Serielle Schnittstelle

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D-Sub-Stecker einer seriellen Schnittstelle (RS232, 9-polig)

Die serielle Schnittstelle dient dem Datenaustausch zwischen Computern und Peripheriegeräten. Bei einer seriellen Datenübertragung werden die Bits nacheinander (seriell) über eine Leitung übertragen. Wenn ohne nähere Kennzeichnung von einer „seriellen Schnittstelle“ gesprochen wird, ist damit fast immer die CCITT-V.24 bzw. EIA-RS-232-Schnittstelle gemeint. Die Bedeutung und Anordnung der Bits wird bei der RS-232 mit einem sog. UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) oder USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) vorgegeben. Moderne serielle Schnittstellen sind Ethernet, USB, Firewire, CAN-Bus oder RS-485, allerdings werden diese landläufig nicht als serielle Schnittstellen bezeichnet.

Entwicklung[Bearbeiten]

RS-232 entstand ursprünglich in den 1960er Jahren als Schnittstelle für Datenübertragung zu Terminals, die aus Lochstreifenleser und -stanzer sowie einem Eingabegerät, das einem Fernschreiber sehr ähnelte, bestanden. Bildschirmterminals gab es erst viel später, jedoch auch noch bis in die 1980er Jahre hinein, da die Computer in der Regel über keine eigene Bildschirmausgabe verfügten.

Die serielle RS-232-Schnittstelle bediente auch Modems, die zu übertragende Nachrichten auf Telefonleitungen umsetzten. Größte Popularität erlangte diese Schnittstelle zur Vernetzung von Terminals (z. B. VT100) mit Host-Rechnern, insbesondere der Firma DEC. Die RS232-Schnittstelle wurde auch bei CAD-Systemen eingesetzt, um grafische Terminals (Tektronix) mit schnellen Großrechnern zu verbinden.

Da in den 1980er Jahren einzig Telefonleitungen zur Fernübertragung von Daten (z. B. mit BTX) zur Verfügung standen, deren Übertragungsrate auf dem Downlink 1200 und 75 Bit pro Sekunde auf dem Uplink begrenzt war (obere Grenzfrequenz um 3500 Hz), wurde RS-232 entsprechend zugeschnitten. Die einstellbaren Datenraten lagen zwischen 110 und 19200 Bit pro Sekunde. Erst mit der Nutzung als Terminalschnittstelle wuchs das Bedürfnis nach höheren Datenraten. Heute werden im Allgemeinen 19200 Kilobit pro Sekunde angegeben. Bei dieser moderaten Übertragungsgeschwindigkeit kann noch auf die Handshake-Leitungen verzichtet und das XON/XOFF-Protokoll (siehe Datenflusssteuerung) angewendet werden, was den Verkabelungsaufwand zwischen Datenübertragungseinrichtung (DÜE) und Datenempfangseinrichtung (DEE) auf ein Minimum reduziert.

Während die ursprüngliche Schnittstellendefinition 25-polige Stecker bzw. Buchsen vorsah (wegen der vielen Handshake-Signale), wurde in den 1990er Jahren (vor allem beim PC) die Schnittstelle 9-polig realisiert. Man verzichtete dabei auf die Leitungen, die für die synchrone Datenübertragung notwendig waren, da diese Übertragungsart von den häufig eingesetzten UART des Typs i82c50 (und seiner bekannteren Derivate NS16c550) nicht unterstützt wurden.

Für die Übertragung hoher Datenraten auf kurze Entfernung setzte sich dagegen die parallele Schnittstelle (Centronics, ECP, EPP) durch, bevor serielle und parallele Schnittstellen weitgehend durch USB abgelöst wurden.

Standards[Bearbeiten]

Es gibt verschiedene Standards, die serielle Übertragungsarten spezifizieren. Dazu gehören:

  1. Ursprüngliche Schnittstellen-Standards:
    • EIA-232 (RS-232, V.10) – 1962 eingeführte serielle Schnittstelle
    • EIA-422 (RS-422, V.11) – differentielle Transmitter und Receiver
    • EIA-423 (RS-423, V.10) – asymmetrische Schnittstelle ähnlich RS232
    • EIA-485 (RS-485, V.11) – differentielle Transceiver (fälschlich auch als Partyline bezeichnet)
    • Partyline – differentielle Transmitter und Receiver mit jeweils zusätzlicher Masseleitung (6-Draht)
    • Low Voltage Differential Signaling (LVDS, EIA-644) – vgl. RS-422
    • TTY-Schnittstelle (Current-loop)
  2. Kommunikation auf Platinenebene:
    • I²C-Bus – Für Kommunikation innerhalb eines Gerätes, mit einem Daten- und einem Taktsignal z. B. bei Telefonkarten
    • I²S-Bus – Für den Austausch von Audiodaten (Inter-IC Sound interface) z. B. ADC → Signalprozessor → DAC
    • Serial Peripheral Interface (SPI) – Für Kommunikation innerhalb eines Gerätes, mit Daten- und Takt-Signal z. B. Serial-Flash-Speicher
    • 1-Wire-Bus – Für die Kommunikation innerhalb eines Gerätes oder zwischen mehreren proprietären Geräten über eine Datenleitung (z. B. MDE, PDA und Akku)
  3. Kommunikation innerhalb eines Gerätes:
  4. Kommunikation in der Größenordnung 1 bis 10 Meter:
  5. Abstand bis 100 Meter:
    • MIDI – für Musikinstrumente
    • To Host – siehe auch MIDI, MP3
    • DMX – Bühnentechnik, Beleuchtung
    • Sony/Philips Digital Interface (S/PDIF, TOSLINK) – für Audiodaten im Consumer-Bereich
    • AES/EBU (AES3) – für Audiodaten im Studiobereich, siehe auch S/PDIF
  6. Robustere Bussysteme:
  7. Datenbusse im Bereich Avionik:
    • ARINC_429 (Aeronautical Radio Incorporated) – Klassischer Datenbus für Verkehrsflugzeuge
    • ARINC 629: Datenbus für Zivilflugzeuge (Boeing 777), Weiterentwicklung von ARINC 429
    • ARINC 664: Ethernet-Protokoll AFDX für Flugzeuge
    • ARINC 825: Auf CAN basierender Datenbus für Airbus und Boeing

Weblinks[Bearbeiten]