Transmisión
no balanceada (Single Ended, RS232) Vs Transmisión Balanceada (Diferencial,
RS422/485).
Cuando se trasmite información digital en forma
serial a través de cable, en modo punto a punto o multipunto, en donde existe
una computadora central conectada con varias Unidades Terminales Remotas (UTR),
es posible usar dos modos de trasmisión: la trasmisión no balanceada o
"single ended" y la trasmisión balanceada o diferencial.
RS232, TRASMISION BALANCEADA, SINGLE ENDED
Esta norma fue
diseñada para comunicación punto a punto, en donde se tiene una computadora (en
la norma RS232 se le denomina DTE, Data Terminal Equipment) que se encuentra
trasmitiendo hacia un equipo esclavo (en la norma conocido como DCE, Data Communications
Equipment) ubicado a distancias no mayores a 15 metros (aunque en la práctica
alcanza distancias de hasta 50 metros) y a una velocidad máxima de 19,200 bps.
Este tipo de trasmisión se le conoce como "single ended" porque usa
en el cable un solo retorno (GND). Es un modo de trasmisión muy simple, pero
también vulnerable al ruido aditivo en la línea y por esa razón es empleada
para comunicación a distancias cortas.
En general, en la
trasmisión RS232, las cadenas de datos son caracteres ASCII, los cuales
incluyen los códigos de letras, números y signos de puntuación, además de
caracteres especiales. Se trata de un estándar orientado a la trasmisión de
texto.
El formato de
trasmisión de datos en las señales TX y RX del estándar RS232, se muestra en la
figura de abajo. Se trata de una señal serial bipolar, normalmente entre +10 y
-10 volts, con formato asíncrono (explicado más abajo). En el ejemplo se
trasmite el código ASCII de la "A" (01000001). Observe que sigue una
lógica negativa, con un nivel alto para el valor 0 lógico y un nivel bajo para
el 1. El circuito integrado estándar para generar esta señal es el MAX232N.
El bit de inicio
(Start bit) tiene como función proporcionar, mediante el flanco ascendente, la
señal de sincronía para que el circuito receptor pueda muestrear el resto de
los 8 bits de datos. La velocidad de trasmisión define el período de cada
uno de los bits. Por ejemplo, una velocidad de 1200 bps opera con una duración
de 833 us por cada bit. A 9600 bps, se tendrían 104 us por bit.
Al final de la trama
de 8 bits, se generan los llamados bits de paro (Stop bits) cuya función es
regresar la señal al estado bajo para preparar el siguiente flanco ascendente
del bit de inicio. La trasmisión se conoce como "Asíncrona", dado que
no se requiere una señal separada para sincronía, sino que cada caracter
incluye tanto los 8 bits de datos como los bits de inicio y de paro para
establecerla.
En la línea de
tiempo, que va de izquierda a derecha, el bit menos significativo LSB se
trasmite primero y el bit más significativo MSB, al último.
.
Originalmente
la norma RS232 fue diseñada para comunicar a una computadora (DTE) con su módem
para línea telefónica (DCE), pero actualmente se usa también para comunicación
entre dos computadoras, o bien una computadora con un dispositivo periférico.
El puerto serial
DB25-RS232, en su forma original estándar, contaba con 25 señales, se usó desde
los años 60, y fue diseñado para enlazar la computadora y módems externos de
baja velocidad para líneas telefónicas (actualmente casi en obsolescencia).
Posteriormente, el conector DB25 fue reemplazado por el DB9.
Para la conexión se
utiliza un cable con conectores DB9, con nueve señales, como el mostrado en la
figura. Adicionalmente a la señal de datos trasmitidos y recibidos TX, RX, la
norma original RS232 incluye definiciones para señales de control (en inglés
"handshake signals") que se usan para varias funciones auxiliares en
el protocolo de envío y recepción de datos, así como para el dignóstico de
fallas.
Actualmente, el
estándar se ha simplificado a las señales de trasmisión TX, recepción RX y
tierra GND, dejando sin utilizarse el resto de las señales. En seguida se
muestra una foto del conector DB9 y la asignación de señales.
Las computadoras personales ya no poseen
conectores DB9 en sus salidas, utilizándose entonces los cables
adaptadores USB-Serial para
su conexión con dispositivos RS232, por ejemplo módems GSM, lectores RFID,
lectores de códigos de barras, etc.
El estándar
serial DB9 es también usado en la actualidad para conectar sistemas
microcontroladores con los siguientes dispositivos:
-módems de radioenlace
-módems GSM
-dispositivos Bluetooth
-sensores infrarrojos
-sistemas RFID
RS422/485,
TRASMISION BALANCEADA, DIFERENCIAL.
Cuando se requieren mayores distancias y velocidades
de trasmisión, entonces deben de emplearse las normas RS422 y RS485. Además,
estas normas permiten también la trasmisión multipunto, es decir una
computadora central conectada con varias UTR. Dado que la computadora central
típicamente tiene como salida la interfaz RS232, se hace necesaria la conexión
de un módulo
convertidor RS232 a RS422/485, para implementar una red.
La trasmisión diferencial permite velocidades de
hasta 10 Mbps, sobre distancias de hasta 1.3 kms. Se usan dos señales para
trasmitir y dos para recibir, además de la tierra, la cual es normalmente
conectada al blindaje del cable. En cada par, viajan la señal de trasmisión y
su complemento. En el receptor, la señal original se obtiene restando una de la
otra. Esta técnica reduce grandemente el ruido generado en la línea, ya que
éste se induce por igual en ambas líneas del par y es al final cancelado. Este
tipo de trasmisión debe de hacerse siempre sobre cable del tipo "par
trensado" (twisted pairs).
RS422
RS422 usa 4 señales
y puede emplearse para comunicación punto a punto o multipunto. En su
aplicación más simple, una computadora central se comunica con una UTR
empleando un protocolo Master-Slave, full dúplex. La electrónica del
convertidor RS232-RS422 es muy simple porque solo se emplean buffers
trasmisores receptores del tipo 75176. Una conexión típica se muestra abajo. La
computadora central se comunica con un convertidor (K422) usando 5 de las
señales de la norma RS232. El convertidor se conecta al dispositivo remoto 422
usando 4 señales y la tierra.
En algunas
aplicaciones, la norma RS422 puede emplearse en redes "multipunto",
es decir, una computadora central comunicándose con varias UTR. En este caso,
pueden usarse dos tipos de protocolos de comunicaciones:
1. El llamado
protocolo "interrogación-respuesta" o "polling" en el cual
la computadora envía mensajes que incluyen la dirección de la UTR a la cual se
envía el mensaje y solamente la UTR que reconoce su dirección responderá.
2. El protocolo del
tipo "reporte espontáneo" en al cual, la UTR inicia la comunicación y
envía su bloque de datos, únicamente cuando ocurra un evento. Por ejemplo, en
el caso de un sistema de control de acceso, el evento ocurre cuando se efectúa
el ingreso de una persona identificada.
En el modo
multipunto, todas las UTR deben de poseer drivers del tipo "tristate"
en sus líneas RXA y RXB que permitan su virtual desconexión de las líneas
cuando no se encuentran trasmitiendo, para permitir el libre flujo de la
información sin interferencias.
RS485
La diferencia
principal entre RS422 y RS485 es el número de señales usadas en el cable de
trasmisión. RS422 usa 4 señales y su tierra, RS485 usa solo 2 señales y su
tierra. RS485 requiere de un protocolo "half dúplex" para operar,
dado que las mismas líneas son usadas tanto para trasmisión como recepción.
Todos los
dipositivos RS485 poseen drivers "tristate" que permiten a las UTR
desconectarse de la línea una vez que trasmitieron su información. Normalmente,
para este fin se usa un circuito temporizador automático habilitado por el
flanco ascendente de la señal de trasmisión. El temporizador habilita el
circuito trasmisor durante el tiempo que dura el mensaje y lo deshabilita al
terminar éste.
Entre las
aplicaciones típicas de la norma RS485, se encuentran los sistemas de control
de acceso, los sistemas distribuídos de control industrial y los sistemas de
seguridad casera. En todos estos casos, varias UTR reportan su información
hacia una computadora central o bien reciben comandos de la misma.
