Serielle Schnittstelle (RS232 / V.24 / COM)
Die serielle Schnittstelle entspricht den Standards RS-232(C) und V.24. Die englische Bezeichnung COM-Port, abgeleitet von "Communication" (Kommunikation), wird allerdings am häufigsten verwendet. Mit COM1, COM2, COM3, usw. wird einer physischen existierenden Schnittstelle eine logische Bezeichnung durch das BIOS und das Betriebssystem zugeteilt. Unter dieser Bezeichnung können alle Anwendungen auf diese Schnittstelle zugreifen.
Die serielle Schnittstelle gibt es mit einem 9-poligen Stecker. Ältere Systeme haben noch einen 25-poligen Stecker. Klassische Endgeräte, die an der seriellen Schnittstelle angeschlossen werden sind die Maus und das Modem.
Lange Zeit war jeder PC mit einer oder zwei seriellen Schnittstellen ausgestattet. Wobei nur ein Endgerät an einer seriellen Schnittstelle angeschlossen werden kann.
Die serielle Schnittstelle heute
Mit der Einführung des USB hat die serielle Schnittstelle ihre Bedeutung verloren. Als sich Geräte mit USB-Anschluss durchsetzten wurde die serielle Schnittstelle auf Motherboards immer seltener. Irgendwann verschwand sie fast vollständig.
Doch immer noch haben sehr viele technische Einrichtungen im industriellen Umfeld eine serielle Schnittstelle. Dort kommt man ohne diese Schnittstelle nicht aus. Die Funktionalität der seriellen Schnittstelle lässt sich sehr leicht implementieren, das Übertragungsprotokoll ist ausgereift und für einfache Zwecke vollkommen ausreichend.
Auch heute kommt man um das Protokoll der seriellen Schnittstelle nicht herum. Um USB-Geräte für Anwendungen nutzbar zu machen, wird die serielle Schnittstelle im Betriebssystem durch einen Treiber simulieren. Für die Hardware-Seite gibt es spezielle USB-to-Serial-Adapter. Für Notebooks gibt es auch Express-Card- oder Card-Bus-Adapter, die eine serielle Schnittstelle herausführen.
Stecker und Anschluss
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|---|---|---|
| RS-232-Stecker, 9-polig | RS-232-Anschlussbuchse, 9-polig | RS-232-Adapter von 9-polig auf 25-polig |
Normen
| Eigenschaften | CCITT | ISO | DIN |
|---|---|---|---|
| Funktion | V.24 | 66020 Bl.1 | |
| Elektr. Eigenschaften | V.28 | ||
| Mechan. Eigenschaften | 2110 |
Elektrische Eigenschaften
| Logik | Signalpegel | Datenleitung | Steuer- und Meldeleitungen |
|---|---|---|---|
| 1 | L (low) | -3...-15V | +3...+15V |
| 0 | H (high) | +3...+15V | -3...-15V |
Die Signalspannung ist auf allen Leitungen bipolar und darf nicht zwischen +3...-3V liegen. Der maximale Spannungsbereich liegt zwischen +15...-15V.
Die nutzbare Kabellänge zwischen der Schnittstelle und dem Endgerät ist abhängig von der Signalstärke und Übertragungsgeschwindigkeit. Je schneller die Übertragung, desto kürzer und hochwertiger sollte das Kabel sein. Sind die Voraussetzungen optimal lässt sich eine Kabelstrecke von 30 Metern überbrücken. Allerdings nur mit einer sehr geringen Geschwindigkeit. Normalerweise sollten 6 bis 8 Meter nicht überschritten werden.
Funktionsweise
Die Datenbits sind auf dem Datenbus parallel vorhanden. Die Serielle Schnittstelle überträgt die Datenbits aber nacheinander. Deshalb ist eine Parallel-Seriell-Wandlung notwendig. Das Datenwort wird aus dem Speicher in den Schnittstellenspeicher geschrieben. Dann wird das Datenwort aufgeteilt und die Datenbits einzeln übertragen. Ist das ganze Datenwort übertragen worden, wird ein weiteres Datenwort aus dem Speicher geholt.
Beim Empfangen der Daten wird das Datenwort wieder zusammengesetzt und in den Speicher geschrieben.
Damit der Empfänger die Daten wieder richtig zusammensetzt, müssen Sender und Empfänger zeitgleich Senden bzw. Empfangen. Um das zu gewährleisten, werden zwei Verfahren zur Aufrechterhaltung der Synchronisation angewendet. Die synchrone und asynchrone Übertragung.
Schnittstellenbaustein UART
Der digitale Schnittstellenbaustein wird UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) genannt. Der herkömmliche UART trägt die Nummer 8250 mit maximal 19.200 Bit/s Übertragungsrate. Sein Nachfolger 16450 kann bereits 115.200 Bit/s übertragen. Dieser Baustein ist vor allem für moderne Modems wichtig, da erst dadurch schnelle Datenübertragungsraten über das analoge Telefonnetz möglich wurden.
Der UART 16550 funktioniert genauso wie der UART 16450. Zusätzlich ist er mit 2 x 16 Byte Pufferspeicher ausgestattet, die nach dem FIFO-Prinzip (First In First Out), einer Datenpuffertechnik, arbeiten.
Hardware-Handshake beim Anschluss eines Modems
Die serielle Schnittstelle überträgt die Daten Bit für Bit nacheinander. Obwohl für die bitweise Übertragung nur zwei Leitungen notwendig wären, sind es mehr. Die zusätzlichen Leitungen werden zur Steuerung der Übertragung zwischen Computer und dem Endgerät genutzt. Nachdem Maus und Tastatur ihre eigenen Schnittstellen (PS/2) bekamen, war es üblich die serielle Schnittstelle für den Anschluss eines Modems zu benutzen. Bevor die Datenübertragung über die serielle Schnittstelle erfolgen kann, muss sicher gestellt sein, dass eine Verbindung zur Gegenstelle besteht. Der Hardware-Handshake zwischen Computer (DEE) und Modem (DÜE) legt fest, wann die Daten gesendet werden. Der Ablauf ist im folgenden beschrieben und dargestellt.
| 1. | DTR | -> | Ist das Modem eingeschaltet? |
|---|---|---|---|
| 2. | DSR | <- | Modem ist eingeschaltet. |
| 3. | DCD | <- | Modem empfängt Trägersignal der Gegenstelle. |
| 4. | RTS | -> | Ist das Modem bereit Daten zu senden? |
| 5. | CTS | <- | Modem ist bereit Daten zu senden. |
Schnittstellenleitungen nach V.24
| Leitungsnummer nach | Leitungsfunktion | Bezeichnung | Richtung Modem-DEE |
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|---|---|---|---|---|---|---|
| DIN | CCITT | DIN 41612 |
ISO 2110 SUB-D 25 |
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| E2 | 102 | 16c | 7 | Betriebserde | Frame GND | |
| D1 | 103 | 11c | 2 | Sendedaten | TxD | << |
| D2 | 104 | 12c | 3 | Empfangsdaten | RxD | >> |
| S1 | 108 | 16a | 20 | Übertragungsleitung EIN / DEE betriebsbereit | DTR | << |
| M1 | 107 | 15c | 6 | Betriebsbereitschaft | DSR | >> |
| S2 | 105 | 13c | 4 | Sendeteil einschalten | RTS | << |
| M2 | 106 | 14c | 5 | Sendebereitschaft | CTS | >> |
| M3 | 125 | 19a | 22 | Ankommender Ruf | Ring Indicator | >> |
| M5 | 109 | 18c | 8 | Pegel Empfangssignal | DCD | >> |
| PS2 | 140 | 18a | 21 | Ferne Prüfschleife Ein | Remot Loopback Request | << |
| PS3 | 141 | 14a | 18 | Nahe Prüfschleife Ein | Local Loopback Request | << |
| PM1 | 42 | - | 25 | Anzeige Prüfmodus | << | |
| T1 | 113 | 21a | 24 | Sende-Schritttakt zur DÜE | Transmit Clock DTE-Source | << |
| T2 | 114 | 11a | 15 | Sende-Schritttakt zum Modem | Transmit Clock DCE-Source | >> |
| T4 | 115 | 13a | 17 | Empfangs-Schritttakt vom Modem | Receive Clock DCE-Source | >> |