Las interfaces seriales se utilizan en la mayoría de los equipos electrónicos en la actualidad. Algunas de las interfaces seriales originales como RS-232 y RS-485 todavía se usan ampliamente.

Actualmente se utiliza una gran variedad de interfaces de datos en serie. La mayoría se han desarrollado para aplicaciones específicas. Algunos se han vuelto universales, como I2C, CAN, LIN, SPI, Flex, MOST e I2S. Luego está Ethernet y USB y otras interfaces seriales de mayor velocidad como FireWire, HDMI y Thunderbolt. Dos de las interfaces más antiguas son RS-232 y RS-485. Sin embargo, estas interfaces heredadas no son obsoletas ni descontinuadas. Ambas todavía están en uso y en muchas aplicaciones.

El propósito completo de una interfaz en serie es proporcionar una ruta única para la transmisión de datos de forma inalámbrica o por cable. Los buses paralelos todavía se utilizan en algunas aplicaciones. Pero con los datos de alta velocidad tan comunes en la actualidad, una interfaz serie es la única opción práctica para las comunicaciones a cualquier distancia superior a varios metros.

Las interfaces en serie se pueden utilizar para proporcionar niveles lógicos estandarizados desde dispositivos transmisores a receptores, definir el medio de transmisión y los conectores, y especificar tiempos y velocidades de transmisión de datos. En algunos casos, pueden realizar conversiones de serie a paralelo y de paralelo a serie o especificar un protocolo de datos básico.

La definición de niveles lógicos, medios y conectores es parte de la capa física (PHY) o la capa 1 del modelo de red de Interconexión de Sistemas abiertos (OSI). Cualquier función adicional como el manejo de datos es parte de la capa de control de acceso a medios (MAC) o la capa 2 del modelo OSI.

RS-232

Una de las interfaces seriales más antiguas es llamada genéricamente RS -232. Originalmente se estableció en 1962 como un método para conectar equipos terminales de datos (DTE) tales como los teletipos electromecánicos a equipos de comunicaciones de datos (DCE). Con los años, su uso ha incluido conexiones a terminales de video, computadoras y módems. Las primeras computadoras personales incluían un RS-232, llamado puerto serie, para la conexión a una impresora u otro dispositivo periférico. Actualmente, todavía se usa ampliamente en sistemas integrados de desarrollo informático, instrumentos científicos y todo tipo de equipos de control industrial.

El nombre oficial de la norma es Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association EIA / TIA-232-F. La letra F designa la modificación y actualización estándar más reciente. El estándar es esencialmente el mismo que las especificaciones V.24 y V.28 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones.

El estándar define un 1 lógico para un voltaje entre –3 y –25 V y un 0 lógico para un nivel de voltaje entre +3 y + 25 V (ver figura). Los niveles de señal se conocen comúnmente como una marca para la lógica 1 y un espacio para la lógica 0. Los voltajes entre ± 3 V no son válidos, lo que proporciona un gran margen de ruido para la interfaz. Los voltajes de ruido en este rango son rechazados. En la práctica común, los niveles lógicos 0 y 1 son típicamente tan bajos como ± 5 V y tan altos como ± 12 o ± 15 V. Las configuraciones del transmisor y receptor son de un solo extremo (no diferenciales) con una referencia a tierra.

Figura : Los niveles de voltaje definen los caracteres correspondientes a la lógica 1 o marca y la lógica 0 o espacio. Los voltajes entre ± 3 V no son válidos.

El cable usado como medio de transporte puede constar de simple cables paralelos o un par trenzado. La longitud del cable determina la velocidad de datos superior y, en general, no debe exceder los 16 metros. Sin embargo, pueden usarse longitudes de cable mucho más largas con condiciones de baja velocidad de datos. Actualmente, el objetivo principal es utilizar un cable con no más de 2500 pF de capacitancia entre cables. Esto limita la velocidad de datos superior a aproximadamente 20 kbits / s. Debido a los regímenes de datos de baja velocidad utilizadas con esta interfaz, el cable generalmente no se trata como una línea de transmisión formal. Las líneas de transmisión requieren que las impedancias de generador y carga sean coincidentes para eliminar las reflexiones que causan la corrupción de datos.

El estándar definía un conector de 25 pines llamado DB-25, que fue diseñado para transportar una variedad de líneas de control, así como las líneas de transmisión y recepción de datos en serie. Tales conectores rara vez se usan hoy en día. En cambio, se definió un conector de nueve pines llamado DE-9, que actualmente es el estándar de facto (ver figura).

Figura : El popular conector DB9 transporta las señales que se muestran. Los números son los números de pin en el conector.

Originalmente, las velocidades de datos para equipos electromecánicos eran muy lentas. Una velocidad mínima era típicamente de 75 bits / s, pero las velocidades de 150 y 300 bits / s eran comunes. Hoy en día, las velocidades transmisión de datos están definidas por el protocolo utilizado con la interfaz y pueden variar hasta 115.2 kbits / s. Las velocidades de datos típicas son 1200, 2400, 4800, 9.600, 19.200, 38.400 y 115.200 bits / s. La velocidad de transmisión de datos está limitada por la velocidad de respuesta máxima permitida de 30 V / µs (voltios por microsegundo). Para cables cortos de baja capacitancia, las velocidades de datos pueden ser tan altas como varios megabits por segundo con los controladores adecuados.

Muchas conexiones RS-232 son unidireccionales o simplex. Sin embargo, utilizando voltajes especiales de señalización y control disponibles, es posible la operación bidireccional o semidúplex. Los dos dispositivos conectados alternan las operaciones de transmisión y recepción.

Las señales de control en la interfaz definen el protocolo para transmitir y recibir datos. Estas señales le dicen a los dos dispositivos de comunicación cuando están ocupados, transmitiendo, listos y recibiendo. El dispositivo transmisor es el DTE, como una computadora, y el dispositivo receptor es el DCE, como por ejemplo una impresora. Las señales de control utilizadas en el conector común de nueve pines son:

1. Detección de portadora de datos (DCD): el DCE le dice al DTE que está recibiendo una señal de entrada válida.
2. Conjunto de datos preparado (DSR): el DCE le dice al DTE que está conectado y listo para recibir.
3. Recepción de datos (RD): esta es la señal real recibida por el DTE.
4. Requerimiento de envío (RTS): esta señal del DTE le dice al DCE que está lista para transmitir.
5. Transmisión de datos (TD): esta es la señal transmitida desde el DTE.
6. Limpio para enviar (CTS): esta línea del DCE le dice al DTE que está listo para recibir datos.
7. Terminal de datos disponible (DTR): esta línea es del DTE al DCE, lo que indica que está listo para enviar o recibir datos.
8. Indicador de repique (RI): esta línea se usó en conexiones de módem antiguas, pero luego se dejó de usar.
9. Tierra de señal: esta es la conexión a tierra común para todas las señales.

La figura siguiente muestra las conexiones de cable del DTE al DCE. Tenga en cuenta las interconexiones entre los pines de la línea de control. Las señales en estos pines se producen como respuesta a las interacciones entre sí en lo que se llama un proceso de control de flujo o "apretón de manos" (handshaking).

Figura : Esta es una conexión común entre el DTE y los dispositivos DCE. Tenga en cuenta las conexiones en el cable de un conector a otro.

Aunque formalmente no forma parte del estándar RS-232, la mayoría de los dispositivos seriales que usan la interfaz también usan lo que se llama un transmisor receptor asíncrono universal (UART). Este circuito integrado, generalmente separado de los circuitos del controlador de línea y del receptor, implementa un protocolo de comunicaciones básico que implica la transmisión de hasta 8 bits a la vez. El mismo realiza la conversión de serie a paralelo y de paralelo a serie, agregando bits de inicio y parada para indicar el comienzo y el final de una palabra de datos, detección de error de bit de paridad y establecimiento de la velocidad de datos.

Los datos suelen ser caracteres ASCII, pero se puede transmitir cualquier palabra de datos de hasta 8 bits (ver figura). El UART generalmente se puede configurar para manejar diferentes tamaños de palabra (5 a 8 bits), agregar 1, 1.5 o 2 bits de parada e incluir bits pares o impares. Se pueden seleccionar velocidades de datos desde 75 bits /s hasta 115,2 kbits / s.

Figura: Esta es la señal EIA / TIA-232 para transmitir una letra J mayúscula ASCII de 7 bits. Un bit de inicio señala el comienzo del carácter. El LSB es transmitido primero. Se incluye un bit de paridad impar. La transmisión termina con un bit de parada.