RS232-Protokoll
RS232 ist das erste serielle Protokoll und wurde entwickelt, um Modems an Fernschreibmaschinen anzuschließen. Der RS steht für Recommended Standard und wurde ursprünglich von der EIA (Electronic Industries Alliance) herausgegeben. Die Organisation, die für die Festlegung von Standards zuständig ist, heißt jetzt TIA (Telecommunication Industry Association).
Mit dem RS2332-Protokoll, können Sie einen Sender an einen einzelnen Empfänger anschließen. Der Standard wird in Modems, der bekannten Computermaus und CNC-Geräten (Computed Numerical Computing) verwendet.
Das RS232-Protokoll unterstützt Kabellängen von bis zu 50 Fuß und bietet die Möglichkeit, eine Vollduplex-Übertragung mit Baudraten von bis zu 1 Mbit / s zu realisieren.
Serielle Schnittstellen können das RS232-Protokoll verwenden. Es könnte Sie interessieren, wie die im Speicher eines Geräts gespeicherten Datenbytes in Binärbits umgewandelt werden, die für die serielle Übertragung geeignet sind. Dies wird durch die Verwendung eines internen Chips in der seriellen Schnittstelle erreicht. Der Chip ist ein UART-Chip (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), der parallele Daten in Form von Bytes in bitweise Daten konvertieren kann, die für die serielle Übertragung geeignet sind.
RS232-Kabelverbindung
Die standardmäßige serielle RS232-Schnittstelle enthält neun Stifte und kann entweder einen Stecker oder eine Buchse haben. Eine aktualisierte Version des Protokolls heißt RS232C und unterstützt alle Funktionen von RS232. RS232C hat 25 statt 9 Pins, aber nur drei Pins werden zum Anschließen von Endgeräten verwendet.
RS422-Schnittstelle
Das RS 422-Protokoll bietet erweiterte Funktionen für die Implementierung der seriellen Kommunikation. Mit dieser seriellen Must-Drop-Schnittstelle können bis zu zehn Sender und zehn Empfänger über einen einzigen Bus verbunden werden. Die Datenübertragung erfolgt über eine Differenzialkonfiguration mit zwei Twisted-Pair-Kabeln. RS422 unterstützt Baudraten von bis zu 10 Mbit/s bei einer maximalen Kabellänge von 4000 Fuß.
RS485-Schnittstelle
Das RS485-Protokoll ist das bevorzugte serielle Protokoll, das in industriellen Implementierungen verwendet wird. Mit diesem Protokoll können Sie eine differentielle Konfiguration entwerfen, die bis zu 32 Leitungstreiber und 32 Empfänger umfasst. Es kann immer nur ein Sender aktiv sein und wird als Leitungstreiber bezeichnet.
Hinweis: Verbindungen müssen bei Verwendung der RS232- oder RS485-Protokolle manuell beendet werden.
Fernkommunikation profitiert von der Verwendung von asynchronen verkabelten Protokollen. Der Hauptnachteil sind die Installationskosten, die sehr teuer werden können, wenn mehrere Sender und Empfänger angeschlossen werden müssen.
Synchrone serielle Protokolle
Peripheriegeräte von Bordcomputern verwenden häufig synchrone serielle Protokolle aufgrund ihrer Effizienz bei der Datenübertragung. Diese Protokolle ermöglichen mehreren Geräten die Kommunikation über einen gemeinsamen Bus und gewährleisten durch ein Taktsignal einen synchronisierten Datenaustausch. Nachfolgend sind einige häufig verwendete synchrone serielle Protokolle aufgeführt:
I2C-Protokoll (Inter-Integrated Circuit)
Das I2C ist ein weit verbreitetes Protokoll für die Bordkommunikation, insbesondere in eingebetteten Systemen. Es ermöglicht mehreren Geräten, einen einzigen Bus mit minimaler Verkabelung zu teilen.
Geschwindigkeit: Standardgeschwindigkeit bis zu 400 kbps, mit Hochgeschwindigkeitsmodus bis zu 3,4 Mbps.
Verkabelung: Zwei-Leiter-System:
- SDA (Serial Data Line): Überträgt Daten zwischen Master und Slaves.
- SCL (Serial Clock Line): Synchronisiert den Datentransfer.
Merkmale:
- Unterstützt mehrere Master und bis zu 127 Geräte auf demselben Bus.
- Verwendet Adressierung zur Identifizierung von Geräten.
- Enthält Clock-Stretching- und Bestätigungsmethoden zur Steuerung des Datenflusses.
Anwendungen: Sensoren, EEPROMs, Echtzeituhren und eingebettete Kleingeräte.
SPI-Protokoll (Serial Peripheral Interface)
Das SPI ist für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zwischen einem Master und einem oder mehreren Slave-Geräten ausgelegt.
Geschwindigkeit: Datenraten können bis zu 50 Mbps erreichen, ideal für leistungskritische Anwendungen.
Verkabelung: Vier-Leiter-System:
- MISO (Master In, Slave Out): Daten vom Slave zum Master.
- MOSI (Master Out, Slave In): Daten vom Master zum Slave.
- SCK (Serial Clock): Synchronisiert den Datentransfer.
- SS (Slave Select): Aktiviert das spezifische Slave-Gerät.
Merkmale:
- Vollduplex-Kommunikation für gleichzeitige Sende-/Empfangsoperationen.
- Einfaches Protokoll ohne Adressierungsmechanismus, zusätzliche Pins für jeden Slave erforderlich.
- Kann mehrere Slaves über Daisy-Chaining oder separate Slave-Select-Leitungen verwalten.
Anwendungen: SD-Karten, Displays, Sensoren und Hochgeschwindigkeits-Peripheriegeräte.
CAN-Protokoll (Controller Area Network)
Das
CAN ist ein robustes Protokoll für Echtzeitkommunikation in Automobil- und Industrieumgebungen.
Geschwindigkeit: Unterstützt bis zu 1 Mbps, mit speziellen Versionen wie CAN FD bis zu 8 Mbps.
Verkabelung: Ein Zwei-Leiter-Differenzsignal-System verwendet hohe und niedrige Signale, um elektromagnetische Störungen und Rauschen zu reduzieren.
Merkmale:
- Unterstützt prioritätsbasierte Nachrichten mit eindeutigen Nachrichtenkennungen.
- Fehlererkennungs- und -korrekturmechanismen gewährleisten die Datenintegrität.
- Kann über große Entfernungen (bis zu 1 km bei niedrigen Geschwindigkeiten) betrieben werden.
Anwendungen: Automobilsysteme (Motorsteuerung, Bremssysteme), Industrieautomatisierung und Robotik.
USB-Protokoll (Universal Serial Bus)
Das USB ist eine universelle Kommunikationsschnittstelle, die für ihre Plug-and-Play-Funktionalität und hohe Datenrate bekannt ist.
Geschwindigkeit:
- USB 2.0: Bis zu 480 Mbps.
- USB 3.0: Bis zu 5 Gbps.
- USB 3.1 und 3.2: Bis zu 20 Gbps.
Verkabelung: Vier-Leiter-System oder mehr, je nach Version: Stromversorgung (VCC), Masse (GND), Daten+ (D+), Daten- (D-).
Merkmale:
- Hot-Swapping und Stromversorgung für angeschlossene Geräte.
- Umfangreiche Fehlererkennungs- und Wiederholungsmechanismen.
- Unterstützt verschiedene Gerätetypen (Speicher, Peripheriegeräte, Ladegeräte).
Anwendungen: Unterhaltungselektronik, externe Speichergeräte und Datenübertragung.
Microwire-Protokoll
Das Microwire ist ein vereinfachtes Drei-Leiter-Protokoll, das von National Semiconductor entwickelt wurde und typischerweise für die Kommunikation zwischen Mikrocontrollern und Peripheriegeräten verwendet wird.
Geschwindigkeit: Arbeitet typischerweise mit niedrigeren Geschwindigkeiten, ideal für einfache und kostengünstige Anwendungen.
Verkabelung:
- SI (Serial Input): Dateneingang vom Peripheriegerät zum Master.
- SO (Serial Output): Datenausgang vom Master zum Peripheriegerät.
- SCK (Serial Clock): Synchronisiert den Datentransfer.
Merkmale:
- Halbduplex-Kommunikation.
- Einfache Hardware-Implementierung ohne Adressierung.
Anwendungen: Grundlegende Schnittstellen zwischen Mikrocontrollern und Niedriggeschwindigkeits-Peripheriegeräten wie DACs, ADCs und EEPROMs.
