시리얼 통신

개요

RS232 통신 및 시리얼 통신에 관련된 내용입니다. 시리얼 통신은 주변장치를 통해서 외부와 정보를 교환할 수 있으며 일반적으로 정보를 외부와 교환하는 방법입니다. 마이크로 프로세서로 병렬통신과 직렬통신 2가지로 나눌 수가 있습니다. 일반적으로 컴퓨터와 PLC.HMI 등의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로 고속의 통신속도를 필요로 하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 사용합니다. 이는 대량의 정보를 빠른 시간에 한꺼번에 처리함으로써 컴퓨터나 PLC의 성능을 향상할 수가 있기 때문이고 이것은 데이터 비트 수로써 처리 속도를 나타 냅니다. 하지만 모든 경우에 병렬통신 방식을 사용할 수는 없습니다. 그 이유는 시리얼 통신의 경우 일 저 안 거리 제한이 있습니다. 그리고 애플리케이션 자체가 고속의 통신속도를 필요로 하지 않을 경우도 많기 때문입니다. 이러한 이유로 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때는 직렬통신 방식을 많이 사용합니다. 직렬통신 방식이란 데이터 비트를 1개의 비트단위로 외부로 송수신하는 방식으로써 구현하기가 쉽고, 멀리 갈 수가 있습니다. 기존의 통신선로를 쉽게 활용할 수가 있어 비용의 절감이 크다는 장점이 있다. 직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS-232 등이 있다. 하지만 크게 직렬통신을 구분하면 비동기식 방식과 동기식 방식 2 가지로 나누어진다. 많은 사람들이 비동기식 통신방식을 RS-232로 알고 있는데 실질적으로 RS-232라는 것은 비동기식 통신 컨트롤러에서 나오는 디지털신호를 외부와 인터페이스 시키는 전기적인 신호 방식의 하나일 뿐이다. 일반적으로 RS-232를 비동기식 통신방식으로 인식하고 있는 것도 큰 무리는 없다. 비동기식 통신 컨트롤러를 일반 적으 UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)라 부릅니다. UART에서 나오는 신호는 보통 TTL 신호레벨을 갖기 때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있습니다. 이러한 TTL 신호를 입력받아 노이즈에 강하고 멀리 갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 LINE DRIVER/RECEIVER 라 부르며 이중 대표적인 것이 RS-422 및 RS-485 가 있습니다.

내용

시리얼통신(Serial Communications)의 기본으로 Baud Rate 그리고 초당 비트 BPS. Baud 등의 단위 개념은 19 세기경에 프랑스 Jean Maurice Baudot 씨의 이름에서 유래하였습니다. Baud라고 말한 단위는 원래 변조율이나 1초간 통신선의 신호 변경 회수를 가리키는 단어로서 사용되고 있습니다． 2 개의 시리얼 디바이스를 접속한 경우에는 Baud와 BPS는 사실상 같은 의미입니다. 만약 통신 속도를 19,200 BPS로 통신하고 있다면, 1 초간에 19,200 회 선을 통과한 신호가 변화한다라고 정의할 수 있습니다． 비트 단위 데이터 전송 시리얼통신에서는 1 바이트를 8 개의 비트로 분리해서 한 번에 1 비트씩 통신선로로 전송합니다. 수신 측에서는 통신선로를 통해 수신한 비트들을 조립해서 1 바이트를 만들어내야 하는데 이때 1 바이트의 범위를 식별하기 위하여 사용하는 것이 start bit와 stop bit입니다. 일단 start bit를 송신하면 송신 측에서는 계속해서 데이터비트를 송신합니다． 데이터 비트는 일반적으로 7 또는 8bit를 주로 사용합니다.

Modbus 통신 기기

수신 측 과 송신 측은 이러한 데이터 비트 수와 보오 레이트의 값을 일치하게 설정할 필요가 있는 것입니다． 7 데이터 비트라고 설정되어 있는 경우에는 127 보다 큰 ASCII 값을 보낼 수 없습니다. Hexa 값을 보내기 위해서 8bit 통신을 사용합니다. 데이터를 송출하면 마지막으로 스톱 비트를 보냅니다． 스톱 비트의 값은 1의 값 또는 기호입니다． 기호라면 이전 데이터 비트의 값이 1이라도 확실하게 스톱 비트로서 잡는 것이 가능합니다． 스톱비트의 데이터 길이는 1，1.5，2 비트 중 선택 사용이 가능합니다. Parity Bit, start bit와 stop bit에 의하여 데이터의 단락을 나타내지만，패리티 비트라고 불리는 것을 이용하여 데이터의 구조를 확인하는 경우가 있습니다． 데이터의 송신 중에 데이터에 어떠한 누락이 생기고 있지 않을까 해서 그것을 체크하는 것이 패리티 비트이다． Even parity 짝수，Odd parity 홀수，Mark parity, Space parity, 또는 패리티 없음을 선택할 수 있습니다. 짝수 또는 홀수 패리티를 이용하면 각 데이터 바이트 중의 1의 개수를 헤아리고 보내진 그 수가 짝수 또는 홀수가 되도록 패리티 비트를 송신합니다.

기타 내용

RS-232C 규격으로는 케이블의 길이는 약 150cm로 되어 있습니다． 실드가 불안한 케이블의 경우，외부 환경이 크게 영향을 주며 전기적인 노이즈가 발생하기 쉬운 환경에서는 짧은 케이블을 이용해도 노이즈에 영향을 받습니다． 표준적인 사용 환경에 있어서 24 게이지 와이어의 실용적인 길이를 다음에 나타내는 것입니다.

 

이것 이상의 길이에 이용한 경우는 신호 증폭기나 옵티칼 아이솔레이터 Optical Isolators를 사용합니다. RS-232C는 Recommend Standard number 232의 약어이고, C는 표준 규격의 최신판을 나타내는 것입니다． 거의 대부분의 PC의 시리얼 포트는 RS-232C의 서브 세트 9 핀가 표준 장비되어 있습니다． 풀 규격은 25 pin의 "D"형태 커넥터로，이 중 22 핀을 통신에 사용합니다. 그러나 보통의 PC 통신에서는 이들 대부분의 핀은 공핀으로 사용되지 않는 핀입니다． 대부분의 RS-232C PC 에는 통상 male의 9 핀 "D" 타입 커넥터가 장비되고 있습니다. 최근의 PC는 RS-232C 대신에 USB를 채용하고 있는 경우가 많습니다. 그러나 산업용 등에서 RS-232C를 사용하기 위해서는 RS-232C Adapter를 사용하여야 하는데 강원전자나 기타 변환 아답타 장치를 이용하여 사용할 수 있습니다. DTE는 데이터 단말장치(Data Terminal Equipment)의 약어입니다, DCE는 데이터 통신장치(Data Communications Equipment)의 약어입니다. 이러한 약어를 이해한 것으로 데이터를 송신한 장치와 그 신호를 수신한 장치의 관계를 올바르게 이해할 수 있습니다． 보통 PC는 DTE 장치이고 그 반면에 대부분의 다른 디바이스는 보통 DCE 장치라고 할 수 있습니다. DCE와 DTE 장치 RS-232 스탠더드에서는 DTE 장치는 25 핀의 수커넥터 male 커넥터를 사용합니다. DCE 장치는 25 핀의 female 커넥터를 사용합니다. DTE 장치를 DCE 장치에 접속하는 경우에는 스트레이트 케이블을 사용합니다. 시리얼 통신에는 동기통신과 비 동기 통신의 2 종류의 통신 방식이 이고 동기 통신의 경우，2 개의 디바이스 사이에서 동기를 취하고 그 타이밍에 따라 데이터를 송수신합니다． 데이터의 교환이 없는 사이도 제어용의 신호가 흐르고 있으므로 상대와의 동기를 유지하는 것이 가능합니다．

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실 데이터를 송신한 때는 그것을 수신하고 데이터가 없는 때에는 대기 상태를 나타내는 신호를 교환하고 이처럼 통신이 확립되면 실 데이터를 송수신한 것에 데이터의 시작과 종료를 나타내는 신호가 존재하지 않기 때문에 데이터 전송 속도는 빨라지게 됩니다. PC의 시리얼 포트는 비 동기장치이다. 그러므로 비 동기 시리얼 통신만 지원한다. 동기 Synchronous 통신과 비 동기 Asynchronous 통신 신호선에 대한 설명 TXD - Transmit Data: 비동기식 직렬통신 장치가 외부 장치로 정보를 보낼 때 직렬통신 데이터가 나오는 신호선이 됩니다. 신호선에 대한 설명 RXD - Receive Data로 외부 장치에서 들어오는 직렬통신 데이터를 입력받는 신호선입니다. RTS - Ready To Send는 컴퓨터와 같은 DTE 장치가 모뎀 또는 프린터와 같은 DCE 장치에게 데이터를 받을 준비가 됐음을 나타내는 신호선입니다. CTS - Clear To Send: 모뎀 또는 프린터와 같은 DCE 장치가 컴퓨터와 같은 DTE 장치에게 데이터를 받을 준비가 됐음을 나타내는 신호선 입니다. DTR - Data Terminal Ready: 컴퓨터 또는 터미널이 모뎀에게 자신이 송수신 가능한 상태임을 알리는 신호선이며 일반적으로 컴퓨터 등이 전원 인가 후 통신 포트를 초기화한 후 이 신호를 출력합니다. DSR - Data Set Ready: 모뎀이 컴퓨터 또는 터미널에게 자신이 송수신 가능한 상태임을 알려주는 신호선이며 일반적으로 모뎀에 전원 인가 후 모뎀이 자신의 상태를 파악한 후 이상이 없을 때 이 신호를 출력시키는 것입니다. DCD - Data Carrier Detect: 모뎀이 상대편 모뎀과 전화선 등을 통해서 접속이 완료되었을 때 상대편 모뎀이 캐리어신호를 보내오며 이 신호를 검출하였음을 컴퓨터 또는 터미널에 알려주는 신호선 입니다. RI - Ring Indicator 상대편 모뎀이 통신을 하기 위해서 먼저 전화를 걸어오면 전화벨이 울리게 되고 이때 이 신호를 모뎀이 인식하여 컴퓨터 또는 터미널에 알려주는 신호선이며 일반적으로 컴퓨터가 이 신호를 받게 되면 전화벨 신호에 응답하는 프로그램을 인터럽터 등을 통해서 호출하게  됩니다. RS485 RS-485에 대한 설명. RS-485는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으나 물리적인 코넥터 및 핀에 대한 사양은 아직 규정되어 있지 않습니다. 앞으로 나오는 이들의 내용은 한 예로 규정하여 사용하는 사양이니 이에 대해서 오해가 없으면 한다. RS485인 경우 RS-232 나 RS-422처럼 Full Duplex 가 아닌 Half Duplex 전송방식만 지원하기 때문에 RS-422의 Multi-Drop 모드의 슬레이브처럼 RS-485의 모든 마스터는 TXD 신호를 멀티포인트 버스(RS-485의 모든 마스터가 공유하는 신호라인을 그렇게 부른다.)에 접속 또는 단락 시켜야만 할 뿐만 아니라 RXD 신호 역시 모드에 따라서는 접속, 단락의 제어를 하여야 합니다. RS-485에서는 Echo 모드와 Non Echo 모드 두 가지가 있습니다. RS422에 대한 설명 RS-422는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으며 RS-422에서는 Point To Point 모드와 Multi-Drop 모드 두 가지가 있습니다. Point To Point 모드인 경우 RS-232와 신호선 당 2 개의 라인이 필요한 것만 빼고 사용하는 방법에 있어서 별다른 필요가 없습니다. 하지만 Multi-Drop 모드인 경우는 Stream에 의한 사용 방법이므로 다소 사용법이 복잡하고 일반적으로 사용되는 신호선은 TXD+, TXD-, RXD+ 및 RXD-이고 나머지 신호선은 거의 사용되지 않는 공핀이 됩니다.

 

RS232 설명 RS-232C는 EIA(Electronic Industries Association)에 의해 규정되었으며 그 내용은 데이터단말기(DTE: Data Terminal Equipment)와 데이터통신기(DCE: Data Communication Equipment) 사이의 인터페이스에 대한 전기적인 인수, 컨트롤 핸드쉐이킹, 전송속도, 신호 대기시간, 임피던스 인수 등을 정의하였으나 전송되는 데이터의 포맷과 내용은 지정하지 않으며 DTE 간의 인터페이스에 대한 내용도 포함하지 않습니다. 같은 규격이 CCITT(Consultative Committee for International Telegraph and Telephony)에서도 CCITT V. 24에서 DTE와 DCE 간의 상호 접속회로의 정의, 핀 번호와 회로의 의미에 대해서 규정을 하고 있습니다.