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EIA-232

Der Begriff EIA-232, ursprünglich RS-232, bezeichnet einen Standard für eine serielle Schnittstelle, die in den frühen 1960ern von einem US-amerikanischen Standardisierungskomitee (heute EIA – Electronic Industries Alliance) eingeführt wurde.

Inhaltsverzeichnis

Anwendung

Mainframes und Text-Terminals sind unter Zuhilfenahme von Modems durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über die Telefonleitung ähnlich wie Fernschreiber zusammengeschlossen worden. Die Übertragung der Daten bei beiden Systemen erfolgte sequenziell.

Amerikanische Norm

Die aktuelle amerikanische Version heißt offiziell ANSI/EIA/TIA-232-F-1997 und ist aus dem Jahr 1997. Die aktuell in den USA und Europa übliche Bezeichnung ist RS-232 (RS steht dabei für Radio Sector, womit die ursprünglich zuständige Abteilung der Behörde gemeint ist, wird aber heute als Recommended Standard gelesen). Zur Frage der korrekten Bezeichnung siehe den Abschnitt Kennzeichnung von Standards bei EIA – Electronic Industries Alliance.

Definition

EIA-232 definiert die Verbindung zwischen dem Terminal (DTE, data terminal equipment) und dem Modem (DCE, data communication equipment), was Timing, Spannungspegel, Protokoll und Stecker betrifft. Allgemein sind die Parameter unter Serielle Datenübertragung erläutert.

Weitere Übertragungsstandards wie RS-422, RS-485 findet man unter der Rubrik Serielle Schnittstelle.

Datenrahmen und Timing

übliche Baudraten
Baud Bitdauer
50 20 ms
300 3,3 ms
1.200 833 µs
2.400 417 µs
4.800 208 µs
9.600 104 µs
19.200 52 µs
38.400 26 µs
57.600 17 µs
115.200 8,68 µs
230.400 4,34 µs
460.800 2,17 µs

Das Timingdiagramm zeigt ein Beispiel, wie ein Zeichen übertragen wird. Zunächst liegt der Ruhepegel an. Der Ruhezustand der Übertragungsleitung, der auch mit „Mark“ bezeichnet wird, entspricht dem Pegel einer „logischen 1“. Als Erstes wird das Startbit logisch „0“ („Space“) gesendet, um den Empfänger mit dem Sender synchronisieren zu lassen. Die (zeitliche) Dauer der jeweiligen Bits hängt von der Baudrate ab.

Darauf folgen 5 bis 8 Datenbits (Nutzdaten). Angefangen wird mit den LSB (least significant bit) und beendet mit dem MSB (most significant bit). In diesem Beispiel werden 8 Datenbits gesendet. Nun folgt optional ein Parity-Bit, welches zur Erkennung von Übertragungsfehlern dient. Das Paritätsbit bewirkt, dass bei gerader („EVEN“) Parität immer eine gerade bzw. bei ungerader („ODD“) Parität eine ungerade Anzahl von „1“-Bits übertragen wird. Es gibt also die Möglichkeiten „E“ wie even parity oder „O“ wie odd parity oder kein Parity-Bit entsprechend „N“ wie no parity. Weiterhin kann das Paritätsbit immer gesetzt („M“ wie mark parity) oder immer gelöscht („S“ wie space parity) sein. Abgeschlossen wird die Übertragung mit ein oder zwei Stoppbits logisch „1“. Die folgende Ruhezeit darf beliebig lang sein (hier im Beispiel ist sie ein halbes Bit lang).

Da alle möglichen Variationen in den Standards festgelegt sind, müssen bei beiden Geräten, die an der Kommunikation beteiligt sind, alle Parameter gleich eingestellt sein, damit eine erfolgreiche Kommunikation garantiert werden kann.

Von vielen Geräten werden folgende Einstellungen verwendet: 8 Datenbits, no Parity, 1 Stoppbit, was oft als 8N1 abgekürzt wird. Damit sind für die Übertragung eines Bytes auf der Leitung mindestens 1 + 8 + 1 „Bitdauern" nötig, woraus sich bei 115.200 Bit/s für die Nutzdaten ein Maximaldurchsatz von 92.160 Bit/s (=115.200×8/10 Bit/s) ergibt.

Um ein definiertes Übertragungsverhalten zu erreichen, schreibt die Norm eine maximale Flankensteilheit am Sender und eine (von der Bitrate abhängige) minimale Flankensteilheit im Übergangsbereich -3 V .. 3 V am Empfänger vor.

Leitungslänge und Übertragungsrate

Maximalwerte
max. Baud max. Länge
2.400 900 m
4.800 300 m
9.600 152 m
19.200 15 m
57.600 5 m
115.200 <2 m

Da wegen der verwendeten Spannungsübertragung die Spannung am Empfänger mit zunehmender Leitungslänge (wegen des größer werdenden elektrischen Kabelwiderstandes und der Kabelkapazität) abnimmt, ist die Leitungslänge begrenzt.

Ein weiterer begrenzender Faktor ist die Laufzeit des Signals. Da eine EIA-232-Schnittstelle am Leitungsende nicht mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen werden kann (zu große Verlustleistung), gibt es unweigerlich Leitungsreflexionen. Mit zunehmender Übertragungsrate und Kabellänge stören die Reflexionen immer mehr die Datenübertragung. Die Norm verlangt, dass die Flankensteilheit am Sender den Wert 30 V/µs nicht überschreiten darf, womit die Auswirkung der Reflexionen begrenzt werden.

Ein weiterer Aspekt ist, dass die Signalübertragung nicht differentiell, sondern asymmetrisch (single-ended bzw. unbalanced) erfolgt. Das zu übertragende Signal beinhaltet einen Gleichspannungsanteil und ist deshalb relativ empfindlich auf Gleichtaktstörungen. Solche Störungen können z. B. entstehen durch induktive Einkopplung in die Schleife RxD-Gnd. Weil sich alle Signale auf das gleiche Gnd-Signal beziehen, kann ein Strom auf der Txd-Leitung einen Spannungsabfall auf der Gnd-Leitung erzeugen, welcher zu einer Potentialverschiebung zwischen den beiden Kommunikationspartnern führt und beispielsweise auf der RxD-Leitung gesehen wird und Störungen verursacht.

Laut ursprünglichem Standard ist eine Kabelkapazität von max. 2500 pF zulässig, was bei Standardkabeln einer Kabellänge von max. 15 m (50 Fuß) entspricht. Mit Kabeln, welche eine besonders niedrige Kapazität aufweisen (beispielsweise UTP CAT-5 Kabel mit 55 pF/m), lassen sich konform zur Definition 45 m erreichen. Die nebenstehende Tabelle gibt Erfahrungswerte von Texas Instruments wieder.

Die Probleme der gegenseitigen Beeinflussung über Gnd, fehlender Abschlusswiderstand etc. lassen sich durch eine differentielle Übertragung wie bei RS-485, LVDS etc. beheben.

Verkabelung und Stecker

Um zwei Geräte über die serielle Schnittstelle zu verbinden, müssen die „hörenden“ mit den „sprechenden“ Leitungen verbunden werden. Bei Terminals bzw. Rechnern (DTE – data terminal equipment) sind „sprechende“ Leitungen TxD, RTS und DTR, „hörende“ Leitungen sind RxD, CTS und DSR. Bei Modems (DCE – data circuit-terminating equipment) ist es genau umgekehrt; es gibt die vom Terminal „gesprochenen“ Signale an die Gegenseite weiter und muss daher auf diese „hören“, andersherum werden die von der Gegenstelle „gehörten“ Signale zum Terminal „weitergesagt“.

Die praktische Identifizierung von DTE- und DCE-Geräten ist durch Messung der Spannung zwischen GND und TxD bzw. RxD (Pins 2 und 3, unterschiedliche Belegung 9- und 25-poliger Kabel beachten) möglich.

Messung
zwischen
DTE DCE
GND und TxD −3 … −15 V ca. 0 V
GND und RxD ca. 0 V −3 … −15 V

Namen und Bedeutungen der wichtigsten Signalleitungen. WICHTIG: Leitungsbezeichnungen immer aus Sicht des DTEs (Computers)!

Abkürzung Name Beschreibung Pin-Nr.
25-pol.
Pin-Nr.
9-pol.
Input/Output (vom PC aus gesehen)
  Common Ground Gemeinsame Abschirmmasse (nicht Datenmasse) Pin 1
TxD,TX,TD Transmit Data Leitung für ausgehende (gesendete) Daten. Pin 2 Pin 3 Out
RxD,RX,RD Receive Data Leitung für den Empfang von Daten. Pin 3 Pin 2 In
RTS Request to Send „Sendeanforderung“; Eine logische Null an diesem Ausgang signalisiert der Gegenstelle, dass sie Daten senden kann Pin 4 Pin 7 Out
CTS Clear to Send Eine logische Null an diesem Eingang ist ein Signal der Gegenstelle, dass sie Daten entgegennehmen kann Pin 5 Pin 8 In
DSR Dataset Ready Ein angeschlossenes Gerät signalisiert dem Computer, dass es einsatzbereit (nicht notwendigerweise empfangsbereit) ist, wenn eine logische Null auf dieser Leitung anliegt. Pin 6 Pin 6 In
GND Ground Signalmasse. Die Signalspannungen werden gegen diese Leitung gemessen. Pin 7 Pin 5
DCD,CD (Data) Carrier Detect Ein Gerät signalisiert dem Computer, dass es einlaufende Daten auf der Leitung erkennt Pin 8 Pin 1 In
DTR Data Terminal Ready Über diese Leitung signalisiert der PC dem Gerät, dass er betriebsbereit ist. Damit kann ein Gerät eingeschaltet oder zurückgesetzt werden. (Üblicherweise schaltet ein Gerät z. B. Modem diese Leitung auf DSR durch, wenn es einsatzbereit ist) Pin 20 Pin 4 Out
RI Ring Indicator Das Gerät zeigt dem PC an, dass ein Anruf ankommt („ring“ ist engl. für „klingeln“; besonders bei Modems) Pin 22 Pin 9 In

Weitere Standards

Literatur