La liaison série RS232

3.1) Présentation générale

3.1.1) Historique de la norme RS232C-EIA-232

Le standard de transmission de données séries entres équipements à été développé dans les années 60 par l'EIA (Electronic Industries Association). Il était défini pour la transmission de données de type texte ASCII (codes ASCII : American Standard Code for Information Interchange) entre les systèmes numériques et les modems.

Compte tenu de sa simplicité de mise en oeuvre et des atouts de la communication numérique, l'utilisation de la liaison série fut rapidement généralisée. On la retrouve dans :

- La transmission de données entre ordinateur et périphériques (imprimantes, tables traçantes, souries, claviers, modems, ...)

- La communication entre ordinateurs

- La communication avec tous les systèmes à microprocesseur ou microcontrôleur

 

Le standard RS232 prévoit des formats de transmission synchrone et asynchrone. La transmission asynchrone étant beaucoup plus démocratisé en raison de sa souplesse d'utilisation. Ce standard définit :

- Le format des données transmises

- Le brochage des connecteurs

- Les niveaux de tension du support physique de transmission

- Le protocole d'échange des informations

 

3.1.2) Schéma fonctionnel de la liaison série RS232

Tous les systèmes de transmission numérique par la liaison série RS232 s'organise de la manière suivantes :

On peut répartir les fonctionnalités de la manière suivante :

  • Le système numérique , qui est constitué :

- D'un circuit numérique de type microprocesseur. Son rôle est de stocker ou d'envoyer les données sous forme brute et de gérer le contrôle de flux.

- D'un circuit de reconstitution des trames RS232 (UART : Universal Asynchronous Receiver Transmitter) dont le rôle dest de sérialiser les données à envoyer en respectant le protocole RS232.

  • Le circuit d'adaptation de ligne : Son rôle est de convertir la trame numérique (données sérialisés) en trame électrique, en respectant les niveaux de tension et de courant imposés par la norme du support physique de transmission choisi.
  • Le support de transmission constitué de fils transportant les signaux électriques formant les trames, et des blindages conforme à la norme choisie.

3.1.3) Les modes de transmission RS232

  • Simplex : Mode de transmission unidirectionnel
  • Semiduplex (ou half-duplex) : Mode de transmission bidirectionnel, mais un seul dispositif peut émettre à la fois
  • Full-duplex : Mode de transmission bidirectionnel. Les deux dispositifs peuvent émettrent en même temps

3.2) Le protocole RS232 asynchrone

3.2.1) Format des trames RS232

La sérialisation d'une donnée à envoyer est réalisée par un circuit UART (ou contrôleur RS232). La transmission étant asynchrone, elle s'effectue sans signal d'horloge. Le récepteur peut recevoir sans erreur la donnée série à condition :

  • de détecter le début de la trame transmise
  • de connaître la fréquence de transmission de chaque bit
  • de connaître le format précis de la trame

Ainsi, les UART d'émission et de réception doivent être configurés de manière identique et conformément aux options choisies concernant le format des trames RS232 et la vitesse de transmission. Une trame RS232 est constituée des bits suivants :

  • 1 bit de START : C'est un '0' logique. Lorsque la ligne est au repos, elle es tau niveau logique '1'. L'émission de ce bit permet au récepteur de détecter le début de la transmission d'une trame, et de se synchroniser avec l'émetter.
  • La donnée de 1 à 8 bits suivant les UART. Il faut savoir que le poids faible de la donnée est transmise en premier.
  • 1 bit de parité (optionnel) : Il permet la détection d'une éventuelle erreur de transmission due à un support défaillant, ou à une perturbation électromagnétique. Le calcul du bit de parité est réalisé par l'UART. On peut distinguer 2 type de parité :
    • La parité paire : Le nombre de '1' contenus dans l'ensemble donnée et parité doit être un nombre paire
    • La parité impaire : Le nombre de '1' contenus dans l'ensemble donnée et parité doit être un nombre impaire
  • 1 ou 1,5 ou 2 STOP bit : C'est un '1' logique transmis pendant une durée de 1 ou 1,5 ou 2 cycles de transmission. Il permet de maintenir la ligne au repos avanrt la transmission éventuelle d'une nouvelle trame.

 

Voici un exemple : On veut transmettre la donnée 45 en Hexa, avec les conditions suivantes :

- Donnée de 7 bits

- Parité paire

- 2 bits de STOP

45 en Hexa correspond à 1000101 en binaire. Voici donc le chronogramme de la trame logique :

3.2.2) Synchronisation entre émetteur et récepteur

Le récepteur détecte la trame grâce au premier front descendant apparaissant après un état de repos de la ligne. Ce front correspond au début du bit de START. La lecture des bits qui constituent la trame est réalisée à un interval de temps réguliers définis en fonction de la vitesse de transmission choisie. L'émetteur et le récepteur doivent donc être configurés avec la même vitesse de transmission. On fixe cette valeur en fonction des performances requises à des valeurs généralement conformes aux transmission standard : 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Bauds. (Bauds = Bits par secondes)

Cependant, d'autres vitesses de transmission sont possibles en fonction des UART utilisés.

3.3) Caractéristiques électriques du support physique de transmission

3.3.1) Le support physique RS232

Les niveaux de tension appliqués sur la ligne de transmissionsont imposés par des circuits "Drivers de ligne" et lus au niveau du récepteurs par des circuits "Récepteurs de ligne". Les circuits les plus courament utilisés sont :

  • Le MC1488 qui est un driver de ligne
  • Le MC1489 qui es t un récepteur de ligne
  • Le MAX232 qui combine à la fois 2 émetteurs de lignes et 2 récepteurs de ligne

La norme RS232 prévoit la conversion logique électrique suivante :

  • L'état '0' logique : de +5V à +15V en sortie d'émetteur, et de +3V à +25V au niveau du récepteur pour garantir une bonne réception. Ces différences de tensions peuvent êtres duent aux pertes par effet Jouls à cause de la longueur de la ligne (de +5V à +3V), ou une augmentation de tension due aux diverses perturbations électromagnétiques influant sur la ligne de transmission.
  • L'état '1' logique : De -5V à -15V en sortie d'émetteur, et de -3V à -25V au niveau du récepteur pour les mêmes raison que précédement.

Voici donc la correspondance entre la trame logique et la trame électrique pour la même transmission que précédement (envoi de 45 en Hexa)

 

3.3.2) Comparaison des différents supports filaires de transmission

L'EIA a mis au point différentes normes concernant les supports de transmission numériques, afin de permettre une classification des performances en termes de rapidité, longueur de support, ou encore immunité aux bruits électromagnétiques. Parmi les modes de transmission, on distingue les modes de transmission :

  • Asymétrique : Le signal est transmis sur un fil polarisé par rapport à la masse qui est également véhiculée par un fil. La vitesse de transmission et la longueur du cable sont limitées. Ce type de transmission n'est pas utilisé dans les environnement bruités électromagnétiquement, en raison de son manque d'immunités aux parasites.
  • Différentielle : Le signal est transmis sur 2 fils polarisés complémentairement de sorte à créer une boucle de courant moins sensible aux parasites. Cette immunité est encore améliorée lorsque les 2 fils sont fotement couplés électromagnétiquements. C'est le cas de la paire torsadée.