Transmission série RS232, RS422 et RS485 : les bases

Publié par Nicolas le

Industrie

RS-232, RS-422, RS-485 : connaitre les bases.

Trame RS-232 au PicoScope

Un standard à la vie longue.

Apparus dès les années 1960, ces standards de communication informatique ont connu leur essor avec le développement de l’informatique, comme les liaisons entre ordinateurs ou les liaisons entre un (mini-)ordinateur et des terminaux. Leur utilisation a ensuite investi l’informatique industrielle, jusqu’au monde des PC, qui furent équipés en standard de ces fameux ‘ports COM’.

Aujourd’hui dépassés par les performances des bus USB, des liaisons Ethernet, ils restent toujours employés dans des systèmes propriétaires ou à grande perennité. Même si les PC portables ou de bureautique ne possèdent plus d’interface COM à prises sub-D 9 ou 25 broches, de nombreux PC industriels les proposent (exemple)  et  il existe des interfaces convertisseur USB en RS232 ou en RS422/485.

De nombreux équipements utilisent toujours ces interfaces pour les applications de pilotage informatique : instruments de mesure, automates, PC et serveurs réseau, machines spéciales. 

Le RS-232

Le standard RS-232 permet une communication série, asynchrone et duplex entre deux équipements. Cette communication est basé sur l’octet plutôt que le bit. 

Vitesses et distance

Réglage vitesse RS232La norme définit des vitesses de communication standards de 2400 à 115200 baud, même si d’autres vitesses existent ( 75 baud /1200 baud comme sur  feu les minitels ). Les distances de communication maximales dépendent bien sur de la vitesse choisie et culminent à 60 m en 2400 baud. 

Connectique

Brochage DB9 RS-232Le RS-232 utilise deux lignes de transmission: RxD et TxD ( réception et émission de données ) . De plus, le standard définit deux rôles: DTE ( Data Terminal Equipment ) – le PC par exemple et DCE (Data Communication Equipment ) , à l’origine un modem. En conséquence, le DTE envoie les données sur TxD et les reçoit sur RxD. Avec l’inverse pour le DCE. Lorsque deux DTE sont interconnectés, on a recourt à  un cable “null modem”  pour lesquel les fils TxD et RxD sont croisés. La connectique RS-232 est de type DE-9, 9 broches  ( equiv. DB-9 )  ou DB-25, 25 broches. D’autres broches sont définies, par exemple pour la synchronisation des échanges ( CTS/DTR et DSR/DTR) 

Synchronisation des échanges

Certains (anciens) équipements possèdent des mémoires-tampon de communication trop faibles au regard du débit de données. Ils peuvent  perdre des données, si elles sont saturées.  Une synchronisation des échanges (handshake) règle le problème. Elle est possible sous deux formes :

Matérielle : l’utilisation des lignes CTS/DTR. Cette technique alourdit les cables de 2 fils supplémentaires.

Logicielle : l’envoi de caractères spéciaux en retour: Xon (Ctrl-Q) et Xoff (Ctrl-S). Cela pose problème si le terminal envoie par ailleurs des caractères binaires dont certain peuvent correspondre à ces deux valeurs. 

Protocole

Pour établir une liaison en RS232, il faut tout d’abord s’assurer que les deux appareils partagent la même vitesse asynchrone. Les vitesses étant standardisées, des essais successifs  permette de tester les valeurs une à une pour trouver la bonne. Ensuite, il faut savoir que chaque mot de 7 ou 8 bits est précédé d’un start bit, et suivi en option d’un bit de parité, et d’un bit de stop  ( de longueur pouvant atteindre 1,5 à 2 bit – mais c’est rare)

Niveaux electriques

Un “zero” logique correspond à une tension entre +3 volts à +25 volts et un  “1” par une tension entre −3 V à −25 V  Pratiquement, on trouve des niveaux de +12 V et −12 V.

Il existe également une version TTL du RS232 qui est utilisée pour des liaisons à courte distance entre des cartes qui ne disposent pas de  coupleurs qui convertissent les tensions standard requises par le RS-232.

Le RS-422

Topologie cablage RS-422

Le standard RS-422 s’il est une évolution du RS-232 repose sur une topologie et un support  électrique différents. Au delà d’un système de communication entre deux appareils, le RS-422permet à un appareil d’envoyer des messages jusqu’à 10 récepteurs.  Les lignes électriques unipolaires sont désormais remplacées par des lignes différentielles. Cette caractéristique apporte une meilleure immunité aux perturbations électriques et autorise de plus grandes longueurs de câble. (jusqu’ à 1200 m en 100 Kbit/s). Afin d’atténuer les effets de réflexion sur les extrémités des liaisons longues, on recommande l’utilisation de résistances de charge de 120 ohms. L

Connectique

Les connecteurs utilisés en RS422 sont très souvent des prises DB-25 ( norme RS-530). On trouve aussi du DB9, mais très fréquemment des borniers à vis recevant les fils dénudés.

Le RS-485

RS-485La norme RS-485 ne spécifie que les caractéristiques électriques de l’émetteur et du récepteur (couche physique). Elle ne précise et ne recommande aucun protocole de communication. Elle dérive du RS-422 (paires différentielles, résistances de bout de ligne) le nombre de recepteurs maxi est porté à 32. 

Le point le plus intéressant pour son utilisation est que le RS-485 définit une mise en œuvre sur 2 fils comme alternative aux 4 fils du RS-422. Ainsi cet aspect complété par la possibilité de longues distance a permis le developpement d’applications dans l’industrie avec le controle de process.

Full Duplex, Half-duplex...

Les RS232 et RS422 sont dits “Full-Duplex”, c’est à dire que le système permet une communication dans les deux sens  simultanément  ( exemples : la téléphonie, ou la route à deux voies ). Le mode Half-Duplex permet la communication dans les deux direction, mais dans un seul sens à la fois (exemple: le talkie-walkie ou la voie unique d’un chemin de fer ). Le RS-485 en deux fils devient half duplex.  De ce fait, les couches de protocoles supérieures se chargent de gérer la prise de ligne.

Nombreux protocoles

Le RS-485 ne définit que la couche physique, ce qui donne lieu à de nombreuses variations de mise en oeuvre et de protocole: Profibus, X25, X21, HDLC. Le format  des bit peut changer ( NRZ, Manchester…) le mode asynchrone remplacé par un mode synchrone  (MVB, HDLC), sans parler des couches de protocoles supérieures ( BACnet, ModBus, IEC60870, 3964(R) etc )

En résumé

Les liaisons informatiques série  RS-232, RS-422 et RS-485 quoique anciennes sont toujours employées. Leur mise en oeuvre reste simple et n’est pas limité par un choix informatique ( type d’ordinateur, type de système d’exploitation ). Le RS232 est surtout employé sur des liaisons courtes entre un PC et un appareil. Le RS422 permet de réaliser un réseau de plusieurs machines sur une distance relativement grande. Le RS485 permet aussi de réaliser des réseaux industriels avec une économie de cablage, mais avec une contrainte de gestion temporelle des échanges.

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