Introducción a los Estándares de Comunicación Serie

1. ¿Qué es un DTE y un DCE?

• DTE (Data Terminal Equipment – Equipo Terminal de Datos): Es el dispositivo que genera o consume datos, como un ordenador, una impresora o un terminal. Es la fuente o el destino de la información.
• DCE (Data Communication Equipment – Equipo de Comunicación de Datos): Es el dispositivo que facilita la comunicación entre el DTE y la línea de transmisión, como un módem o un convertidor de interfaz. Se encarga de la transmisión y recepción de datos a través de la red.

2. ¿Cuáles son las principales normas utilizadas en las comunicaciones industriales?

Las principales normas utilizadas en las comunicaciones industriales para la transmisión serie son:

• RS-232
• RS-422
• RS-485

Estándar RS-232C

3. ¿Para qué se utiliza la norma RS-232C a nivel industrial?

La norma RS-232C se utiliza principalmente para comunicar punto a punto diferentes componentes y equipos, especialmente en distancias cortas y entornos con bajo ruido eléctrico.

4. ¿En qué se diferencia la RS-232C de la RS-232D?

La norma RS-232D es una revisión de la RS-232C que incluye nuevas señales destinadas a la especificación de determinadas condiciones de prueba. Utiliza los pines 18 y 25, que en el estándar RS-232C no tenían uso asignado.

5. ¿Qué áreas cubre el estándar RS-232C?

El estándar RS-232C cubre las siguientes áreas:

• Características mecánicas de la interfaz (conectores y pines).
• Paso de señales eléctricas por la interfaz (niveles de tensión).
• Función de cada señal y subconjunto de señales para ciertas aplicaciones.

6. En la parte mecánica, ¿de qué se ocupa la norma RS-232C?

En la parte mecánica, la norma RS-232C se ocupa de:

• La asignación de señales a los 25 contactos del conector (DB-25 o DB-9).
• Especifica qué parte del equipo (DTE o DCE) contiene el conector hembra.
• La longitud máxima recomendada del cable (15 metros).
• La máxima capacidad del cable (2500 pF).

7. Características físicas de la comunicación serie RS-232C: tipo de transmisión, tipo de cable, velocidad, longitud, tensión de los estados.

• Tipo de transmisión: Transmisión simple, serie de punto a punto (simplex o full-duplex asíncrono).
• Tipo de cable: Un único cable referenciado a masa por cada señal de datos.
• Velocidad: <= 20 kbps (kilobits por segundo).
• Longitud: 15 metros (máximo recomendado).
• Tensión de los estados: Es de -3 V a -15 V para el estado lógico ‘1’ (MARK) y de +3 V a +15 V para el estado lógico ‘0’ (SPACE). Comúnmente se utilizan -12 V y +12 V.

8. Explica la función de cada una de las siguientes señales que se interconectan entre el emisor y el receptor:

• CD (Carrier Detect – Detector de Portadora): Indica que el módem ha detectado una portadora de datos de otro módem.
• RX (Received Data – Recepción de Datos): Línea por la que el DTE recibe datos del DCE.
• TX (Transmitted Data – Transmisión de Datos): Línea por la que el DTE envía datos al DCE.
• DTR (Data Terminal Ready – Terminal de Datos Preparado): Señal del DTE al DCE indicando que el terminal está listo para operar.
• SG (Signal Ground – Tierra de Señal): Referencia de tensión común para todas las señales.
• DSR (Data Set Ready – Módem Preparado o Línea de Datos Preparada): Señal del DCE al DTE indicando que el módem está listo para operar.
• RTS (Request To Send – Petición de Envío): Señal del DTE al DCE solicitando permiso para transmitir datos.
• CTS (Clear To Send – Preparado para Transmitir): Señal del DCE al DTE indicando que el módem está listo para recibir datos del DTE.
• RI (Ring Indicator – Indicador de Llamada): Señal del DCE al DTE indicando que se ha detectado una señal de llamada (timbre).

9. ¿Para qué se utiliza la señal GND?

La señal GND (Ground – Tierra) se utiliza para la protección de tierra y también para apantallar un cable, minimizando las interferencias producidas por altos niveles de ruido. Proporciona una referencia común para las tensiones de señal.

10. Proceso seguido para una comunicación siguiendo la norma RS-232C

El proceso típico de comunicación mediante RS-232C (con control de flujo por hardware) es el siguiente:

1. Comprobación de disponibilidad: El emisor y el receptor verifican que están preparados y alimentados, sin errores, mediante las señales DTR (Data Terminal Ready) y DSR (Data Set Ready).
2. Petición de envío: El emisor, queriendo enviar datos, activa la señal RTS (Request To Send) para preguntar al receptor si está preparado para recibirlos.
3. Confirmación de recepción: El emisor espera que el receptor le responda activando la señal CTS (Clear To Send), lo que indica que el receptor está listo para recibir datos.
4. Transmisión de datos: Una vez que el emisor recibe la señal CTS, envía los datos a través del contacto TX (Transmitted Data) al receptor, que los recibe por el contacto RX (Received Data).

Estándar RS-422

11. Características físicas de la comunicación serie RS-422: tipo de transmisión, tipo de cable, velocidad, longitud, tensión de los estados.

• Tipo de transmisión: Full-duplex (transmisión y recepción simultánea).
• Tipo de cable: 2 hilos por cada señal de datos, formando un par diferencial (señal balanceada), referenciados a una masa común.
• Velocidad: Máximo 10 Mbps (megabits por segundo).
• Longitud: Hasta 1200 metros.
• Tensión de los estados: La diferencia de tensión entre los dos hilos es de +6 V a +2 V para el estado lógico ‘1’ y de -2 V a -6 V para el estado lógico ‘0’.

12. ¿Qué ventajas/diferencias presenta la norma RS-422 frente a la RS-232C?

La norma RS-422 presenta varias ventajas y diferencias significativas respecto a la RS-232C:

• Utiliza dos hilos por señal (par diferencial) en lugar de uno referenciado a masa, lo que permite mayor distancia y es menos susceptible al ruido eléctrico.
• El dato recibido se obtiene de la diferencia de tensiones entre los dos hilos (señal balanceada), lo que mejora la inmunidad al ruido.
• Permite mayores distancias de transmisión (hasta 1200 metros) que la transmisión simple de RS-232C.
• Es más inmune al ruido eléctrico debido a su transmisión diferencial.
• Permite una conexión multipunto con hasta 32 equipos (un emisor y múltiples receptores), a diferencia de la conexión punto a punto de RS-232C.
• Soporta comunicación full-duplex.

13. A la hora de montar una red de ordenadores utilizando la norma RS-422, ¿cuáles son las posibilidades de comunicación?

En una red RS-422, las posibilidades de comunicación son:

• La estación primaria (maestro) puede comunicarse directamente con el resto de estaciones (esclavas), tanto para enviar como para recibir datos.
• Las estaciones secundarias (esclavas) no pueden comunicarse directamente entre sí, ni para enviar ni para recibir. Deberán pasar previamente por la estación primaria para cualquier intercambio de datos.

Estándar RS-485

14. Características físicas de la comunicación serie RS-485: tipo de transmisión, tipo de cable, velocidad, longitud, tensión de los estados.

• Tipo de transmisión: Half-duplex (transmisión o recepción, no simultánea).
• Tipo de cable: De 2 hilos referenciados a masa (un par trenzado diferencial).
• Velocidad: Hasta 10 Mbps.
• Longitud: Hasta 1200 metros a 90 kbps. La velocidad disminuye con la longitud.
• Tensión de los estados: La diferencia de tensión entre los dos hilos es de +6 V a +1.5 V para el estado lógico ‘1’ y de -1.5 V a -6 V para el estado lógico ‘0’.

15. ¿Qué significa que la señal está balanceada en las normas RS-422 y RS-485? ¿Qué ventajas presenta?

Que la señal esté balanceada en las normas RS-422 y RS-485 significa que la información se transmite como una diferencia de tensión entre dos hilos o cables (un par diferencial), en lugar de una tensión respecto a una masa común. La señal se envía de forma normal e invertida por cada hilo del par.

Ventajas:

• El dato recibido se obtiene de la diferencia de tensiones entre los dos hilos, lo que permite cancelar el ruido que afecta a ambos hilos por igual.
• Es más inmune al ruido eléctrico, ya que las interferencias electromagnéticas tienden a afectar a ambos hilos del par de manera similar, y al restar las señales, el ruido se anula.
• Permite mayores distancias de transmisión que los sistemas de señalización no balanceada (como RS-232C).

16. A la hora de montar una red de ordenadores utilizando la norma RS-485, ¿cuáles son las posibilidades de comunicación? ¿Cómo se ha solventado esta mejora respecto a la norma anterior RS-422?

En una red RS-485, las posibilidades de comunicación son:

• Permite la comunicación de hasta 32 equipos emisores-receptores en un bus de datos común (configuración multipunto), donde todos pueden comunicarse con todos.

Esta mejora respecto a la norma RS-422 se ha solventado mediante:

• La inclusión de circuitos transceptores que pueden habilitar o deshabilitar su salida a un tercer estado de alta impedancia. Cuando un equipo está en alta impedancia, es como si estuviera desconectado de la línea, permitiendo que otros dispositivos transmitan sin interferencias.
• Con receptores de alta impedancia (o transceptores de carga unitaria), se pueden conectar hasta 256 equipos en la misma red, superando el límite de 32 unidades de carga estándar.

17. Si se quiere aprovechar la longitud máxima del cable utilizando la norma RS-485, ¿qué velocidad máxima se puede alcanzar? ¿Cómo se puede aumentar la velocidad?

La velocidad y la longitud del enlace en RS-485 están inversamente relacionadas. Para aprovechar la longitud máxima del cable (1200 metros), la velocidad máxima que se puede alcanzar es de aproximadamente 90 kbps.

Si se desea aumentar la velocidad de transmisión, es necesario disminuir la distancia de conexión. Por ejemplo, a 10 Mbps, la longitud máxima del cable se reduce drásticamente a unos pocos metros.

Comparativa de Estándares de Comunicación Serie

18. Completa la siguiente tabla comparativa entre las normas RS-232 y la RS-485 con la máxima información posible: