Umfassende Anleitung zur Spezifikation der seriellen Schnittstelle


Neben dem parallelen Anschluss ist der COM-Anschluss oder der serielle Anschluss eine der herkömmlichen Computer-E / A-Schnittstellen, die sich noch immer auf POS-Systemen, einigen medizinischen Geräten, Laborinstrumenten und anderer alter Hardware befinden. Obwohl in modernen Computern der COM-Anschluss nur begrenzt verwendet wird, können Informationen darüber für viele Nutzer nützlich sein.

Inhalt


  1. Was ist eine serielle Schnittstelle?
  2. Was ist ein virtueller COM-Port?
  3. Serielle Schnittstelle vs parallele Schnittstelle
  4. Wozu wird ein COM-Port verwendet?
  5. COM-Port-Parameter
  6. Was sind die Vorteile der seriellen Datenübertragung?
  7. Arten serieller Schnittstellen
  8. RS232 Standard. Pinbelegung der seriellen Schnittstelle..
  9. Arten serieller Anschlüsse
  10. So testen Sie COM-Ports auf einem Computer

Was ist eine serielle Schnittstelle?


Serielle Schnittstelle

Ein COM-Port ist eine bidirektionale serielle Schnittstelle, über die Daten Stück für Stück gesendet und empfangen werden können.

Die serielle Schnittstelle erschien lange vor der Einführung von PCs der IBM-Architektur. Bei den ersten Computern wurde der COM-Anschluss zum Anschließen von Peripheriegeräten verwendet. Der Anwendungsbereich unterschied sich jedoch etwas von dem des parallelen Anschlusses. Wenn der parallele Anschluss hauptsächlich zum Anschließen von Druckern verwendet wurde, funktionierte der COM-Anschluss (COM steht übrigens für Kommunikation) normalerweise mit Telekommunikationsgeräten wie Modems. Eine serielle Maus sowie andere Peripheriegeräte können jedoch auch über eine serielle Schnittstelle mit einem Computer interagieren.

Heutzutage ist die serielle Kommunikation nicht mehr so häufig wie früher. Der COM-Anschluss wurde durch USB ersetzt - für dessen Implementierung keine besonderen Kenntnisse erforderlich sind. Moderne Kompatibilitätsstandards zwischen seriellen Geräten und ihrer Steuerungssoftware bilden sich jedoch seit geraumer Zeit um das Konzept der COM-Ports, die heute als archaisch gelten.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass anfangs fast alle Geräte, einschließlich GPS-Empfänger, extern waren und die Verbindung zum Computer über ein serielles Kabel hergestellt wurde, das an einen der Hardware-Ports des PCs angeschlossen war. Um die serielle Kommunikation einzurichten, musste ein Benutzer eine korrekte Portnummer und die Geschwindigkeit der Datenübertragung angeben.

Aktuell sind die meisten modernen Computer mit USB-Anschlüssen anstelle von COM-Schnittstellen ausgestattet. Darüber hinaus wurden GPS-Empfänger zunehmend in Geräten installiert, sodass die Kabelverbindung nicht mehr effizient ist.

Was ist ein virtueller COM-Port?


Eine virtueller COM-Port ist ein spezielles Softwarepaket, das eine physische COM-Schnittstelle in der Software emuliert, mit der Sie Ihrem PC serielle Schnittstellen hinzufügen können, ohne zusätzliche physische Hardware wie Erweiterungskarten usw. zu verwenden. Eine virtuelle COM-Schnittstelle ist eine Lösung, wenn ein Mangel an echten seriellen Schnittstellen in Ihrem System vorliegt.

Virtual Serial Port

Dank einer speziellen Software (z.B. Virtual Serial Port Driver, Virtual Serial Over Ethernet, etc.), kann ein serielles Remote-Gerät jetzt auf Ihrem lokalen PC so emuliert werden, dass Sie mit ihm kommunizieren können, als ob es direkt verbunden wäre.

In diesem Fall wird über einen virtuellen COM-Port auf serielle Remote-Peripheriegeräte zugegriffen, der in Ihrem lokalen System von einer speziellen App erstellt wurde. Alle seriellen Apps, die über eine virtuelle serielle Schnittstelle mit einem Remote-Peripheriegerät kommunizieren, erkennen die Schnittstelle als Hardware-Schnittstelle.

Auf diese Weise kann die Kompatibilität zwischen älterer serieller Software und modernen Geräten sichergestellt werden.

Die Art und Weise, wie Sie Ihre COM-Ports verwalten, ändert sich nicht wesentlich. Benutzer müssen die Portkonfigurationen weiterhin wie bei einer physischen seriellen Schnittstelle vornehmen. Ein moderner COM-Anschluss ist jedoch keine sperrige Schnittstelle auf der Rückseite der Systemeinheit mehr, sondern eine vollständige Softwarelösung.

Serielle Schnittstelle gegen parallele Schnittstelle


Serielle und parallele Schnittstellen sind zwei verschiedene Arten von Computeranschlüssen. Im Gegensatz zu einem parallelen (LPT) Port überträgt ein serieller Port Daten Stück für Stück über eine einzelne Leitung und nicht über mehrere Leitungen gleichzeitig. Die Bitfolgen werden in Datenreihen gruppiert, die mit einem Startbit beginnen und mit einem Stoppbit enden. Daher der Name "serielle Schnittstelle".

Serielle Schnittstelle gegen parallele Schnittstelle

Eine serielle Schnittstelle hat zwei Leitungen, über die die tatsächlichen Daten übertragen werden. Sie sind die Leitungen für die Datenübertragung vom Terminal (PC) zum Kommunikationsgerät und zurück. Darüber hinaus gibt es mehrere Steuerleitungen. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, sind serielle Schnittstellen auf einen speziellen Controller-Chip angewiesen, den Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) der eine relativ hohe Datenübertragungsrate unterstützt und 115.000 Baud (Bit/s) erreicht. (Es ist jedoch anzumerken, dass die tatsächliche Datenübertragungsgeschwindigkeit von den Eigenschaften beider Kommunikationsgeräte abhängt.) Darüber hinaus wandelt der UART-Controller parallelen Code in seriellen Code um und umgekehrt..

Serielle Schnittstellen verwenden elektrische Signale mit relativ hoher Spannung: bis zu +15V und -15V. Der logische Nullpegel einer seriellen Schnittstelle beträgt +12V und der logische Nullpunkt beträgt -12V. Ein derart großer Spannungsabfall gewährleistet einen hohen Wert an Geräuschunempfindlichkeit. Andererseits erfordern hohe Spannungen, die von seriellen Schnittstellen verwendet werden, komplexe Schaltungslösungen.

Wo serielle Schnittstellen verwendet werden


Wie wir bereits wissen, wurde der Anwendungsbereich eines COM-Anschlusses durch die Einführung einer schnelleren und kompakteren und übrigens auch seriellen USB-Schnittstelle reduziert. Externe Modems für den Anschluss an einen COM-Port sowie COM-Mäuse werden fast nicht mehr verwendet. Und selten wird jemand zwei Computer mit einem Nullmodemkabel verbinden.

Eine große Anzahl spezialisierter Geräte, darunter verschiedene Barcodescanner, Überwachungskameras und Industrieanlagen, benötigen jedoch immer noch eine serielle Schnittstelle, um eine Verbindung zum Computer herzustellen. Sie können COM-Schnittstellen auch auf vielen Motherboards finden. Mit einer großen Anzahl erschwinglicher Hardware- und Softwarelösungen, die dafür entwickelt wurden, bleibt das RS232-Protokoll erhalten. Im Vergleich zu USB hat ein COM-Anschluss einen wichtigen Vorteil: Der 9600-Bit/s-RS-232-Standardanschluss steuert 15 Meter abgeschirmtes Kabel, während die Länge eines USB-Kabels normalerweise auf 5 Meter begrenzt ist.

Die Hauptparameter eines COM-Ports


Ein COM-Anschluss verfügt über die folgenden Standardfunktionen:

  • Die Basis-E/A-Port-Adresse;
  • IRQ (Interrupt) Nummer;
  • Die Größe eines Informationsblocks;
  • Die Datenübertragungsrate;
  • Paritätserkennungsmodus;
  • Methode der Flusskontrolle;
  • Die Anzahl der Stoppbits.

Was sind die Vorteile der seriellen Datenübertragung?


  • Die serielle Kommunikation erfordert weniger leitende Drähte und reduziert daher die Kosten für die Schnittstelle.
  • Sie unterstützt die Datenübertragung über große Entfernungen.
  • Es werden weniger Kabel verwendet, oft nur eines. Dies führt zu einer einfachen Schnittstelle zwischen Sende- und Empfangsgeräten oder ICs.
  • Serielle Protokolle sind einfach zu implementieren.

Arten serieller Schnittstellen


Es gibt verschiedene Arten von Datenkommunikationsschnittstellen, von denen jede für bestimmte Anwendungen ausgelegt ist, basierend auf den erforderlichen Parametern und der Protokollstruktur. Zu den seriellen Datenschnittstellen gehören CAN, RS-232, RS-485, RS-422, I2C, I2S, LIN, SPI, und SMBus, aber RS-232, RS-485 und RS-422 sind jedoch immer noch die zuverlässigsten und gebräuchlichsten.

Schnittstellen RS-232 RS-422 RS-485
Anzahl Geräte 1 Transmitter
1 Receiver
5 Transmitters
10 Receivers for 1 Transmitter
32 Transmitters
32 Receivers
Protokolltyp duplex duplex half duplex
Maximale Kabellänge ~ 15.25 meters at 19.2 Kbps ~ 1220 meters at 100 Kbps ~ 1220 meters at 100 Kbps
Maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit 19.2Kbps for 15 meters 10Mbps for 15 meters 10Mbps for 15 meters
Signal unbalanced balanced balanced
Min. Eingangsspannung +/- 3V 0.2V differential 0.2V differential
Ausgangsstromstärke 500mA 150mА 250mА

RS232 Standard.
Pinbelegung der seriellen Schnittstelle


RS-232 ist ein Standardkommunikationsprotokoll, das von seriellen Schnittstellen zum Verbinden eines Computers und seines Peripheriegeräts verwendet wird. Diese Norm beschreibt den Prozess des Datenaustauschs zwischen einem Telekommunikationsgerät wie einem Modem und einem Computerterminal. Der RS-232-Standard definiert die elektrischen Eigenschaften von Signalen, ihren Zweck, ihre Dauer sowie die Größe der Steckverbinder und ihre Pinbelegung.

Es sollte auch beachtet werden dass der RS-232-Standard das Protokoll auf der physischen Ebene ist und nicht die Transportprotokolle definiert, die für die Datenübertragung verwendet werden. Die Transportprotokolle können je nach verwendeter Kommunikationsausrüstung und Software variieren.

Arten serieller Anschlüsse eines Computers.


Die meisten Computer, auf denen sich noch eine serielle Schnittstelle befindet, verfügen über einen 9-poligen DB-9-Stecker. Der DB-9-Anschluss befindet sich normalerweise auf der Hauptplatine des PCs. Bei älteren Computern kann er sich jedoch auf einer speziellen Mehrfachkarte befinden, die in den Erweiterungssteckplatz eingesetzt ist. Die ältere Version eines seriellen Steckers ist der 25-polige DB-25.

Im Gegensatz zum parallelen Anschluss sind die Anschlüsse auf beiden Seiten eines seriellen Kabels identisch. Zusätzlich zu den Datenübertragungsleitungen enthält eine serielle Schnittstelle mehrere Dienstleitungen, über die einige Steuerinformationen zwischen dem Terminal (Computer) und dem Telekommunikationsgerät (Modem) übertragen werden können. Obwohl theoretisch nur drei Leitungen ausreichen, damit eine serielle Schnittstelle funktioniert: Daten empfangen, Daten senden und Masse, hat die Praxis gezeigt, dass das Vorhandensein der Dienstleitungen die Kommunikation effizienter, zuverlässiger und schneller macht.

Die Pinbelegung des DB9-Steckers gemäß RS-232-Standard und seine Entsprechung zu den DB-25-Steckerstiften:

DB-9 Pin-Nummer Signal Beschreibung DB-25 Pin-Nummer
1 (DCD) Data Carrier Detect 8
2 (TxD) Transmitted Data 2
3 (RxD) Receive Data 3
4 (DTR) Data Terminal Ready 20
5 (Gnd) Ground 7
6 (DSR) Data Set Ready 6
7 (RTS) Request To Send 4
8 (CTS) Clear To Send 5
9 (RI) Ring Indicator 22
Serielle Port-Signale und Pin-Zuweisungen

GND - Masse, die zweite (gemeinsame) Leitung für alle Signale. (Signale werden immer über zwei Drähte übertragen).

TxD - Transmitted Data, ein asynchroner Kanal zum Senden serieller Daten.

RxD - Received Data, ein asynchroner Kanal zum Empfangen serieller Daten.

RTS- Request To Send, ein Steuersignal, das besagt, dass der Computer Daten hat, die über den TxD-Kanal an das Endgerät gesendet werden sollen.

DTR - Data Terminal Ready, ein Steuersignal, das besagt, dass der Computer (Terminal) bereit ist, mit dem Endgerät zu kommunizieren.

CTS - Clear To Send, ein Steuersignal, das anzeigt, dass das Endgerät bereit ist Daten vom Terminal über den TxD-Kanal zu empfangen. Normalerweise wird dieses Signal vom Endgerät gesetzt, nachdem es das Signal RTS = True (Übertragungsanforderung) vom Computer empfangen hat und bereit ist, Daten zu empfangen. Wenn das Endgerät das Signal CTS = True nicht setzt, wird die Übertragung über den TxD-Kanal nicht gestartet. Dieses Signal wird zur Hardware-Flusskontrolle verwendet.

DSR - Data Set Ready, ein Steuersignal, das besagt, dass das Endgerät alle Einstellungen vorgenommen hat und bereit ist, Daten vom Computer zu senden und zu empfangen..

DCD - Data Carrier Detected, ein Steuersignal, das den Computer (Terminal) über die Erkennung eines anderen Terminals informiert. D.h. das Endgerät, beispielsweise ein Modem, hat ein anderes Modem erkannt, das den Datenaustausch zwischen den Terminals initialisieren möchte. Das Modem setzt ein DCD = True-Signal, das am Eingang des Computers (Terminals) erkannt wird. Wenn das Terminal für den Datenaustausch bereit ist, sollte es seine Bereitschaft anzeigen, indem es ein DTR = True-Signal setzt. Danach beginnt der Datenaustausch zwischen den beiden Terminals.

RI - Ring Indicator, ein Signal, das dem Computer (Terminal) mitteilt, dass das Endgerät ein Anrufsignal empfängt.

So testen Sie den COM-Anschluss eines Computers


Oft muss ein COM-Anschluss geöffnet werden, wenn Sie einen Computer reparieren oder Diagnosen durchführen. Möglicherweise muss auch überprüft werden, ob Ihre serielle Schnittstelle funktioniert. Ein Element zu zerstören ist sehr einfach. In den meisten Fällen werden COM-Ports beschädigt, wenn Benutzer Geräte falsch trennen.

Die einfachste Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit einer COM-Schnittstelle zu überprüfen, besteht darin, eine Maus daran anzuschließen. Dies liefert jedoch kein vollständiges Bild, da der Manipulator nur die Hälfte der acht verfügbaren Signalleitungen verwendet. Nur mit einer dedizierten COM-Port-Sniffer-Softwaree (z.B. Serial Port Monitor) können Sie eine serielle Schnittstelle gründlich testen. Die Liste der besten Sniffer für serielle Daten finden Sie in unserem neuen Handbuch. Es deckt sowohl Software- als auch Hardware-COM-Port-Sniffer-Lösungen ab und unterstreicht die klaren Vorteile, die Sie mit der einen oder anderen Lösung erzielen.

Fazit


Derzeit ist die serielle Schnittstelle kein weit verbreitetes Mittel zur Eingabe/Ausgabe von Informationen. Da es jedoch eine große Anzahl von COM-basierten Geräten gibt, vor allem Telekommunikationsgeräte, sowie dank einiger Vorteile des seriellen RS-232-Datenübertragungsprotokolls ist die serielle Schnittstelle in vielen Lebensbereichen immer noch stark verbreitet.

Virtual Serial Port Driver

Anforderungen: Windows (32-bit und 64-bit): XP(nur Standard)/2003(nur Standard)/2008/ Vista/7/8/10, Windows Server 2012/2016/2019 , 5.5MB Größe
Version 9.0.575 (der 23. Mai, 2019) Versionshinweise
Categorie: Communication Application