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Viele moderne Geräte nutzen USB oder Netzwerkverbindungen. Trotzdem taucht in technischen Geräten, Messsystemen oder industriellen Steuerungen immer noch eine ältere Schnittstelle auf: der RS232-Anschluss. Wer mit Embedded-Systemen, Steuerungen oder Diagnosegeräten arbeitet, begegnet ihm früher oder später. Doch was steckt hinter dieser Schnittstelle und in welchen Situationen bleibt sie weiterhin relevant?
Die Kommunikation in Computernetzen erfordert klare Abstimmungen und eine Reihe von Regeln – und das sind die Protokolle. Der Protagonist des heutigen Artikels ist der Großvater der Kommunikationsprotokolle, der immer noch populär ist, nämlich das RS232-Protokoll und die Schnittstelle, die man unbedingt kennen sollte.
Aus dem Artikel erfahren Sie:
- was ein RS232-Anschluss technisch darstellt
- in welchen Geräten diese Schnittstelle heute noch genutzt wird
- welche Vorteile eine serielle Verbindung im Alltag bietet
- welche typischen Adapter und Konverter eingesetzt werden
- worauf bei Verbindung und Diagnose zu achten ist
Was ist ein RS232-Anschluss?
Eines der ältesten, aber immer noch beliebten Kommunikationsprotokolle, das in der Industrie und in kommerziellen Produkten verwendet wird, ist das RS232. Wahrscheinlich werden die meisten von uns das standardmäßige 9-polige DB9-Kabel erkennen, auch wenn wir nicht unbedingt wissen, dass es so heißt – schauen Sie einfach auf den Stecker, der auf dem RS232-UART-Konverter zu sehen ist.
Nun, wie man so schön sagt: “Das war einmal”. PCs nutzten RS232 nicht nur für die Verbindung mit quietschenden Modems, sondern auch mit Druckern, Speichern, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und anderen Peripheriegeräten.
Der Begriff RS232 steht für “Recommended Standard 232” und ist eine Art der seriellen Kommunikation, die in der Regel für die Datenübertragung über mittlere Entfernungen verwendet wird. Dieser wurde in den 1960er Jahren eingeführt und in vielen Anwendungen wie Druckern und Automatisierungsgeräten eingesetzt. Heute gibt es viele Erben dieser Norm, nämlich moderne Kommunikationsprotokolle wie den RS485, SPI, I2C oder CAN-Bus. Heute werden wir uns auf RS232 für die serielle Kommunikation konzentrieren.
Serielle Kommunikation
In der Telekommunikation wird der Prozess der sequentiellen Übertragung von Daten über einen Computerbus als serielle Kommunikation bezeichnet. Dies bedeutet, dass die Daten Bit für Bit übertragen werden. Zur Unterscheidung werden bei der parallelen Kommunikation die Daten als Byte (8 Bit)oder Zeichen auf mehreren Datenleitungen oder Bussen gleichzeitig übertragen.
Die serielle Kommunikation ist daher langsamer als die parallele Kommunikation, wird aber aus Kostengründen und aus praktischen Erwägungen für lange Datenübertragungen verwendet. Hierbei handelt es sich um eine asynchrone Datenübertragung, bei der die Datenbits nicht durch einen Impuls synchronisiert werden, und eine synchronisierte, die durch einen Taktgeber gesteuert wird.
Elektrische Spezifikationen und Eigenschaften
In diesem Abschnitt der RS232-Norm werden die Spannungspegel, die Änderungsrate für die Signalpegel und die Impedanz der Leitung festgelegt. Da die ursprüngliche RS232-Norm im Jahr 1962 und vor der Zeit der TTL-Logik definiert wurde, ist es nicht überraschend, dass sie keine 5-V-Logikpegel und Masse verwendet. Stattdessen wird der High-Pegel für den Controller-Ausgang auf einen Wert zwischen +5 V und +15 V und der Low-Pegel für den Controller-Ausgang auf einen Wert zwischen -5 V und -15 V festgelegt. Die Logikpegel des Empfängers wurden so festgelegt, dass eine Rauschmarge von 2 V gewährleistet ist. Der High-Pegel des Empfängers liegt daher zwischen +3 V und +15 V, der Low-Pegel zwischen -3 V und -15 V. Diese Werte sind genau die negative Logik, negative logic, die Benutzer dazu bringt, nach passenden Konvertern zu suchen.
Der RS232-Standard begrenzt auch die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Reglerausgangs. Die Einschränkung wurde eingeführt, um die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen zwischen benachbarten Signalen zu verringern.
Je langsamer der Anstieg und Abfall der Zeit ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen. Die maximal zulässige Anstiegsgeschwindigkeit beträgt 30 V/ms. Darüber hinaus legt der Standard eine maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit von 20 kbps fest – erneut, um die Wahrscheinlichkeit von Abhörversuchen zu verringern.
Auch die Schnittstellenimpedanz zwischen Controller und Empfänger wird festgelegt. Die vom Controller gesehene Last ist mit 3 kΩ bis 7 kΩ angegeben. In der ursprünglichen RS232-Norm war die Kabellänge zwischen Controller und Empfänger auf maximal 15 Meter festgelegt, aber mit der Revision D (EIA/TIA-232-D) wurde dieser Teil der Norm geändert. Anstatt eine maximale Kabellänge anzugeben, wurde in der Norm eine maximale kapazitive Last von 2500 pF festgelegt, was eindeutig eine angemessenere Spezifikation ist. Die maximale Kabellänge wird durch die Kapazität pro Längeneinheit des Kabels bestimmt, die in der Kabelspezifikation angegeben ist.
RS232-Wandler und RS232-Anwendungen
Genug mit den technischen Details. Zeit für Konverter. Heutzutage gibt es Adapter für fast alles, und ein Gerät, das einer alten Norm entspricht, muss nicht unbedingt auf den Müll wandern. Sie finden sie in der Kategorie USB-UART / RS232 / RS485-Konverter im Botland-Shop.
Es gibt nur wenige Menschen, die mit der Verwendung von USB-Anschlüssen (Universal Serial Bus) nicht vertraut sind. Obwohl die Plug-and-Play-Funktionalität von USB der größte Vorteil gegenüber älteren und umständlichen Methoden zum Anschließen und Konfigurieren von Geräten ist, verwenden wir immer noch Geräte, die keine USB-Anschlüsse unterstützen (oder physisch nicht installiert sind), aber über serielle RS232-Anschlüsse verfügen. Hier kommt der zuverlässige USB-RS232-Konverter ins Spiel. Beispiel? Das Kleine PL2303 Waveshare USB-UART Einsteckmodul ist zuverlässig für den Einsatz mit Arduino oder STM32 Discovery.
Der CAN-Bus ist nicht anders. Er wird zunehmend in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt, kann aber leider nicht direkt mit dem Computer kommunizieren. Mit dem RS232-Protokoll und dem CAN-Bus-Konverter wird dieses Problem gelöst. Wenn wir nach kleinen Schaltungen suchen, die die Spannung der RS232-Schnittstelle in den oben erwähnten TTL- und CMOS-Standard umwandeln, finden wir solche Bauteile in oberflächengelöteten Gehäusen.
Wozu ist das alles nützlich? Durch die Kombination der beiden seriellen Schnittstellen UART und RS232 ist es möglich, z.B. einen Monitor oder Projektor, der über einen RS232-Anschluss verfügt, an den Minicomputer Raspberry Pi anzuschließen, wo wiederum die UART-Schnittstelle zu finden ist. Eine einfache Kontaktplatte wird sich als nützlich erweisen. Wir schließen den UART des Konverters und die entsprechenden Pins des Raspberry Pi daran an, und den Ausgang des Konverters an den Projektor.
Aufbau und Funktionsweise eines RS232-Anschlusses
Der RS232-Anschluss gehört zu den klassischen seriellen Schnittstellen in der Elektronik. Daten werden dabei nacheinander über einzelne Leitungen übertragen. Diese Methode reduziert die Anzahl der benötigten Leitungen und erleichtert die Verbindung zwischen zwei Geräten.
Typisch sind Steckverbinder mit mehreren Pins, die verschiedene Signale übertragen. Neben der eigentlichen Datenleitung gibt es zusätzliche Leitungen zur Steuerung der Kommunikation. Dazu gehören unter anderem Signale zum Senden, zum Empfang oder zur Statusmeldung.
In vielen technischen Systemen dient die Schnittstelle der Konfiguration, Diagnose oder Wartung. Netzwerkgeräte, industrielle Steuerungen, Laborgeräte oder ältere Messinstrumente besitzen oft weiterhin diese Verbindung. Techniker nutzen sie häufig zum Zugriff auf interne Einstellungen oder zur Fehlersuche. Ein Vorteil liegt in der einfachen Kommunikationsstruktur. Auch bei geringer Datenrate bleibt die Verbindung stabil und leicht nachvollziehbar.
Im Elektronikshop BOTLAND finden Entwickler, Studierende und Servicetechniker passende Adapter, Module und Zubehör für serielle Kommunikation. Dadurch lassen sich ältere Geräte weiterhin problemlos in aktuelle Projekte integrieren.
Typische Einsatzbereiche serieller Schnittstellen in Geräten
Obwohl moderne Schnittstellen schneller arbeiten, bleibt der RS232-Anschluss in vielen technischen Umgebungen präsent. Ein Grund dafür liegt in seiner einfachen Implementierung. Entwickler benötigen nur wenige Leitungen und eine klar definierte Kommunikation zwischen zwei Geräten.
Diese Schnittstelle erscheint häufig in folgenden Bereichen:
- industrielle Steuerungen und Maschinensteuerungen
- Konfigurationsschnittstellen von Routern oder Netzwerkhardware
- Diagnoseanschlüsse in Messgeräten und Laborinstrumenten
- Wartungsports in eingebetteten Systemen
Ein praktisches Beispiel ist der Zugriff auf die Konsole eines Netzwerkgeräts. Administratoren verbinden einen Computer über einen seriellen Adapter mit dem Gerät und öffnen anschließend ein Terminalprogramm. Danach erscheinen Systemmeldungen direkt auf dem Bildschirm.
Ein weiterer Vorteil besteht in der klaren Trennung der Kommunikation zwischen zwei Geräten. Die Verbindung benötigt keine komplexe Infrastruktur. Dadurch bleibt sie für Servicearbeiten oder Testaufbauten interessant. Besonders in Entwicklungsumgebungen hilft diese einfache Verbindung dabei, Firmware-Meldungen oder den Systemstatus direkt auszulesen.
FAQ
Viele industrielle Geräte bleiben über viele Jahre im Einsatz. Die serielle Schnittstelle arbeitet stabil, benötigt wenig Hardware und lässt sich leicht diagnostizieren. Deshalb behalten Hersteller sie für Wartung, Service oder Konfiguration bei.
Typische Beispiele sind industrielle Steuerungen, Laborgeräte, Messinstrumente, ältere Netzwerkhardware sowie einige Kassensysteme. In diesen Bereichen zählt eine stabile Kommunikation stärker als eine maximale Datenrate.
Ja. Viele Computer besitzen keinen seriellen Port mehr. Ein USB-zu-RS232-Adapter löst dieses Problem. Der Adapter erscheint im Betriebssystem als virtueller COM-Port und ermöglicht die Kommunikation mit älteren Geräten.
Häufige Ursachen sind falsche Baudrate, vertauschte Pins oder ungeeignete Kabel. Auch unterschiedliche Einstellungen im Terminalprogramm führen zu Kommunikationsfehlern. Eine Kontrolle der Parameter löst viele dieser Probleme schnell.
