Neppure le specifiche USB 3.0 riusciranno a sostituire gli standard di dati seriali come RS-232

RS-232 ha superato i 50 anni ma resta parte integrante di tanti nuovi prodotti, nonostante la presenza di standard più aggiornati, come i connettori Universal Serial Bus (USB). Esperti diversi, opinioni diverse. Generalmente però si concorda sul fatto che la familiarità che i tecnici hanno con la RS-232 giochi un ruolo decisivo. Sin dalla sua introduzione nel 1962, la RS-232 è stata definita anche come EIA RS-232, EIA 232 e TIA 232 (rispettivamente acronimi di Electronic Industries Alliance e Telecommunications Industry Association).  Sul sito web di Mouser una semplice ricerca sui prodotti RS-232 (per un approfondimento consultare il seguente link) produce ben 5.750 risultati in categorie che spaziano dai connettori a protezione dei circuiti, soluzioni integrate, semiconduttori, componenti elettromeccanici, optoelettronici, componenti passivi, alimentazione, sensori, test e misurazione, gestione termica, strumenti e forniture, cavi e fili.

La storia dello Standard di interfaccia seriale

RS-232 non è l’unico standard datato a godere di costante popolarità. Fra gli altri troviamo RS-422, RS-423, RS-485, I2C e l’Interfaccia periferica seriale (SPI). Rispetto a questi standard l'USB è relativamente giovane, con uno sviluppo avviato solo nel 1994 da un consorzio di sette aziende. Nel gennaio 1996 avvenne la prima pubblicazione della specifica USB 1.0. La successiva versione USB 1.1 vide lo standard USB prendere ancora più piede. Ad essa seguirono le release di USB 2.0 e USB 3.0, rispettivamente nel 2000 e nel 2008.  Il settore radio di EIA pubblicò RS-232 per la prima volta nel 1962 come standard seriale, per consentire la comunicazione tra data terminal equipment e data communication equipment. Un esempio di come RS-232 venisse originariamente utilizzato è rappresentato dal collegamento tra computer e modem. Il PC IBM originale e altri PC desktop della prima ora disponevano di porte RS-232 come standard. Per restare al passo con l'evoluzione costante di tecnologia e applicazioni, lo standard RS-232 venne revisionato nel 1969, 1986 e infine nel 1997. Queste modifiche consentirono di adottare RS-232 per le macchine da scrivere elettromeccaniche e le loro periferiche, PC e relative periferiche, controllori logici programmabili (PLC) e apparecchiature per l'automazione.  Gli standard RS-422 e RS-423 sono stati sviluppati per ampliare la gamma delle connessioni RS-232 rispettivamente fino a 1.500 m e 1.200 m. RS-422 venne ancora utilizzato da Apple Macintosh fino all’introduzione dell’iMac con porte USB, nel 1998.  Come nel caso di RS-423, anche RS-485 (al seguente link una panoramica sullo standard RS-485) assicura il collegamento tra dispositivi fino a 1200 m. Poiché il driver RS-485 non è costantemente in modalità di trasmissione, può essere utilizzato per implementare reti semplici e lineari a due fili. RS-485 è utilizzato principalmente nei settori dedicati ad automazione, domotica, strumentazione per computer e sistemi di illuminazione.

Perché continuare a utilizzare RS-232?

Allora quali sono le ragioni che spingono i progettisti a utilizzare ancora lo standard RS-232 su nuovi prodotti? Uno dei motivi è dato dal costo. Le implementazioni di RS-232 non richiedono il pagamento di licenze o di abbonamenti. Per contro, per i non membri dell’organizzazione del settore USB, ovvero l’USB implementers forum (USB-IF), la tassa di concessione del logo con marchio registrato USB ammonta a $ 3.500 per due anni, mentre il costo di identificazione per venditori è di $ 5.000.  Applicazioni e velocità costituiscono altri fattori importanti al momento di scegliere uno standard seriale. Il sito web Maxim Integrated cita: “Nonostante lo sviluppo di nuovi standard ad interfaccia digitale, la modesta porta seriale RS-232 resta un sistema assolutamente comune per trasferire dati. Robusta e semplice da utilizzare, l’interfaccia RS-232 rimane un’alternativa interessante alle interfacce digitali più complesse e instabili”.  Lo standard RS-232 specifica un collegamento punto a punto tra due dispositivi che possono supportare una velocità di trasferimento dati fino a 920 kbit/s con una lunghezza cavo massima di 15 metri. Un modo per ovviare alla limitazione di lunghezza è trasmettere i dati con un sistema differente.  RS-422 offre una velocità dati molto più rapida, pari a 10 Mbit/s fino a 10 carichi unitari in configurazione multidrop. L’utilizzo di collegamenti a tensione differenziale rende lo standard ideale per ambienti rumorosi. Anche RS-485 consente velocità dati fino a 10 Mbit/s, ma la sua differenza è insita nel fatto che la modalità di trasmissione può essere disattivata. Questo permette configurazioni multipunto, con trasmittenti e riceventi multiple sulla stessa linea. L’interfaccia bidirezionale RS-485 può supportare una rete di 32 dispositivi. Oggi RS-232 trova utilizzo in diverse applicazioni, soprattutto in sistemi integrati, sistemi di controllo e automazione e reti di computer, mentre standard più moderni come USB dominano il comparto dei PC e di telefonia mobile dagli alti volumi. Gli standard seriali più datati vengono tuttavia ancora integrati nelle nuove applicazioni elettroniche, come ad esempio l'Internet delle Cose (IoT, Internet of Things). La filosofia alla base dell’IoT (qui una panoramica degli articoli sull'IoT) è che tutto è connesso a Internet. Miliardi di sensori e hub necessiteranno connessioni a bassa potenza, affidabili, facili da progettare e realizzare. Gli standard seriali più datati possono essere la scelta ideale per questo tipo di applicazione.  La comunità dei maker, i cosiddetti artigiani digitali, è un altro settore in cui gli standard seriali più datati come RS-232 hanno vissuto un aumento di popolarità. Questo insieme di artisti, hobbisti e appassionati utilizza piccoli computer integrati come Arduino, un sistema caratterizzato da linguaggio di programmazione e ambiente di sviluppo semplici e da un codice campione facilmente disponibile. Mouser.com tiene a magazzino vari tipi di schede Arduino. Queste schede possono essere espanse per offrire funzionalità aggiuntive attraverso varie schede di espansione, acquistabili già preassemblate o montabili autonomamente utilizzando i disegni di riferimento disponibili in download. Il sito di Arduino offre inoltre tutorial approfonditi. Un esempio tratto dal sito Arduino utilizza un chip driver/ricevitore RS-232 monocanale MAX3323 per la comunicazione tra un computer e una connessione seriale software sulla scheda Arduino. Le istruzioni passo-passo illustrano all'utente come costruire la breadboard per ospitare il chip RS-232 e il coding del semplice programma software necessario per la connessione.

 

Figura 1: La configurazione pin MAX220, MAX232 e MAX232A e un circuito operativo tipico.

Figura 1: La configurazione pin MAX220, MAX232 e MAX232A e un circuito operativo tipico.

Potrebbe essere necessario un adattatore RS-232 a USB, come quelli disponibili da FTDI, per collegare una scheda Arduino ai moderni PC a causa della mancanza di una porta RS-232 sul PC. Alcuni problemi legati ai driver con i cavi e diverse versioni di Windows rendono potenzialmente problematica l’interoperabilità. Questo può valere in particolare per un PC con sistema Windows 8.

Confronto di standard seriali obsoleti

Sia RS-422 che RS-485 offrono maggiori performance rispetto a RS-232, in particolare per ciò che riguarda la velocità e la distanza di trasmissione dei dati. Gli standard I2C e SPI consentono prestazioni ancora maggiori.   I2C è stato originariamente sviluppato da Philips Semiconductors (ora NXP) e ampiamente adottato da altri importanti produttori di silicio. Lo standard è un protocollo unilaterale multi-master e multi-slave che può comunicare fino a 3,4 Mbit/s in modalità ad alta velocità, ma solo su una distanza di alcuni metri a causa dei limiti di capacità sulla linea. Anche se lo standard non prevede costi di licenza, è necessario corrispondere una tassa a NXP per l'assegnazione di indirizzi slave. Il System Management Bus (SMBus o SMB) è una derivazione del bus I2C sviluppato da Intel nel 1995. Lo standard differisce da I2C per quanto concerne le aree elettriche, la temporizzazione, i protocolli e le modalità operative. SMBus viene principalmente utilizzato nei PC e nei sistemi integrati per la gestione di componenti semplici, come le ventole. Lo stesso SMBus ha una derivazione, PMBus, che offre maggiore performance e che viene utilizzato principalmente per il controllo digitale dell’alimentazione elettrica.   Infine, l’Interfaccia periferica seriale (SPI) rappresenta un ulteriore passo in avanti in termini di prestazioni, al quale corrisponde tuttavia maggiore complessità, compreso il numero maggiore di pin per il packaging dei circuiti integrati. Le principali applicazioni per la comunicazione SPI sono schede di memoria digitali e display LCD.

Passato, presente e futuro

Questi sono solo alcuni esempi di standard di comunicazione seriale. Molti altri sono entrati e usciti dal mercato. Un esempio è Firewire (qui una panoramica sugli articoli relativamente allo standard Firewire), sviluppato da Apple, che raramente si trova negli attuali sistemi. Gli standard più moderni comprendono USB, Ethernet, Fibre channel, SCSI e le sue varianti, PCI e PCI Express, così come ATA e vari elementi ad esso collegati.  Molti di questi standard contemporanei offrono alta velocità e maggiore performance di trasmissione rispetto ai vecchi standard di tipo RS-232, tuttavia si dimostrano parecchio più complessi da integrare e meno flessibili. RS-232 può operare ad esempio fino a 15 V, mentre con una USB il campo si restringe a 5 V.   Avere standard di comunicazione semplici, flessibili e possibili è quanto chiedono i tecnici, i quali si trovano costantemente a gestire sottosistemi molto più complessi. Molti standard moderni sono entrati e scomparsi dal mercato, oppure hanno trovato le proprie nicchie di settore: la pura semplicità degli standard seriali come RS-232, RS-422 e RS-485 dovrebbe continuare a essere importante per tutti gli ingegneri elettronici per molto tempo a venire.

 

A cura di Mark Patrick, Mouser Electronics

 

 

Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 27 ottobre 2016

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