Padrao RS 232

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GIL PINHEIRO REDES DE COMUNICAÇÃO1 R

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A Interface Seriale o Padrão RS-232

Prof. GIL PINHEIRO

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

FEN-DETEL - DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA E TELECOMUNICAÇÕES

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A Interface Serial

e o Padrão RS-232• Objetivo: apresentar a comunicação

serial assíncrona e o padrão de interfacefísica RS-232

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Interface Serial e oPadrão RS-232

• A Interface Serial• O padrão RS-232• Exemplos / Laboratório

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A Interface Serial

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Interface Paralela/Serial• Os PCs e a maioria dos dispositivos possui um barramento

paralelo interno que interliga a CPU aos outros periféricos

internos (RAM, ULA, Registradores, EEPROM,...)• A comunicação serial é predominante nos padrões deinterface (LANs, RS-232, 485, wireless, etc)

• Os dispositivos utilizam uma UART (Universal AsyncronousReceiver Transmitter) para conversão serial / paralela. Hátambém as USART (Universal Synchronous AsyncronousReceiver Transmitter), capazes de comunicação síncrona

01011

100

0 1 0 1 1 1 0 001011

100

UART

PCCLP

UART

UART

UART

UART

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Arquitetura de uma UART• Uma UART implementa a Camada Física e algumas

funções da Camada de Enlace da comunicação

• A mais famosa UART em uso em PCs era o Chip 8250,que, foi melhorado, com acréscimo de buffers e outrasfacilidades resultando na UART 16550, que é embutidanem chipsets usada em PCs

• Atualmente, existem conversores USB/RS232 eEthernet/RS232

UART

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Arquitetura de um Microcontrolador• Em destaque

– UART – Timer /

Counter

– EEPROM – I/O – Comparador

analógico

– PWM

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A Interface Serial Assíncrona

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A Interface Serial Assíncrona

• Parâmetros – Data bits: 7 ou 8 – Paridade: Não, Par ou Impar

– Stop Bits: 1 ou 2 – Velocidade (Baud Rate): 110, 300, 600,

1200, 4800, 9600, 19200, 38400 bits/s

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A Interface Serial Síncrona

• Sincronismo a cada bit enviado• Dois sinais:

– DATA: dados enviados – CLOCK: sincronismo de relógio

• Sinal de relógio pode ser enviado como: – Sinal a parte – Embutido junto com os dados

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Diferenças Assíncrona x Síncrona

• Assíncrona – Baixo custo – Baixo rendimento (< 80%) – Baixa taxas de transmissão (da ordem de 105 bits por

segundo)

– Para seqüências pequenas de bits (até 8 bits por frame daUART)• Síncrona

– Mais cara

– Alto rendimento (> 90%) – Altas taxas de transmissão (da ordem de 108 bits porsegundo)

– Capaz de lidar com frames de milhares de bits sem erros

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O Padrão RS-232

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O Padrão RS-232• Padrão de Camada Física (modelo ISO/OSI)

• Interface serial, ponto a ponto (2 nós), de baixavelocidade (até 115 kbps)• Criado no final dos anos 1950, para interligar

modems à terminais de mainframes

• O padrão suporta os modos síncrono e assíncrono.Porém, o modo síncrono raramente é utilizado• Para atender ao modo síncrono, há sinais de relógio

previstos na interface

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O Padrão RS-232• O padrão RS-232 define

– Especificações Elétricas – Interface Mecânica (conectores)

– Descrição Funcional

• A EIA é responsável pelo padrão RS-232 e emite periodicamente novasrevisões, atualmente está na revisão E

• O equivalente europeu ao RS-232 sãoos padrões CCITT (ITU) V.24 e V.28

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DTE x DCE• DTE (Data Terminal Equipment) – Equipamento de

Terminação de Dados, dispositivo gerador ou

consumidor de dados (ex.: PC, servidor, terminal, etc)• DCE (Data Communication Equipment) – QuaisquerEquipamentos de Comunicação de Dados, dispositivoscomponentes de uma rede (modem, repetidor, switch,

roteador, etc)

DCEDTE Cabo RS-232

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Especificações Elétricas

do RS-232• Os níveis lógicos são representados por tensões:

– -3 V a -15V como Marca = 1 = OFF – +3V a +15V como Espaço = 0 = ON (Pronto)

• Tensões entre -3 V e +3 V são indefinidas• O circuitos RS-232 são robustos (por norma),

podendo ser curto-circuitados, invertidos, deixadosabertos, etc.

Tensão (Volts)-15 -3

1

OFF

Marca

+3 +15

0

ON

Espaço

INDEFINIDO

Nível Lógico

Nível de Controle

Nome RS-232

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Especificações Mecânicas• A especificação mecânica da norma RS-232

é muito vaga: – O conector deve ser de 25 pinos (o tipo deconector não é especificado)

– Porém, por default são usados os conectores DB-9 e o DB-25

• A distância máxima não é definida, mas, acapacitância do cabo deve ser menor que

2500 pF. Para cabos de 50 pF/pé, issoequivale a cabo de 50 pés (15 m)

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Especificações Mecânicas• Na maioria das aplicações, quase todos os 25

pinos são desnecessários então o conectorDB-9 se tornou um “padrão de fato”• Sublinhado: saída do DTE (entrada do DCE)

• Não sublinhado: entrada do DTE Conector DB-9Macho (DTE)

Received Line Signal DetectorReceived DataTransmitted DataData Terminal ReadySignal Ground

1 -2 -3 -4 -5 -

6789

Data Set Ready -Request to Send -

Clear to Send -Ring Indicator -

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Especificações Funcionais• Os sinais RS-232 são divididos em quatro categorias

de circuitos. As características funcionais de cadasinal (circuito) também são definidas na norma

- Protective Ground

- Signal Ground

1

7

Circuitos de Aterramento

- Transmitted Data

- Received Data

- Secondary Transmitted Data- Secondary Received Data

2

3

1416

Circuitos de Dados

- Request to Send

- Clear to Send- Data Set Ready

- Data Terminal Ready

- Ring Indicator- Received Line Signal Detector

- Signal Quality Detector- Data Signal Rate Selector- Secondary Request to Send

- Secondary Clear to Send

- Sec. Tx. Sig. Rcvd Line Detector

4

56

20

228

212319

13

12

Circuitos de Controle

- Rx. Signal Elem. Timing (DTE)

- Tx. Signal Elem. Timing (DCE)- Tx. Signal Elem. Timing (DTE)

15

1724

Circuitos de Temporização

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Exemplo: Especificação

Funcional• Circuit AA – Protective Ground

– This conductor shall be electrically bonded to the machine or

equipment frame. It may be further connected to external groundsas required by applicable regulations

• Circuit BA – Transmitted Data (to DCE) – Signals on this circuit are generated by the DTE and are

transferred to the local transmitting signal converter for

transmission of data to remote data equipment – The DTE shall hold Transmitted Data in marking condition during

intervals between characters or words, and all times when nodata are being transmitted

– In all conditions DTE shall not transmit data unless an ONcondition is present on all of the following four circuits, whereimplemented1. Request to Send 2. Clear to Send3. Data Set Ready 4. Data Terminal Ready

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Principais Sinais do RS-232• A maioria dos sinais do padrão não são utilizados.• Aplicações industriais usam no máximo 9 ou 10 pinos

PINOS(DB25)

PINOS(DB9)

SINAL DESCRIÇÃO

Sublinhado - saída do DTE

2 3 TD Transmit Data (Dados Transmitidos)

3 2 RD Receive Data (Dados Recebidos)

4 7 RTS Request To Send (Requisição para Enviar)

5 8 CTS Clear To Send (Pronto para Enviar)

6 6 DSR Data Set Ready (Dispositivo de Dados Pronto)

7 5 SG Signal Ground (Terra de Sinal)

8 1 CD Carrier Detect (Detecção de Portadora)

20 4 DTR Data Terminal Ready (Terminal de Dados Pronto)

22 9 RI Ring Indicator (Indicador de Chamada - Campainha)

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Request To Send (RTS)

• Nome do Circuito (Padrão RS): CA• Direção: DTE -> DCE• Nome do Circuito (ANSI/ISO): 105• Habilita os circuitos de transmissão• O DTE utiliza este sinal quando deseja

enviar para o DCE• Um nível lógico 0 neste sinal mantém o

DCE em transmissão• O DCE recebe os dados do DTE etransmite ao enlace de comunicação

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Clear To Send (CTS)• Nome do Circuito (padrão RS): CB• Direção: DTE

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Conexão DTE x DCE• Quando o segundo DTE foi configurado como um

DCE, a conexão segue o padrão RS-232, como aligação de um DTE a um modem (DCE)

• Como o cabo não possui cruzamentos também échamado de Cabo Direto ou sem cruzamentos

• Abaixo uma conexão DTE-DCE com controle defluxo

DTE

DTE

Cabo Direto (com controle de fluxo) DCE

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Conexões DTE x DTE• A conexões de dois DTE é feita de modo que um DTE “pense”

estar falando com um DCE

• Utiliza-se uma conexão chamada Cabo Modem Nulo, pois nãoexistem modems envolvidos.• O Cabo Modem Nulo também é chamado de Cabo Cruzado

devido ao cruzamento dos circuitos de dados e de controle• Abaixo uma conexão DTE-DTE com controle de fluxo. Como

não existem modems envolvidos são utilizados apenas ossinais de controle RTS e CTS

DTE

Cabo Modem Nulo (com controle de fluxo)

DTE

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Conexões DTE x DTE• Outra opção de conexão (com menos fios)

• Nesse caso, o controle de fluxo deve serrealizado por software (Camada deEnlace)

DTE

Cabo Modem Nulo (sem controle de fluxo) DTE

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Resolução de Problemas RS-2321. Determinar se cada dispositivo é

um DTE ou DCE DTE x DCE – Cabo Direto DTE x DTE ou DCE x DCE – Cabo

Cruzado2. Determinar se é necessário

controle de fluxo Sim – interligar pinos 7, 8 e 5 entre

conectores de acordo com item 1 Não – juntar pinos 1-6-4 e pinos 7-8

em cada conector

3. Utilizar Break-Out Box ou umtestador RS-232 para monitorarsinais e verificar inversões

Break-Out Box

Testador RS-232

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Resolução de Problemas RS-232• Outra facilidade de diagnóstico é o Loopback,

que consiste na interligação dos circuitos dedados de um DTE ou DCE para verificarbasicamente a integridade de um enlacefísico (Camada Física)

• Necessita de um conector especial chamadoConector Loopback

• O conector consiste na interligação dos sinais

dos circuitos de dados e de controle: TD-RD,CTS-RTS, CD-DSR-DTRConector

Loopback

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Limitações do RS-232• A velocidade está limitada a 115 kbps em distâncias pequenas• A distância é limitada pela capacitância do cabo (Cuidado: cabo

mais grosso possui R menor e C maior)• RS-232 é uma interface não balanceada (todos os sinais tem o

mesmo Signal Ground ), é mais susceptível a ruídos, que ospadrões RS-422 e RS-485

• É necessário que o potencial de terra dos sistemas interligados

seja o mesmo. Soluções: isoladores óticos, fibra óptica

Driver RS-232 Receptor RS-232

Potencial Diferença de Aterramentos

Sinal

TTLSinalTTL

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Programando a Porta Serial

• Uma porta serial requer as seguintesetapas na programação:1. Criar a porta (criar o objeto)

2. Parametrizar a porta3. Abrir a porta4. Enviar e/ou receber dados

5. Fechar a porta

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Programando a Porta Serial• No uso contínuo, a etapa 4 pode ser repetida

sem necessidade de fechar a porta serial• As etapas 1 e 2 podem ser feitas

conjuntamente

• A recepção pode ser feita até que: – uma quantidade pré-definida de bytes seja

recebida, ou

– um tempo máximo de espera seja excedido• A mensagem é enviada e recebida pela

UART no formato binário

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Programando a Porta Serial

Programa Aplicativo(Python)

Biblioteca Serial (Python)

Sistema Operacional(Windows, Linux)

Porta RS-232 (Física ouVirtual)

2

1

7

Camadas do Programa

Camada do

Modelo

ISO/OSI

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Etapas do Programa Loopback#-------------------------------------------------------------------------------------------------------------# Universidade do Estado do Rio de Janeiro# FEN/DETEL - Departamento de Engenharia Eletrônica e Telecomunicações# Disciplina: Redes de Comunicação#------------------------------------------------------------------------------------------------------------# Programa: loopback_serial.py# Objetivo: Teste de comunicação utilizando a porta serial RS232# Autor: Prof. Gil Pinheiro# Data: Setembro/2009#------------------------------------------------------------------------------------------------------------

# Biblioteca de acesso a porta serialimport serial

# 1 - Cria e parametriza uma porta serial para uso do programa

port = serial.Serial()port.port = 'COM7'port.baudrate = 115000port.bytesize = serial.EIGHTBITSport.parity = serial.PARITY_NONEport.stopbits = serial.STOPBITS_ONEport.timeout = 10 # Tempo máximo, em segundos, para receber respostaport.xonxoff = 0port.rtscts = 0

# 2 - Inicializa a porta serialtry:

port.open()except serial.SerialException:

pass

# Inicializou a porta serial sem errosprint('Abriu porta RS232: %s' % port.portstr)

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Topologias Alternativas

• O padrão RS-232 foi feito paraconexões tipo ponto a ponto• Não é usual, mas podem ser realizadas

outras topologias usando o RS-232: – Anel: compondo várias conexões ponto a

ponto – Estrela: compondo um hub e várias

conexões ponto a ponto

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Rede em Anel com RS-232

• Rede em anel de 4 nós (computadores)• Pino Tx (3) de um nó conectado ao Rx (2) do

próximo nó (seqüência: A-B-C-D-A...)• Pinos GND (5) conectados

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