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RS-232 e RS-485: caratteristiche e differenze delle celebri interfacce seriali

RS-232 e RS-485: caratteristiche e differenze delle celebri interfacce seriali

Le interfacce di comunicazione seriale vengono utilizzate per mettere in comunicazione due o più dispositivi. Si ritrovano normalmente sui computer IBM, dove spesso vengono indicate semplicemente come porte COM. In questo modo i dati seriali raccolti da dispositivi esterni possono essere convogliati al computer (o ai computer) principali, garantendo così una comunicazione bidirezionale.

I protocolli RS-232 e RS-485 permettono appunto questo tipo di comunicazione seriale tra dispositivi. Quali sono le differenze tra questi due protocolli e le loro diverse applicazioni? Vediamolo nei prossimi paragrafi.

Il protocollo RS-232

Il protocollo RS-232, detto anche TUA-EIA-232, è tra i capostipiti delle interfacce seriali. Introdotto nel 1962 da IBM, è stato per lungo tempo utilizzato in praticamente tutti i computer e le apparecchiature industriali. Anche se oggi questo è stato parzialmente sostituito dall’impiego della porta USB, questo resta comunque il più famoso dei protocolli e quello a cui sono stati ispirati tutti gli altri generati negli anni successivi.

Essendo progettato per controllare la comunicazione seriale, questo viene utilizzato per la gestione dei dati che passano da un DTE (“Data Terminal Equipment”) che sarebbe poi il trasmettitore, ad un DCE (“Data Communications Equipment”), che sarebbe il ricevitore. Con questa interfaccia è consentita dunque la comunicazione tra due soli dispositivi, un master e uno slave e non di più. Il master è il dispositivo che comanda, invia dei segnali o delle richieste allo slave e quest’ultimo risponde.

La lunghezza del cavo e quindi la distanza che può essere coperta per le comunicazioni è di circa 15 metri. Lunghezze maggiori possono essere raggiunte andando ad abbassare la velocità, che però già non è molto elevata e quindi questa è una operazione che in molti sconsigliano.

La comunicazione può avvenire in maniera half-duplex o full-duplex. Quando questa avviene in full-duplex vuol dire che i dati possono essere inviati e ricevuti in simultanea, ovviamente utilizzando due diversi cavi, uno per la trasmissione e uno per la ricezione. Nella modalità half-duplex si utilizza invece una sola linea sia per la trasmissione che per la ricezione dei dati, dunque questa comunicazione risulta più limitata rispetto alla full-duplex, in quanto la trasmissione e la ricezione non possono avvenire in contemporanea.

Il protocollo RS-485

Questo protocollo nasce dall’estensione delle funzioni del protocollo RS-422, a sua volta evoluzione del sopracitato RS-232. La distanza che può essere coperta arriva a oltre 150 metri, e con l’utilizzo di un ripetitore può essere ulteriormente aumentata fino a 1.2 Km. Inoltre i dispositivi che possono essere connessi sono di base 32, ma anche in questo caso l’utilizzo dei ripetitori può portare questa cifra a salire notevolmente, arrivando a 128 o addirittura 255 dispositivi connessi gli uno con gli altri.

Il protocollo RS-485 vede il suo impiego soprattutto in macchinari industriali dove è necessaria una velocità elevata e la connessione di molti devices tra loro. Una delle qualità principali che ha portato al grande successo di questo tipo di interfaccia, è il fatto che essa può avere più di un “master”.

Facendo riferimento al protocollo RS-422, vediamo che questo può sì connettere ben più di due dispositivi (a differenza di RS-232), ma può avere un solo “master”. Il computer centrale è il “master” nella comunicazione, invia i suoi segnali e le sue richieste a uno o più “slave”, ma nessuno “slave” può cominciare spontaneamente la comunicazione se non stimolato da una richiesta del “master”; tantomeno può andare a inviare segnali agli altri dispositivi “slave”.

Il protocollo RS-485 può invece avere più dispositivi “master” oltre al computer centrale. In ogni caso, quando viene inviata una richiesta a un determinato dispositivo “slave”, questo sarà l’unico a rispondere e si dice che gli altri “restano in ascolto”. I dati vengono trasmessi utilizzando segnali diversi per garantire una migliore comunicazione.

Ci sono due tipi di comunicazione possibili in RS-485, denominati a 2 o a 4 fili. Se abbiamo solo due fili operanti avremo una comunicazione di tipo half-duplex, quindi invio e recezione avvengono uno per volta. Se invece abbiamo 4 fili, allora si può operare in modalità full-duplex, avendo così la possibilità di trasmettere e ricevere simultaneamente.

Principali differenze tra porte seriali RS-232 e RS-485

Pur essendo entrambe porte seriali, queste hanno tante caratteristiche differenti e alcune si possono già evincere dalle descrizioni fatte nei paragrafi precedenti. Vediamole più approfonditamente nel dettaglio:

  • i protocolli RS-232 e RS-485 hanno una diversa modalità operativa;
  • la distanza di comunicazione è molto maggiore con l’RS-485, si può arrivare fino a 1200 a fronte dei soli 15 metri della RS-232;
  • hanno un diverso livello di voltaggio. L’RS-485 ha un range di tensione che va da +5V a -5V, mentre per l’RS-232 il voltaggio è nel range +12V…-12V;
  • diverso numero di fili per la comunicazione;
  • un cavo RS-232 è di solito formato da 9 fili e a volte può arrivare anche a 25. Ognuno di essi ha una diversa funzione nella trasmissione dei dati. Un cavo RS-485 ha invece tre/5 fili, due/quattro per la trasmissione e uno per la messa a terra;
  • RS-232 è tipicamente una comunicazione full-duplex, dunque invio e ricezione in contemporanea. RS-485 è invece di solito half-duplex, e per renderlo full-duplex si devono per forza aggiungere dei gruppi di fili.

I diversi utilizzi dei due protocolli

Dalle differenze sopracitate dipendono i diversi impieghi dei due protocolli e il fatto che siano disponibili dei convertitori da RS-232 a RS-485 e viceversa permette anche la coesistenza dei due protocolli. Ormai non troviamo quasi più queste interfacce nei computer e nelle periferiche di uso comune in quanto sono stati sostituiti dalle porte USB, come già accennato in precedenza. Sono però ancora molto usati nei sistemi di monitoraggio industriale o comunque, possono essere utilizzati con dei convertitori laddove ci sono porte USB.

Nonostante le limitazioni di lunghezza dei cavi e del numero di dispositivi connessi, l’RS-232 trova ancora un largo impiego laddove non sono necessarie grandi velocità e la copertura di grosse distanze, ovvero ad esempio nel controllo diretto di alcuni dispositivi industriali. Per quanto riguarda l’RS-485, questo standard è utilizzato laddove è necessaria una velocità maggiore di comunicazione e anche un maggiore numero di device connessi, come ad esempio in sistemi di videosorveglianza con telecamere a circuito chiuso.

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