Serielle Schnittstelle (RS-232)

Das RS-232 Übertragungverfahren wurde ursprünglich zur Datenübertragung über Telefonleitung entwickelt. Dabei wurde definiert, daß 8-Bit Datenbytes übertragen werden. Zusätzlich wird am anfang ein Startbit gesendet, das den Anfang eines Bytes Kennzeichnet. Am Ende eines Bytes wird dann noch zusätzlich ein Stopbit gesendet.  D.h. es werden pro Datenbyte 10 Bit gesendet. Der Pegel des Startbits und des Stopbits ist definiert und dient zur sicheren Erkennung der dazwischen liegenden Nutzbits. Zur Übertragung von Nutzdaten hatte man sich auf den ASCII Code (American Standard Code of Information Interchange) festgelegt um die Information unabhängig vom Typ des Datenendgeräts einheitlich zu gestalten. Die Schnittstelle ist zur Bedienung von Modems (Modulator/Demodulator) ausgelegt und enthält etliche Signale speziell für diesen Zweck. Anwendungen wie z.B. Werkstatttester im KFZ Bereich die ebenfalls die Übertragungsart RS-232 verwenden brauchen diese modemspezifischen Signale nicht, sonder kommen mit RD, TD und GND aus. Die Signale werden hier im Detail erklärt.

Begriffe zur RS-232 Verbindung:

DCE  =  Data Communications Equipment. Auf deutsch DÜE (Datenübertragungseinrichtung). Ein anderes Wort für Modem, d.h. das Gerät, das die Daten so umsetzt, daß sie über eine Telefonleitung übertragen werden können. Daten-Übertragungs-Einrichtungen (also Modems und Pegelwandler) sind Geräte, die Signale senden und/oder empfangen und sie ohne Verarbeitung an andere Geräte weiterleiten.

DTE  =  Data Terminal Equipment. Auf deutsch manchmal auch als DEE (Datenendeinrichtung) bezeichnet. Das kann einfach ein Computerterminal einer Mainframeanlage sein (daher kommt auch die Bezeichnung!), ein Drucker, Plotter oder PC etc. etc. Daten-End-Einrichtungen sind Geräte, die Signale senden und/oder empfangen ohne sie weiterzuleiten.

Null Modem  =  Dieser Ausdruck bezeichnet eine RS-232 Kabelverbindung zwischen zwei geräten, die dieses Übertragungsprotokoll benutzen, aber ohne dabei Modems zu verwenden. Z.B. kann das der Fall sein, wenn ein serieller Drucker mit einem PC verbunden wird. Die Kabellänge ist hierbei in der Regel auf 10 Meter begrenzt. Es gibt im Handel jedoch Verstärker, die man zwischenschalten kann und die eine wesentlich längere Kabelverbindung zulassen. Da wie schon erwähnt keine Modems verwendet werden, ist es notwendig auf jeder Seite die modemspezifischen Signale in gewisser Weise miteinander zu verbinden um den Schnittstellen einen Modembetrieb vorzutäuschen. Das Nullmodem ist im Detail weiter unten beschrieben. 

Signalerklärung der RS-232 Schnittstelle:

RD/RX  =  Empfangsdaten. Auf dieser Leitung werden die Datenbits vom Datenterminal (DTE) empfangen.

TD/TX  =  Sendedaten. Auf dieser Leitung werden Daten vom Datenterminal (DTE) gesendet.

CHS GND  =  Gehäusemasse (chassis ground). Das Datenterminal und das Modem müssen eine gemeinsame Masseverbindung haben um Masseschleifen etc zu verhindern.

DSR  =  Data Set Ready. Dieses Signal wird vom Modem ausgegeben und bedeutet, daß das Modem aktiv und betriebsbereit ist, um mit dem Datenterminal zu kommunizieren.

DTR  =  Data Terminal Ready. Dieses Signal wird vom Datenterminal an das Modem ausgegeben nd bedeutet, daß das Datenterminal aktiv und betriebsbereit ist, um mit dem Modem zu kommunizieren.

DCD/CD  =  Data Carrier Detect oder Carrier Detect. Dieses Signal zeigt an, daß die Modems der beiden Seiten über die Telefonleitung miteinander verbunden sind und Daten über diese Verbindung austauschen können.

RTS  =  Request To Send. Dieses Signal wird vom Datenterminal ausgegeben und bedeutet, daß das Terminal Daten übertragen möchte.

CTS  =  Clear To Send. Ist das Antwortsignal des Modems an das Datenterminal auf ein RTS hin und zeigt an, daß das Modem bereit ist die Daten vom Terminal aufzunehmen und auf die Leitung umzusetzen.

SIG GND  =  Signalmasse (signal ground). Diese Masse dient als Referenzpotential für alle  Signale. Je nach Gerät kann das ein von der Gehäusemasse getrenntes Potential sein, oder auch mit ihr verbunden sein.

RI  =  Ring Indicator. Ist ein Signal vom Modem zum Datenterminal, das anzeigt, daß der Telefonanschluß von einem externen Teilnehmer angewählt wurde d.h. daß das Telefon klingelt. Je nach Anwendung wird nach einer bestimmten Anzahl von Klingelimpulsen "abgehoben" (ist im Modem einstellbar).

Anschlußbelegungen:

Draufsicht auf die D-SUB 25 pol. Buchsenleiste

+-------------------------------------+
 \  13 O O O O O O O O O O O O O 1   /
  \  25 O O O O O O O O O O O O 14  /
   +------------------------------+

Draufsicht auf die D-SUB 25 pol. Stiftleiste

+-------------------------------------+
 \   1 + + + + + + + + + + + + + 13  /
  \  14 + + + + + + + + + + + + 25  /
   +------------------------------+

Draufsicht auf die D-SUB 9 pol. Buchsenleiste

+-------------------+
 \  5 O O O O O 1  /
  \  9 O O O O 6  /
   +------------+

Draufsicht auf die D-SUB 9 pol. Stiftleiste

+-------------------+
 \  1 + + + + + 5  /
  \  6 + + + + 9  /
   +------------+
Signal Name Bedeutung Richtung
PC (DEE) < > DÜE
25 pol.
D-SUB
9 pol.
D-SUB
GND Gehäuse - Masse < > 1 -
TxD Sendedaten (Transmit Data) > 2 3
RxD Empfangsdaten (Receive Data) < 3 2
RTS Sender Einschalten (Request to Send) > 4 7
CTS Sender Bereit (Clear to Send) < 5 8
DSR DÜE bereit (Data Set Ready) < 6 6
GND Signal - Masse < > 7 5
DCD Trägerpegel (Data Carrier Detect) < 8 1
DTR Terminal bereit (Data Terminal Ready) > 20 4
RI Ankommender Anruf (Ring Indicator) < 22 9
- Unbelegt - 9, 10, 11,
12, 13, 14,
15, 16, 17,
18, 19, 21,
23, 24, 25
-

Die in dieser Tabelle aufgeführte Steckerbelegung kann gleichzeitig als Verdrahtungsplan für einen Adapter zwischen den beiden Steckertypen dienen.

Datenaustausch über die serielle Schnittstelle:

Dreidraht (Minimal - Verbindung) zwischen DEE (z.B. PC) und DÜE (z.B. Modem):

 DEE                            DÜE
+------------+                 +------------+
| TxD   |  2 |-----------------|  2 |   TxD |
+------------+                 +------------+
| RxD   |  3 |-----------------|  3 |   RxD |
+------------+                 +------------+
| RTS   |  4 |                 |  4 |   RTS |
+------------+                 +------------+
| CTS   |  5 |                 |  5 |   CTS |
+------------+                 +------------+
| DSR   |  6 |                 |  6 |   DSR |
+------------+                 +------------+
| GND   |  7 |-----------------|  7 |   GND |
+------------+                 +------------+
| DCD   |  8 |                 |  8 |   DCD |
+------------+                 +------------+
| DTR   | 20 |                 | 20 |   DTR |
+------------+                 +------------+

Dreidraht (Minimal - Verbindung) zwischen DEE (z.B. PC) und DEE (z.B. Plotter):

 DEE                            DEE
+------------+                 +------------+
| TxD   |  2 |-------\  /------|  2 |   TxD |
+------------+        X        +------------+
| RxD   |  3 |-------/  \------|  3 |   RxD |
+------------+                 +------------+
| RTS   |  4 |                 |  4 |   RTS |
+------------+                 +------------+
| CTS   |  5 |                 |  5 |   CTS |
+------------+                 +------------+
| DSR   |  6 |                 |  6 |   DSR |
+------------+                 +------------+
| GND   |  7 |-----------------|  7 |   GND |
+------------+                 +------------+
| DCD   |  8 |                 |  8 |   DCD |
+------------+                 +------------+
| DTR   | 20 |                 | 20 |   DTR |
+------------+                 +------------+

Um bei Drei-Draht-Verbindungen eine sichere Datenübertragung zu erreichen sollte ein Verfahren verwendet werden bei dem Blöcke übertragen werden und eine Prüfsummenabfrage gemacht wird. Eine andere Möglichkeit ist ein "Software-Handshake" mit dem Xon (ASCII: 11h) / Xoff (ASCII: 13h) Protokoll.

Volle Verbindung (mit Hardware-Hand-Shake) zwischen DEE (z.B. PC) und DÜE (z.B. Modem):

 DEE                      DÜE
+------------+                 +------------+
| TxD   |  2 |-----------------|  2 |   TxD |
+------------+                 +------------+
| RxD   |  3 |-----------------|  3 |   RxD |
+------------+                 +------------+
| RTS   |  4 |-----------------|  4 |   RTS |
+------------+                 +------------+
| CTS   |  5 |-----------------|  5 |   CTS |
+------------+                 +------------+
| DSR   |  6 |-----------------|  6 |   DSR |
+------------+                 +------------+
| GND   |  7 |-----------------|  7 |   GND |
+------------+                 +------------+
| DCD   |  8 |-----------------|  8 |   DCD |
+------------+                 +------------+
| DTR   | 20 |-----------------| 20 |   DTR |
+------------+                 +------------+

Null - Modem - Verbindung

Volle Verbindung (mit Hardware-Hand-Shake) zwischen DEE (z.B. PC) und DEE (z.B. Plotter) Alle anderen Pins sind unbenutzt. Dieses Kabel kann auch zur Verbindung von zwei PCs (z.B. mit LAPLINK) verwendet werden:

 DEE                            DEE
+------------+                 +------------+
| TxD   |  2 |-------\ /-------|  2 |   TxD |
+------------+        X        +------------+
| RxD   |  3 |-------/ \-------|  3 |   RxD |
+------------+                 +------------+
| RTS   |  4 |-------\ /-------|  4 |   RTS |
+------------+        X        +------------+
| CTS   |  5 |-------/ \-------|  5 |   CTS |
+------------+                 +------------+
| DSR   |  6 |-----\     /-----|  6 |   DSR |
+------------+      \   /      +------------+
| GND   |  7 |-----------------|  7 |   GND |
+------------+        X        +------------+
| DCD   |  8 |-----------------|  8 |   DCD |
+------------+      /   \      +------------+
| DTR   | 20 |-----/     \-----| 20 |   DTR |
+------------+                 +------------+

Das gleiche Kabel kann auch als Interlinkkabel für WIN95 und WIN98 benutzt werden. Hier nochmal eine Tabelle bei der auch die 9-poligen Stecker berücksichtigt werden:

DB-9 DB-25   DB-25 DB-9 Signale
3 2 <---> 3 2 Xmit-Recv data
2 3 <---> 2 3 Recv-Xmit data
7 4 <---> 5 8 RTS-CTS
8 5 <---> 4 7 CTS-RTS
1&6 6 <---> 20 4 DSR-DTR
5 7 <---> 7 5 Gnd-Gnd
4 20 <---> 6 1&6 DTR-DSR

Vereinfachte Nullmodemverbindung:

DTR an DSR und DCD der eigenen Schnittstelle. DTR wird gesetzt, wenn das Datenterminal eingeschaltet und bereit ist. Dieses Signal erzeugt nun das DSR Signal was dem Datenterminal vortäuscht, daß das Modem bereit ist. Zusätzlich wird das DTR Signal auch noch mit dem DCD eingang der Schnittstelle verbunden, was dem Datenterminal vortäuscht, daß das Modem Verbindung mit dem Modem der Gegenstelle hat. Dadurch wird dem Datenterminal signalisiert, daß die Verbindung hergestellt ist, und Daten übertragen werden können.

RTS an CTS der eigenen Schnittstelle. Wenn das Datenterminal ein Byte senden möchte, setzt es das RTS Signal und erwartet darauf hin vom Modem das CTS Signal. Werden beide Signale mit einander verbunden, wird der Schnittstelle vorgetäuscht, daß Daten gesendet werden können.

TD an RD der Gegenstelle. Die Sendeleitung des einen Teilnehmers muß mit der Empfangsleitung des anderen Teilnehmers verbunden werden und umgekehrt. Zusätzlich ist noch die Signalmasse sowie möglichst die Gehäusemasse zwischen den beiden Teilnehmern zu verbinden.

Kabelbelegung des Vereinfachten Nullmodems

PC mit 25pol. D-Sub Stecker PC mit 9pol. D-Sub Stecker   Drucker / Plotter mit 25pol. D-Sub Stecker
5 (CTS) 8 (CTS) ----> 6 an 8 an 20 (DTR/DSR/CD)
3 (RD) 2 (RD) <---- 2 (TD)
2 (TD) 3 (TD) ----> 3 (RD)
7 (SIG GND) 5 (SIG GND) <---> 7 (SIG GND)
6 an 8 an 20 (DTR/DSR/CD) Im eigenen Stecker miteinander verbunden. Keine Verbindung zur Gesenseite! 1 an 4 an 6 (DTR/DSR/CD) Im eigenen Stecker miteinander verbunden. Keine Verbindung zur Gesenseite!   4 an 5 (RTS an CTS) Im eigenen Stecker miteinander verbunden. Keine Verbindung zur Gesenseite!

Achtung! In diesem Fall wird das DTR Signal des Druckers auch mit dem CTS Signal der Gegenseite d.h. des PCs verbunden. Dadurch wird erreicht, daß im Falle einer Fehlerbedingung des Druckers (z.B. Papierende) Das CTS des PCs inaktiv wird und keine Daten verloren gehen. Das ist die "Light" Ausführung der vollen Variante mit komplettem Hardware - Handshake.

RS-232 Anschlüsse auf Mainboards

Der serielle Anschluß auf manchen Mainboards (10pol. DIL) wird mit einem Flachbandkabel auf die entsprechenden Buchsen an der Gehäuserückwand gebracht es sind zwei Varianten bekannt.

IBM Belegung:

DIL DB-9 DB-25 Belegung
1 1 8 DCD
6 2 3 RX
2 3 2 TX
7 4 20 DTR
3 5 7 GND
8 6 6 DSR
4 7 4 RTS
9 8 5 CTS
5 9 22 RI
10 10   N/C OR KEY

Everex Belegung:

DIL DB9 DB-25 Belegung
1 1 8 DCD
2 2 3 RX
3 3 2 TX
4 4 20 DTR
5 5 7 GND
6 6 6 DSR
7 7 4 RTS
8 8 5 CTS
9 9 22 RI
10 10   N/C OR KEY

RS-232 Loopback Diagnose

Mit den folgenden Steckerbelegungen kann ein Testadapter aufgebaut werden um die Funktion einer RS-232 Schnittstelle z.B. eines PCs zu überprüfen.

25pol. D-Sub Loopback-Stecker (Buchse)

2 an 3 (TxD an RxD)
4 an 5 an 22 (RTS an CTS an RI)
6 an 8 an 20 (DSR an CD an DTR)

9pol. D-Sub Loopback-Stecker (Buchse)

2 an 3 (TxD an RxD)
7 an 8 an 9 (RTS an CTS an RI)
6 an 1 an 4 (DSR an CD an DTR)

Der Game Port Anschluß (15pol. D-Sub Buchse)

Pin Signal
1 +5V DC
2 Button 4 (A_PB1)
3 Position 0 (A_X)
4 GND
5 GND
6 Position 1 (A_Y)
7 Button 5 (A_PB2)
8 +5V DC
9 +5V DC
10 Button 6 (B_PB1)
11 Position 2 (B_X)
12 GND
13 Position (B_Y)
14 Button 7 (B_PB2)
15 +5V DC











 

 

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