Základní rozdíly mezi RS-232, RS-422 a RS-485
RS-232, RS-422 a RS-485 jsou rozhraní pro digitální přenos dat. Standard RS-232 se častěji označuje jako COM port nebo také sériový port (nicméně za sériový port je možné považovat i rozhraní Ethernet, FireWire či USB). Rozhraní RS-422 a RS-485 nacházejí široké využití v průmyslovém prostředí, kde se využívají k propojení nejrůznějších zařízení.
Základní rozdíly mezi rozhraními RS-232, RS-422 a RS-485 jsou uvedeny v tabulce.
| Název | RS-232 | RS-422 | RS-485 |
|---|---|---|---|
| Druh přenosu | Plný duplex | Plný duplex | Poloviční duplex (dvouvodičová verze), plný duplex (čtyřvodičová verze) |
| Maximální vzdálenost | 15 metrů při rychlosti 9600 bit/s | 1200 metrů při rychlosti 9600 bit/s | 1200 metrů při rychlosti 9600 bit/s |
| Používané vodiče (vývody) | TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND* | TxA, TxB, RxA, RxB, GND | DataA, DataB, GND |
| Topologie sítě | Dvoubodový spoj | Dvoubodový spoj | Vícebodový spoj |
| Maximální počet připojených zařízení | 1 | 1 (10 zařízení v režimu přijímače) | 32 (více s použitím opakovačů, obvykle do 256) |
Pro rozhraní RS-232 není nutné využívat všechny vodiče – obvykle se používají vodiče TxD, RxD a společné ukostření GND, ostatní vodiče slouží k řízení přenosu dat.
Data přenášená pomocí rozhraní RS-232, RS-422 a RS-485 mohou být strukturována do podoby jakéhokoli protokolu – v průmyslovém prostředí se například často využívá protokol Modbus RTU.
Popis rozhraní RS-232
Rozhraní RS-232 (TIA/EIA-232) je určeno k přenosu dat a komunikaci mezi vysílačem nebo terminálem (Data Terminal Equipment, DTE) a přijímačem nebo komunikačním zařízením (Data Communications Equipment, DCE) ve dvoubodovém režimu.
Rychlost přenosu záleží na vzdálenosti mezi zařízeními. Na vzdálenost 15 metrů je běžná rychlost přenosu 9600 bit/s. Při nejkratší možné vzdálenosti pak rychlost přenosu dosahuje 115,2 kbit/s, existují však i zařízení, která podporují rychlost přenosu až 921,6 kbit/s.
Rozhraní RS-232 pracuje v duplexním režimu, což umožňuje současný příjem i odesílání dat, protože se pro příjem a odesílání využívají odlišné vodiče. Tím se liší od poloduplexního režimu, kdy se pro přenos i odesílání dat využívá pouze jeden vodič, což znamená, že v poloduplexním režimu je v každém konkrétním okamžiku možný buď jen příjem, nebo jen odesílání informací.
K přenosu dat dochází v rozhraní RS-232 v digitální podobě, za použití logických hodnot 0 a 1.
Logická 1 (MARK) odpovídá napětí v rozmezí od -3 V do -15 V.
Logická 0 (SPACE) odpovídá napětí v rozmezí od +3 V do + 15 V.
Vedle dvou oddělených vodičových linek pro příjem a odesílání má rozhraní RS-232 také další vodiče, které umožňují hardwarové řízení přenosu a využívání dalších funkcí.
Pro připojení k rozhraní RS-232 se používá konektor D-Sub – nejčastěji jde o 9pinový DB9, méně často se lze setkat s 25pinovým DB25.
D-Sub konektory se dělí na dva typy: „male“, neboli „samčí“ (vidlice, pin) a „female“, neboli „samičí“ (zásuvka, socket).
Rozložení vývodů DB9 pro RS-232
Rozložení vývodů DB9 pro RS-232
Existují tři typy připojení zařízení pomocí RS-232: terminál-terminál, neboli DTE-DTE, terminál-komunikační zařízení, neboli DTE-DCE a modem-modem, neboli DCE-DCE.
Kabel typu DTE-DCE se označuje jako „přímý“, nebo také „rovný“, jelikož kontakty na sebe sedí přímo.
Kabel typu DCE-DCE se označuje jako „křížený“, nebo také "cross" kabel.
Níže jsou uvedeny tabulky rozložení vývodů (pinů) pro všechny jmenované druhy kabelů a dále také tabulka s překladem základních pojmů do češtiny.
Rozložení vývodů přímého kabelu DB9 pro RS-232
Rozložení vývodů kříženého kabelu DB9 pro RS-232
| DB9 | DB25 | Zkratka | Název | Popis |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 8 | CD | Carrier Detect | Detekce nosné |
| 2 | 3 | RXD | Receive Data | Příjem dat |
| 3 | 2 | TXD | Transmit Data | Odesílání dat |
| 4 | 20 | DTR | Data Terminal Ready | Terminál oznamuje modemu, že je připraven komunikovat |
| 5 | 7 | GND | System Ground | Signalizace se společnou kostrou |
| 6 | 6 | DSR | Data Set Ready | Modem oznamuje terminálu, že je připraven komunikovat |
| 7 | 4 | RTS | Request to Send | Signál terminálu modemu – komunikační cesta je volná |
| 8 | 5 | CTS | Clear to Send | Signál modemu terminálu – komunikační cesta je volná |
| 9 | 22 | RI | Ring Indicator | Indikátor zvonění |
Pro používání zařízení s rozhraním RS-232 většinou stačí pouze 3 vodiče: RXD, TXD a GND. Některá zařízení však pro podporu funkce řízení přenosu vyžadují všech 9 vodičů.
Struktura přenášených dat u rozhraní RS-232
Jedna sekvence přenášená pomocí RS-232/422/485 se skládá ze start bitu, několika datových bitů, paritního bitu a stop bitu.
Start bit – bit, který označuje zahájení přenosu, obvykle má hodnotu 0.
Datové bity (data bits) – 5, 6, 7 nebo 8 datových bitů. Prvním bitem v přenosu je nejméně významný bit.
Paritní bit (parity bit) – bit určený pro kontrolu parity. Slouží k odhalování chyb a může být následujícího druhu:
- Sudá parita (EVEN) – hodnota je taková, aby počet jednotek v přenosu byl vždy sudý
- Lichá parita (ODD) – hodnota je taková, aby počet jednotek v přenosu byl vždy lichý
- Vždy 1 (MARK) – hodnota paritního bitu je vždy 1
- Vždy 0 (SPACE) – hodnota paritního bitu je vždy 0
- Žádná parita (NONE)
Stop bit – bit, který označuje konec datové sekvence, může mít délku 1, 1,5 (datový bit = 5) nebo 2 bity.
Například zápis 8E1 značí, že je přenášeno 8 datových bitů, paritní bit má hodnotu EVEN a stop bit má délku jednoho bitu.
Řízení přenosu s využitím RS-232
Aby nedošlo ke ztrátě dat, existuje mechanismus řízení přenosu, který umožňuje přenos dočasně pozastavit, a předejít tak přeplnění schránky.
Existuje hardwarový a softwarový způsob řízení přenosu.
Hardwarové řízení využívá pinů RTS/CTS. Když je vysílač připraven k odeslání dat, vyšle signál na pin RTS. Když je přijímač připraven data přijímat, vyšle signál na pin CTS. Pokud není jeden ze signálů poslán, k přenosu dat nedojde.
Softwarový způsob používá místo pinů dvojici znaků X-ON a X-OFF (v ASCII jde o znaky s kódem 17 – X-ON a 19 – X-OFF), které se přenáší prostřednictvím vodiče TXD/RXD, stejně jako základní data. V případě, že nelze přijmout data, vyšle přijímač znak X-OFF. Pro obnovení přenosu je nutné vyslat znak X-ON.
Jak zkontrolovat funkčnost RS-232?
Při použití tří vodičů stačí jen spojit RXD a TXD – v takovém případě budou všechna přenesená data přijata zpět. Pokud máte plný RS-232, budete muset rozletovat speciální záslepku, ve které mezi sebou propojíte následující vývody:
| DB9 | DB25 | Spojit |
|---|---|---|
| 1 + 4 + 6 | 6 + 8 + 20 | DTR -> CD + DSR |
| 2 + 3 | 2 + 3 | Tx -> Rx |
| 7 + 8 | 4 + 5 | RTS -> CTS |
Popis rozhraní RS-422
Rozhraní RS-422 je podobné rozhraní RS-232, protože díky odděleným vodičům také umožňuje současně data vysílat i přijímat (jde tedy o plný duplex), ale využívá k tomu diferenciální přenos, tedy rozdíl potenciálů mezi vodičem A B.
Rychlost přenosu dat při použití RS-422 záleží na vzdálenosti a může se pohybovat od 10 kbit/s (1200 metrů) do 10 Mbit/s (10 metrů).
Síť s RS-422 může obsahovat jeden vysílač a až 10 přijímačů.
Rozhraní RS-422 se skládá ze 4 kabelů pro příjem a odesílání dat (dvě kroucené dvojlinky pro příjem a dvě kroucené dvojlinky pro odesílání) a jedné společné kostry GND.
Využití kroucených dvojlinek umožňuje eliminovat přeslechy a šum, protože rušení působí na oba kabely v páru stejně, a k získání potřebné informace se využívá rozdíl potenciálů vodičů A a B v jedné lince.
Napětí na datových vodičích se může pohybovat od -6 V do + 10 V.
Logické 0 odpovídá rozdíl mezi A a B větší, než +0,2 V.
Logické 1 odpovídá rozdíl mezi A a B menší, než -0,2 V.
Standard RS-422 nevyžaduje konkrétní typ konektoru – nejčastěji to bývá svorkovnice nebo DB9.
Rozložení vývodů RS-422 záleží na výrobci a je uvedeno v návodu od výrobce.
Při zapojení RS-422 je nutné překřížit RX a TX vývody tak, jak je zobrazeno na obrázku.
Protože vzdálenost mezi přijímačem a vysílačem může u RS-422 dosahovat až 1200 metrů, je nutné instalovat speciální rezistory (terminátory) s odporem 120 Ω, aby se předešlo odrážení signálu od konce vedení. Tyto rezistory se instalují mezi vývody RX+ a RX- na oba konce linky.
Jak zkontrolovat funkčnost RS-422?
Pro kontrolu funkčnosti zařízení s RS-422 je nejlepší použít převodník mezi RS-422 a RS-232 nebo USB (I-7561U). Díky tomu totiž budete moci využít software pro práci s COM porty.
Popis rozhraní RS-485
V průmyslovém prostředí se nejčastěji používá rozhraní RS-485 (EIA-485), které využívá vícebodovou topologii, což umožňuje zapojení více přijímačů i vysílačů.
Rozhraní RS-485, stejně jako RS-422, využívá pro přenos dat diferenciální signál.
Existují dva typy RS-485:
- dvouvodičová verze, která funguje v poloduplexním režimu
- čtyřvodičová verze, která funguje v plně duplexním režimu
Plný duplex umožňuje současné přijímání i odesílání dat, zatímco v poloduplexním režimu se tyto akce musí střídat.
Na jedné sběrnici RS-485 může být až 32 zařízení, ale při použití opakovačů a zesilovačů signálů může maximální počet dosáhnout až 256 zařízení. V každém daném okamžiku může vysílat pouze jedno zařízení.
Také tady závisí rychlost přenosu na vzdálenosti a při 10 metrech může dosahovat až 10 Mbit/s.
Napětí se pohybuje v rozmezí od -7 V do +12 V.
Standard RS-485 nevyžaduje konkrétní typ konektoru, nejčastěji to však bývá svorkovnice nebo DB9.
Rozložení vývodů RS-485 záleží na výrobci a je uvedeno v návodu od výrobce.
Schéma zapojení RS-485 zařízení se 2 vodiči.
Pro správné fungování na větší vzdálenosti je u rozhraní RS-485 rovněž nutné nainstalovat na oba konce linky zakončovací rezistory s odporem 120 Ω.
Jak zkontrolovat funkčnost RS-485?
Pokud chcete zkontrolovat funkčnost zařízení s RS-485, nejjednodušší cestou je připojit ho k počítači pomocí převodníku, například UPort 1150, a využít speciální software, který podrobněji popisujeme níže.
Software pro práci s rozhraními RS-232/422/485
V počítači se rozhraní RS-232/422/485 zobrazí jako běžné COM porty. Díky tomu je možné použít jakýkoli program nebo utilitu pro správu COM portů.
Každý výrobce má pro správu a práci s COM porty svůj vlastní program.
Například společnost MOXA vyvinula balíček utilit PComm Lite, z nichž jedna umožňuje práci s COM porty.
Výrobce ICP DAS zase nabízí možnost využít program DCON Utility Pro, který podporuje protokoly Modbus RTU, ASCII a DCON.
