Nonostante abbia assunto sempre più aree di comunicazione industriale tramite Ethernet, i cavi seriali per PC sono ancora presenti in molti settori e applicazioni standard. Non vi è alcuna indicazione che scompariranno completamente nel prossimo futuro. Ma cosa sono esattamente gli standard seriali? Come funzionano e quali sono i migliori prodotti di questo mese?
Nome tecnico dei cavi seriali per PC
I cavi seriali per PC sono tecnicamente noti come standard RS-232/422/485 e sui modi per estendere la loro distanza di trasmissione e convertirli in altri supporti. Lo standard RS-232C (Recommended Standard 232) è apparso per la prima volta nel 1962, principalmente nel settore delle telecomunicazioni.
Ha organizzato e standardizzato il modo di collegare i segnali tra DTE (Data Terminal Equipment), ad esempio un computer, e DCE (Data circuit-terminating equipment), ovvero il più delle volte accede ai modem alla rete telefonica e successivamente alla rete WAN.
Questo standard è disponibile in una versione sincrona che richiede un segnale di clock aggiuntivo e una asincrona che non ha tale segnale, e ogni frame inviato è sincronizzato sulla base dei bit di start e stop. Attualmente, la versione sincrona è praticamente assente nei dispositivi.
Lo standard definisce livelli elettrici, caratteristiche di temporizzazione del segnale, spine, fili e nomi dei segnali.
In una fase, i cavi seriali per PC, ovvero l’interfaccia RS-232, era inclusa in quasi tutti i PC e poteva essere utilizzata per collegare molti dispositivi come mouse per computer, tastiere, stampanti, UPS, schede di misurazione e molti altri. Nel 1996, tuttavia, è apparso uno standard per molti aspetti superiore a RS-232, ed è USB.
Maggiore velocità, possibilità di ramificazione a molte porte, nessuna necessità di configurare i parametri di trasmissione, un connettore più piccolo. Tutte queste caratteristiche hanno fatto sì che i cavi seriali per PC RS-232 siano stati gradualmente sostituiti dalla maggior parte delle applicazioni consumer.
L’ultimo pilastro di questo standard sono dispositivi specializzati di livello industriale, nonché interfacce di comunicazione integrate direttamente sui circuiti stampati.
Come collegare i cavi
Il primo connettore predefinito per RS-232 era DB25 e attualmente il più popolare è DB9F. Oggi accade spesso che i produttori utilizzino altri connettori, ad esempio RJ45, o terminali a vite, che non sono definiti nella norma. Poiché questo standard definisce 2 tipi di dispositivi – DTE e DCE, ne consegue che esistono 3 varianti di connessione.
La maggior parte dei dispositivi elettronici moderni utilizza interfacce seriali per la trasmissione dei dati. Tra questi, è ancora possibile trovare RS-232 e RS-485, ovvero standard di scambio dati sviluppati molti anni fa, molto prima che soluzioni come USB diventassero popolari. Pertanto, vale la pena familiarizzare con le informazioni di base su di loro, oltre a dare un’occhiata ai loro vantaggi, che rendono queste soluzioni ancora utilizzate con successo in molti progetti.
Oggi vengono usate con successo interfacce seriali di vario tipo. Alcuni cavi seriali per PC sono progettati pensando a un’applicazione specifica, mentre altri diventano standard universali nel tempo.
Le interfacce seriali ad alta velocità come FireWire, HDMI, Ethernet e USB sono di uso comune. Le interfacce RS-232 e RS-485 sono una delle soluzioni più vecchie disponibili, il che, tuttavia, non le rende obsolete. Sono comunque ottime per molte applicazioni diverse.
Uno degli scopi principali dell’utilizzo di un’interfaccia seriale è fornire un unico percorso per la trasmissione dei dati. I bus paralleli, sebbene ancora utilizzati in alcune applicazioni, richiedono molta più attenzione e risolvono ulteriori problemi durante l’integrazione con il progetto.
A causa dell’ampia disponibilità di sistemi e delle velocità di trasmissione relativamente facili da raggiungere, le interfacce seriali sono attualmente la soluzione più pratica per qualsiasi tipo di comunicazione su una distanza superiore a un metro.
Cavi seriali per PC RS-232
Abbiamo visto che uno dei più vecchi tipi di cavi seriali per PC è comunemente noto come RS-232. Nel corso degli anni, questa interfaccia è stata ampiamente utilizzata, tra le altre, per il collegamento di monitor, modem o computer. I primi computer PC avevano una presa RS-232 come standard (contrassegnata come porta seriale), destinata a collegare una stampante o altre periferiche.
Oggi, questo protocollo è ancora molto popolare nei sistemi embedded, negli strumenti di laboratorio e in vari tipi di installazioni industriali. Il nome ufficiale completo di questo standard di comunicazione è Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association EIA / TIA-232-F. La lettera F indica la versione successiva e più recente del documento.
Questo standard è fondamentalmente lo stesso della specifica ITU-T (Interational Telecommunications Union – Telecommunications) V.24 e V.28.
Lo standard definisce il livello logico 1 nel campo di tensione da –3 a –25 V e il livello logico 0 nel campo da +3 a +25 V. Non sono consentite tensioni comprese tra –3 e +3 V poiché renderebbero la comunicazione troppo sensibile al rumore. Tutti i valori del segnale da questo intervallo vengono rifiutati dal ricevitore come errati.
Nella pratica comune, quando si comunica con RS-232, vengono solitamente utilizzati segnali con livelli logici compresi tra ± 5 V e ± 12 V. La comunicazione viene effettuata utilizzando una linea di trasmissione (nessuna comunicazione differenziale), quindi il ricevitore e il trasmettitore devono avere un piano di riferimento comune (massa).
La lunghezza del cavo influisce sulla velocità
I tipi standard di mezzo di trasmissione sono cavi seriali per PC a doppino intrecciato o cavi paralleli. La lunghezza del cavo influisce sulla velocità massima di trasmissione dei dati e, in generale, non deve superare i 15 metri. L’uso di cavi di lunghezza maggiore riduce la velocità di trasmissione massima raggiungibile.
Attualmente, la capacità elettrica totale dei cavi è solitamente considerata il parametro più importante. Nella maggior parte delle applicazioni, si consiglia di non superare i 2500 pF, il che consente di raggiungere una velocità di trasmissione di 20 kbit / s. A causa delle basse velocità di trasmissione dei dati nell’interfaccia, il mezzo di trasmissione non deve essere trattato come una linea di trasmissione, quindi non è necessario garantire l’adattamento dell’impedenza tra trasmettitore, linea e ricevitore.
Lo standard definisce un connettore di base a 25 pin denominato DB-25. Tuttavia, i connettori di questo tipo sono attualmente utilizzati molto raramente.
In passato, al momento della creazione e della progettazione dell’interfaccia RS-232, le velocità di trasmissione dei dati ottenibili dai dispositivi elettromeccanici erano molto basse, nell’ordine di 75 bit / s, 150 bit / s o 300 bit / s. Oggi, la velocità di trasmissione è limitata dalle capacità del protocollo piuttosto che dai dispositivi stessi.
Per RS-232, la velocità di trasmissione massima è 115,2 kbit / s, mentre altre velocità tipiche sono 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 e 38400 bit / s. La velocità di trasmissione è limitata dalla velocità di risposta del segnale massima consentita, che è 30 V / μs. Quando si utilizzano cavi corti e di bassa capacità, è anche possibile ottenere velocità di trasmissione dell’ordine di singoli megabit al secondo.
Cavi seriali e tipo di comunicazione
Una parte significativa delle connessioni effettuate con l’uso dei cavi seriali per PC RS-232 è la comunicazione unidirezionale (simplex). In pratica, però, è anche possibile una trasmissione alternata a due vie (half-duplex), in cui entrambi i dispositivi possono essere alternativamente ricevitore e trasmettitore.
La comunicazione è controllata da una serie di segnali di controllo definiti nello standard del protocollo. Questi segnali informano, tra l’altro, sullo stato corrente del trasmettitore e del ricevitore.
Il modello di comunicazione utilizzato in RS-232 include due tipi di dispositivi: DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Communications Equipment). La funzione DTE viene solitamente eseguita da un computer o da un microprocessore: è un dispositivo che gestisce principalmente il processo di comunicazione.
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