RS-232 통신 인터페이스 설계

RS-232 통신 인터페이스 설계

 

RS-232 통신이란 ?

 

1. RS-232(Recommended Standard 232)

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1) Serial 통신.

- 통신에는 여러 개의 채널을 이용해 여러 비트의 데이터를 한꺼번에 전송하는 병렬 통신과, 하나의 채널을 이용해 한 비트씩 순차적으로 데이터를 전송하는 직렬 통신이 있음

- 병렬통신 – 근거리에서 대용량의 데이터를 전송할 때 유리

- 직렬통신 – 병렬통신과 비교해 상대적으로 장거리에서 고속으로 통신이 가능

- EX) 컴퓨터를 예로 들어 CPU나 메모리와 같이 가까운 거리에서 대용량의 데이터를 한번에 전송해야 하는 컴퓨터 부품 간의 통신은 병렬 통신을 사용, 컴퓨터와 주변기기를 연결할 때와 같이 먼 거리에서 데이터를 전송해야 하는 장치 간의 통신은 직렬 통신을 이용

- RS-232는 대표적인 직렬 통신에 사용되는 통신 인터페이스 중 하나

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2) RS-232 통신

- 연결이 간단하며 기술적인 구현이 쉬워 널리 이용됨

- RS-232는 터미널 단말기와 모뎀의 연결을 위해 사용되었으나, 1960년 미국의 전자 산업 협회 EIA가 통신용 표준으로 규격화 하였음

- RS는 Recommended Standard의 약자로 커넥터는 25핀과 9핀이 있으나, IBM사에서 만든 9핀 커넥터가 더 많이 사용됨

- 현재는 USB의 보급화로 개인 컴퓨터에서는 잘 사용하지 않지만 노이즈에 큰 영향을 받지 않고 먼 곳까지 신호를 전달할 수 있고, 간단하게 사용하는데 유용해 산업, 연구용 장비에서 아직도 많이 사용됨

- 약 10m길이의 케이블까지는 문제없이 데이터 통신이 가능

- RS-232의 짧은 전송 거리와 낮은 전송속도를 보완하기 위해 1975년 RS-422이 발표되었고, RS-232와 RS-422의 확장형 RS-485가 승인되어 사용됨

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2. RS-232 장단점

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1) 장점

- 구현이 단순하고 용이함 : 전송선, 수신선, 접지선 등 최소 3개의 신호선만으로 통신이 가능해 하드웨어 구성이 간단

- 비용이 저렴함 : 복잡한 회로 없이 구현할 수 있어 통신 하드웨어 구성 비용이 적음

- 높은 호환성 : 오래된 표준인 만큼 많은 종류의 기존 장치들과 호환

- 직관적인 통신 방식 : 비동기식 직렬 통신 방식으로, 데이터 비트를 순차적으로 전송하기 때문에 통신 원리를 이해하기 쉬움

- 전기적 신호 강인성: 높은 전압(±3V ~ ±15V)을 사용하기 때문에 신호가 일정 수준의 전기적 노이즈에 강함

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2) 단점

- 통신 거리의 한계 : 통신 속도에 따라 다르지만, 일반적으로 15m 이내의 짧은 거리에서만 안정적인 통신이 가능

- 낮은 통신 속도: 상대적으로 느린 통신 속도를 가지고 있어 대용량 데이터 전송에는 적합하지 않음

- 노이즈에 취약 : 단일 종단(Single-ended) 신호 방식을 사용하여, 긴 케이블이나 전기적 노이즈가 많은 환경에서는 데이터 손상의 위험이 있음

- 1:1 통신만 가능 : 기본적으로 하나의 송신기와 하나의 수신기만 연결할 수 있는 지점 간(Point-to-point) 통신 방식입니다. 여러 장치와 연결하는 것은 불가능

- 높은 전력 소모 : 통신 시 높은 전압을 사용하기 때문에 전력 소모가 큼

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3. RS-232 현대적 위상

RS-232는 오래전부터 사용되어왔지만, 위와 같은 단점들로 인해 최근에는 USB와 같은 더 빠르고 효율적인 통신 기술로 대체되는 추세입니다. 하지만 여전히 산업용 장비 제어나 구형 장치와의 통신 등 특정 환경에서는 그 단순성과 안정성 때문에 유용하게 활용되고 있음

RS-232 핀 구성

RS-232는 주로 9핀으로 사용되며 핀의 번호 및 사진과 같음

- DCD ( Pin 1 ) – Data Carrier Detect

상대편 모뎀이 캐리어 신호를 보내오면 신호를 검출하였음을 알려주는 신호선

- RXD ( Pin 2 ) – Receive Data

외부 장치에서 들어오는 데이터 수신 신호선

- TXD ( Pin 3 ) – Transmit Data

외부 장치로 신호를 보낼 때 데이터 송신 신호선

- DTR ( Pin 4 ) – Data Terminal Ready

자신이 송수신 가능한 상태임을 알리는 신호선

- GND ( Pin 5 )

신호용 접지 핀

- DSR ( Pin 6 ) – Data Set Ready

외부장치에서 자신이 송수신 가능한 상태임을 알려주는 신호선

- RTS ( Pin 7 ) – Ready to Send

장치가 데이터를 받을 준비가 됐음을 나타내는 신호선

- CTS ( Pin 8 ) – Clear to Send

외부장치가 데이터를 받을 준비가 됐음을 나타내는 신호선

- RI ( Pin 9 ) – Ring Indicator

상대편 모뎀이 통신을 위해 전화를 걸면 벨이 울리게 됨

이때 이 신호를 모뎀이 인식하여 터미널에게 알려주는 신호선

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RS-232 Cable

1) 동작모드

- Single Ended란 2개의 도선 신호 전송 방식으로, 데이터가 전달되는 1개의 도선과 1개의 접지 도선으로 이루어진 케이블을 뜻함

- 단일 도선을 통해 데이터가 송신되고, 접지를 통해 수신되며 수신측에서 데이터 값은 접지를 기준으로 측정된 값으로 판단

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2) 전송방식

- 전이중통신이란 Full Duplex를 뜻하며, 두 대의 단말기가 데이터를 송수신하기 위해 동시에 각각 독립된 회선을 사용하는 통신 방식

- 반대로 한 쪽이 송신하는 동안 다른 쪽에서는 수신만 하는 통신 방식을 반이중 통신(Half Duplex)이 있으며, 대표적으로 무전기가 있음

- RS-232 규격 케이블의 권장 길이는 약 15m 이지만, 길이는 Baud Rate에 따라 달라짐.

- 실드가 잘 되어있지 않은 케이블의 경우 외부 환경에 큰 영향을 받음

- 전기적 노이즈가 발생하기 쉬운 환경에서는 짧은 케이블을 사용해도 노이즈 영향을 받을 수 있음

- 표준적인 사용 환경에서의 케이블 길이는 위 표와 같으며, 이보다 더 긴 길이로 사용할 경우 신호 증폭기나 옵티칼 아이솔레이터를 사용

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RS-232 사용이유

- TTL은 2~5V 에서 동작하며, 잡음여유가 1.2V로 비교적 작음

- CMOS는 3.33~5V에서 동작하며, 잡음여유가 1.67V로 TTL에 비해 상당히 큼

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- RS-232 레벨은 TTL 과 CMOS에 비해 잡음여유가 매우 큼