Druckeranschluß LPT unterscheiden, der immer eine Buchse ist.
Nullmodem
Dieser Ausdruck bezeichnet eine RS-232-Kabelverbindung zwischen zwei Geräten, die dieses Übertragungsprotokoll benutzen, ohne dabei Modems zu verwenden. Z.B. kann das der Fall sein, wenn ein serieller Drucker mit einem PC verbunden wird. Die Kabellänge ist dabei in der Regel auf 10 Meter begrenzt. Es gibt im Handel jedoch Verstärker, die man zwischenschalten kann und die eine wesentlich längere Kabelverbindung zulassen. Da wie schon erwähnt keine Modems verwendet werden, ist es notwendig, auf jeder Seite die modemspezifischen Signale auf bestimmte Art miteinander zu verbinden, um den Schnittstellen einen Modembetrieb vorzutäuschen. Das Nullmodem ist im Detail weiter unten beschrieben. Ein Nullmodem-Kabel braucht man, um zwei DTE-Geräte zu verbinden. Das ist ein Kabel mit zwei Buchsen, bei dem die Sende/Empfangsleitungen "gekreuzt" sind.

Signalerklärung der RS-232-Schnittstelle

RD/RX
Empfangsdaten. Auf dieser Leitung werden die Datenbits vom Datenterminal (DTE) empfangen.
TD/TX
Sendedaten. Auf dieser Leitung werden Daten vom Datenterminal (DTE) gesendet.
CHS GND
Gehäusemasse (chassis ground). Das Datenterminal und das Modem müssen eine gemeinsame Masseverbindung haben, um Masseschleifen etc zu verhindern.
DSR
Data Set Ready. Dieses Signal wird vom Modem ausgegeben und bedeutet, dass das Modem aktiv und betriebsbereit ist, um mit dem Datenterminal zu kommunizieren.
DTR
Data Terminal Ready. Dieses Signal wird vom Datenterminal an das Modem ausgegeben und bedeutet, dass das Datenterminal aktiv und betriebsbereit ist, um mit dem Modem zu kommunizieren.
DCD/CD
Data Carrier Detect oder Carrier Detect. Dieses Signal zeigt an, dass die Modems der beiden Seiten über die Telefonleitung miteinander verbunden sind und Daten über diese Verbindung austauschen können.
RTS
Request To Send. Dieses Signal wird vom Datenterminal ausgegeben und bedeutet, dass das Terminal Daten übertragen möchte.
CTS
Clear To Send. Ist das Antwortsignal des Modems an das Datenterminal auf ein RTS hin und zeigt an, daß das Modem bereit ist, die Daten vom Terminal aufzunehmen und auf die Leitung umzusetzen.
SIG GND
Signalmasse (signal ground). Diese Masse dient als Referenzpotential für alle Signale. Je nach Gerät kann das ein von der Gehäusemasse getrenntes Potential sein, oder auch mit ihr verbunden sein.
RI
Ring Indicator. Ein Signal vom Modem zum Datenterminal, das anzeigt, dass der Telefonanschluß von einem externen Teilnehmer angewählt wurde d.h. daß das Telefon klingelt. Je nach Anwendung wird nach einer bestimmten Anzahl von Klingelimpulsen "abgehoben" (ist im Modem einstellbar).

Anschlussbelegungen

Die Pin-Nummern sind bei vielen Steckern/Buchsen klein neben die Kontakte ins Plastik eingepresst.

Kontaktnummerierung

9-polie Sub-D-Stecker und - Buchse
  • Sub-D Stecker 25 Pole Kontaktseite
  • Sub-D Buchse 25 Pole Kontaktseite
  • Sub-D Stecker 9 Pole Kontaktseite
  • Sub-D Buchse 9 Pole Kontaktseite

Kontaktbelegung

Signalname Richtung * D-SUB 9 pol. D-SUB 25 pol.
DCD Trägerpegel (Data Carrier Detect) Ein 1 8
RxD Empfangsdaten (Receive Data) Ein 2 3
TxD Sendedaten Aus 3 2
DTR Terminal bereit (Data Terminal Ready) Aus 4 20
GND Signalmasse - 5 7
DSR DÜE bereit (Data Set Ready) Ein 6 6
RTS Sender Einschalten (Request to Send) Aus 7 4
CTS Sender Bereit (Clear to Send) Ein 8 5
RI Ankommender Anruf (Ring Indicator) Ein 9 22
GND Gehäusemasse - - 1
Unbelegt - - 9-19, 21, 23-25

* Richtungsangabe für das Datenterminal (DTE), also z.B. PC mit Terminlprogramm oder Gerätes mit Stecker (male SubD)

Belegung bei vielen Roboter- und Mikrocontrollerboards

Bei vielen Roboterboards, insbesondere den RN-Boards (Roboternetz-Boards) wird auf den Platinen aus Platzgrünen für die RS232-Schnittstellen ein kleiner dreipoliger Stecker verwendet. Über einen einfachen Adapter kann man diese Stiftleiste sehr leicht mit dem PC verbinden. Die Belegung findet man unter RN-Definitionen#RS232_Stecker

Übertragungsverfahren

RS232 Uebertragung.png

Wie sich erkennen lässt, sind die Datenleitungen invertiert, das heißt in diesem Fall, dass eine logische 0 durch eine Spannung von +3V bis +12V repräsentiert wird, eine logische 1 durch eine Spannung von -3V bis -12V. Wenn keine Daten übertragen werden (Ruhezustand), liegen an der Datenleitung -3V bis -12V an. Jede Datenübertragung beginnt mit einem Startbit, welches dazu dient, Sender und Empfänger zu synchronisieren. Der Pegel der Datenleitung wechselt also von logisch 1, dem Ruhezustand, auf logisch 0.

Anschließend werden fünf bis neun Bits übertragen, in der Regel jedoch, wie bereits erwähnt, acht. Die Bits werden "so wie sie sind" übermittelt, das heißt es werden keinerlei Synchronisierungsinformationen mitgeschickt.

Anschließend kann das Paritätsbit (Paritybit) folgen, das dazu dient, mögliche Übertragungsfehler zu entdecken. Man unterscheidet hierbei:

  • Even-parität
  • Odd-parität

Ist als Parität "even" gewählt, wird das Paritätsbit gesetzt, wenn die Anzahl der übertragenen Einsen in den Nutzdaten ungerade ist. Andernfalls ist es nicht gesetzt. Wählt man "odd" als Parität, dann wird das Paritätsbit gesetzt, wenn die Anzahl der übertragenen Einsen in den Nutzdaten gerade ist.

Nach dem Paritätsbit folgen ein oder zwei Stoppbits, das bzw. die auch zur Synchronisierung dienen. Ein Stoppbit wird durch einen Pegel von -3 bis -12V dargestellt, also eine logische 1. Nach dem (den) Stoppbit(s) folgt eine Pause, deren Länge nicht bestimmt ist. Folglich darf nach einem Stoppbit sofort wieder das Startbit folgen, es darf aber auch unendlich lange gewartet werden, bis das nächste Startbit geschickt wird.

Siehe auch

Autoren

--Techno 12:44, 19. Dez 2005 (CET)

--vish 09:22, 22. Dez 2005 (CET)

--Darwin.nuernberg 14:36, 27. Mai 2006 (CEST)