mini|DB-25-Verbinder, wie vom RS-232-Standard empfohlen mini|9-poliger D-Sub-Stecker mini|9-polige D-Sub-Buchse mini|Der COM-Port am PC ist eine RS-232-Schnittstelle und nach dem PC-99-Standard blaugrün markiert.
RS-232 (Recommended Standard 232) ist ein Standard für eine serielle Schnittstelle, der in den frühen 1960er Jahren vom US-amerikanischen Standardisierungsgremium Electronic Industries Alliance (EIA) erarbeitet wurde und bis in die 2010er Jahre häufig bei Computern vorhanden war.
Anwendung Mainframes und Text-Terminals wurden bis in die frühen 1990er-Jahre unter Zuhilfenahme von Modems durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über die Telefonleitung zusammengeschlossen. Die Datenübertragung zwischen den beiden Systemen erfolgte seriell. Durch den ursprünglichen Verwendungszweck bedingt, weist die Schnittstelle einige Asymmetrien bei der Definition der Steuerleitungen auf, die bei den später üblich gewordenen Anwendungen in völlig anderen Bereichen zu Verschaltungsproblemen führen können.
Aktuelle Verwendungmini|Rückseite eines Heimkino-AV-Receivers von Yamaha aus dem Jahr 2012 – rechts oben ist eine RS-232-Schnittstelle, über die das Gerät zum Teil ferngesteuert werden kann.Yamaha Receiver RX-V Driver 1.0. RTI Home Automation Systems mini|PCIe-Steckkarte mit vier RS-232-Schnittstellen
Weltweit werden immer weniger Geräte mit RS-232-Schnittstelle produziert. Beispiele sind Service- und Konfigurationsanschlüsse bei Geräten wie z. B. Router, Switches, Speichersysteme, Laborgeräte und Point-Of-Sale-Terminals. Alternative serielle Schnittstellen bieten zuverlässigere und schnellere Verbindungsmöglichkeiten. Nur noch wenige PCs werden mit einem COM-Port ausgeliefert, Notebookhersteller bieten diese Ausstattungsoption nahezu gar nicht mehr an. Um Geräte, die eine RS-232-Schnittstelle besitzen, mit Computern ohne diese betreiben und programmieren zu können, gibt es Konverter von USB auf RS-232. Auch Steckkarten mit RS-232-Schnittstellen für PCs werden angeboten.
Viele aktuelle Geräte mit RS-232 nutzen nur drei Adern bzw. Pins (RX, TX, GND), verzichten also auf die Handshake- und Steuerleitungen. Wegen der niedrigen Datenrate, der vergleichsweise geringen Anforderungen an die Verkabelung und des hohen, toleranten Signalpegels ist die RS-232 auch weiterhin verbreitet, wenn es um Störsicherheit und lange Signalverbindungen geht. Sie wird jedoch in dieser Hinsicht von Twisted-pair-Netzwerkkabelverbindungen mit Transformator („Ethernet“) sowie vom RS-485-Standard übertroffen.
Zur Potentialtrennung sowie zur Erhöhung der Störsicherheit werden optische Zwischenstecker angeboten, die ihre Betriebsspannung aus den Signalpegeln beziehen, also keine eigene Stromversorgung benötigen.
ANSI-Norm Die aktuelle amerikanische Version heißt offiziell (ANSI EIA/) TIA-232-F, ist vom Oktober 1997 und enthält Ergänzungen und Bestätigungen bis 2012 (Stand März 2023). Die in den USA und Europa übliche Bezeichnung ist RS-232. Zur Frage der korrekten Bezeichnung siehe den Abschnitt Kennzeichnung von Standards bei EIA – Electronic Industries Alliance.
TIA/EIA-232-F und die vorherige Revision E nehmen für sich in Anspruch, jeweils zur Veröffentlichung vollständig auf die folgenden Standards abgestimmt zu sein:
V.24 – Definition der Signale V.28 – Elektrische Eigenschaften ISO 2110 – 25-poliger Steckverbinder für V.24 und V.28
Definition mini|Prinzipskizze zur Verbindung zweier PCs mittels Modem über das Telefonnetz: RS-232-Verbindungen werden hier jeweils zwischen PC und Modem eingesetzt mini|hochkant=2|Verbindung zweier Datenstationen (Beschriftung in deutscher Terminologie)
RS-232 definiert die Verbindung zwischen dem Terminal (Datenendeinrichtung (DEE), (DTE)) und dem Modem (Datenübertragungseinrichtung (DÜE), (DCE)), was Timing und Spannungspegel betrifft. Als Steckverbinder wurden 25-polige D-Sub-Verbinder empfohlen (nicht vorgeschrieben). Das Übertragungsprotokoll ist nicht Bestandteil des Standards. Allgemein sind die Parameter unter Serielle Datenübertragung erläutert.
Weitere Übertragungsstandards wie RS-422, RS-485 sind in dem Artikel Serielle Schnittstelle zu finden.
Die Übertragung erfolgt in Datenwörtern (Bytes). Ein Wort besteht dabei je nach Konfiguration aus fünf bis neun Bits und kodiert ein einzelnes Zeichen, z. B. einen Buchstaben. Meistens erfolgt die Kodierung gemäß ASCII. Häufig kommen auch ASCII-Steuerzeichen für die Ansteuerung eines Terminals (z. B. VT100) zum Einsatz, die Kodierung ist jedoch nicht Teil des RS-232-Standards. Üblich ist, sieben bzw. acht Datenbits zu übertragen. Jedoch ist beispielsweise auch (nach Anpassung der Signalpegel) die Verarbeitung des 5-bit-Fernschreib-Codes möglich. Eine RS-232-Verbindung arbeitet (bit-)seriell mit je einer Datenleitung für beide Übertragungsrichtungen. Das heißt, die Bits werden nacheinander auf einer Leitung übertragen, im Gegensatz zur parallelen Datenübertragung. Die dafür nötige Seriell-Parallel-Wandlung geschieht meistens in sogenannten UARTs (entweder als integriertes Modul in einem Mikrocontroller oder als Einzelbaustein). Obwohl es zahllose andere serielle Schnittstellenarten gibt, wird RS-232 traditionell „serielle Schnittstelle“ genannt, weil sie früher speziell im PC-Bereich die einzig übliche war. Die Datenübertragung erfolgt asynchron, es existiert also kein gemeinsamer Takt. Jeder Teilnehmer kann bei freier Leitung, zu jedem beliebigen Zeitpunkt, vollständige Datenwörter übertragen. Die Synchronisation in der Übertragung erfolgt durch den Empfänger als sogenannte Wortsynchronisation, also am Anfang durch die Signalflanke des Startbits. Die Synchronisation des Empfängers geschieht mit dem Start der Übertragung auf der Datenleitung, da das Stoppbit bzw. der Ruhezustand auf der Leitung den inversen Pegel zum Startbit aufweist. Der Empfänger synchronisiert sich so in die Mitte der einzelnen Datenbits und tastet die folgenden Bits des Datenwortes mit seiner eigenen Bitrate ab. Damit das funktioniert, dürfen die Bitraten von Sender und Empfänger nur um einige Prozent voneinander abweichen. Jedes übertragene Wort muss somit von einem Startbit (logischer Wert 0) eingeleitet und mit mindestens einem Stoppbit (logischer Wert 1) abgeschlossen werden. Das Stoppbit ist kein Bit im eigentlichen Sinne, sondern bezeichnet die Mindestlänge der Pause bzw. des Ruhezustands. Daher können zwischen zwei Wörtern beliebig viele Stoppbits vorliegen, auch nichtganzzahlige Werte wie 1,5 Stoppbits. Damit ist gemeint, dass die Mindestdauer der Pause der Zeitdauer von 1,5-Bit-Zellen entspricht. Der Grund liegt darin, dass manche UARTs zwischen dem Empfang zweier Wörter eine etwas längere Pause von mehr als einer Bit-Zelle benötigen. Zwischen Start- und Stoppbit(s) werden die eigentlichen Nutzdaten (Datenbits) über die Taktzeit unverändert (NRZ-codiert) übertragen.
mini|hochkant=1.5|Beispielhafter Spannungsverlauf bei serieller Übertragung des Zeichens „K“ (0x4b) mit einem UART und den zulässigen Spannungsbereichen
RS-232 ist eine Spannungsschnittstelle (im Gegensatz z. B. zu einer Stromschnittstelle). Die binären Zustände werden durch verschiedene elektrische Spannungspegel realisiert. Für die Datenleitungen (TxD und RxD) wird eine negative Logik verwendet, wobei eine Spannung zwischen −3 V und −15 V (ANSI/EIA/TIA-232-F-1997) eine logische Eins und eine Spannung zwischen +3 V und +15 V eine logische Null darstellt. Signalpegel zwischen −3 V und +3 V gelten als undefiniert. Bei den Steuerleitungen (DCD, DTR, DSR, RTS, CTS und RI) wird der aktive Zustand durch eine Spannung zwischen +3 V und +15 V dargestellt, der inaktive Zustand durch eine Spannung zwischen −3 V und −15 V. Zu beachten ist jedoch, dass die hier angegebenen (und mehrheitlich benutzten) Bezeichnungen für die Steuerleitungen im Original-Standard so nicht vorkommen. Dort sind lediglich gewisse Schaltungen beschrieben, die diesen Bezeichnungen zwar zugeordnet werden können, im Standard aber anders benannt sind. Die oben angegebenen Spannungen beziehen sich auf die Empfänger (Eingänge). Bei den Sendern (Ausgänge) muss die Spannung mindestens +5 V bzw. −5 V an einer Last von 3 bis 7 kΩ betragen, um genügend Störabstand zu gewährleisten. Üblich ist die Verwendung von +12 V und −12 V. Der ursprüngliche Standard empfahl die Verwendung von 25-poligen Steckverbindern, die zwei unabhängige Datenkanäle (jeweils mit Sende- und Empfangsleitungen) ermöglichten. Mit der Einführung der PCs verbreitete sich die heute meist verwendete Variante mit 9-poligen Verbindern. Als Steckverbindung wurden nach der ursprünglichen Norm 25-polige D-Sub-Stecker für DTE und -Buchsen für DCE benutzt. Da viele der 25 Leitungen reine Drucker- bzw. Terminal-Steuerleitungen aus der elektromechanischen Ära sind, die für die meisten Verbindungen mit moderneren Peripheriegeräten nicht benötigt werden, haben sich heute 9-polige D-Sub-Stecker und -Buchsen etabliert, welche häufig DB-9 (oder korrekter DE-9) genannt werden. Diese waren beim IBM PC/AT ursprünglich als Notlösung zum Platzsparen eingeführt worden (damals ging es darum, den Stecker zusammen mit einer ebenfalls verkleinerten Centronics-Schnittstelle auf einer Steckkarte unterzubringenBild einer ähnlichen Steckkarte von Compaq mit Druckeranschluss und seriellem Port auf dem Slotblech). Der 9-polige Stecker ist daher auch nicht in der RS-232-Norm zu finden, sondern im Standard EIA/TIA-574. Für die RS-232-Datenübertragung werden selten auch noch andere Konnektoren benutzt, wie z. B. Mini-DIN, Modular 8P8C (unkorrekterweise oft als RJ-45 bezeichnet, spezifiziert in EIA/TIA 561) oder komplett firmenspezifische. Zur Vermeidung von Datenverlusten muss der Empfänger die Datenübertragung anhalten können, wenn keine weiteren Daten mehr verarbeitet werden können. Dieser sogenannte Handshake kann auf zwei Arten realisiert werden, entweder softwareseitig über bestimmte Steuercodes oder über spezielle Leitungen (Hardware-Handshake). Beim Software-Handshake sendet der Empfänger zur Steuerung des Datenflusses spezielle Zeichen an den Sender. Entsprechend werden für die Datenübertragung lediglich drei Leitungen (RxD, TxD und GND) benötigt. Diese Art Handshake ist aber nur möglich, wenn die beiden Steuercodes in den Nutzdaten nicht vorkommen. Beim meist verwendeten Xon/Xoff-Protokoll sendet der Empfänger zur Steuerung des Datenflusses spezielle Zeichen an den Sender (Xon = 11h und Xoff = 13h). Beim Hardware-Handshake signalisieren sich die beiden Geräte über zusätzliche Steuer- und Meldeleitungen ihren jeweiligen Status. Ein Minimal-Interface mit Hardware-Handshake besteht beispielsweise aus fünf Leitungen (TxD, RxD, GND, RTS und CTS). Grundsätzlich ist eine Vollduplex-Verbindung möglich, da für Sendung und Empfang getrennte Datenleitungen zur Verfügung stehen. Spezielle Bitraten oder Paritätsverfahren sind im Standard nicht festgelegt.
Der Standard legt keine Bitraten fest, obwohl erwähnt wird, dass er für Übertragungsraten bis 20 kbit/s gedacht ist. Übliche UARTs, die in Verbindung mit der RS-232 verwendet werden, unterstützen Übertragungsraten von 115,2 kbit/s und mehr. Um ein definiertes Übertragungsverhalten zu erreichen, schreibt die Norm eine maximale Flankensteilheit am Sender und eine (von der Bitrate abhängige) minimale Flankensteilheit im Übergangsbereich −3 V…+3 V am Empfänger vor.
Manche Computer (wie der Amiga) akzeptieren als Eingang auch +5 V für Low und 0 V für High, deshalb reicht schon ein einfacher Inverter.
Leitungslänge und Übertragungsrate mini|Ersatzschaltbild Kabel (längshomogene Leitung)
+ Maximalwerte Übertragungsrate (bit/s) Länge (m) 2400 900 4800 300 9600 152 19200 15 57600 5 115200 < 2
Da die Signalqualität mit zunehmender Leitungslänge abnimmt, ist die Leitungslänge begrenzt.