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RS232C 概要
RS232Cは、1969年にアメリカのEIA（電子工業会）により公式に策定された、データ端末装置（DTE、例：コンピュータ）とデータ回線終端装置（DCE、例：モデム）間でのシリアル（直列）バイナリデータ交換を定義する包括的な規格です。最新確認されたバージョンは、2002年のTIA/EIA-232-F標準です。これは単なる電圧レベルの規定ではなく、電気的特性（±3～±15Vの論理レベル）、機械的特性（代表的なDB25やDB9コネクタ）、機能的特性（TXD、RXD、RTS、CTSなどの信号線の定義）、そして手順に至るまでを詳細に定めています。その核心となる非同期シリアル通信プロトコル（スタートビット、データビット、パリティビット、ストップビットから成るフレーム構造）は、無数の機器間におけるシンプルかつ信頼性の高い通信の基本形となりました。当初設計された伝送速度は遅く、伝送距離も短く、現代のパーソナルコンピュータではその姿をほぼ見かけなくなったものの、RS232Cは産業オートメーション、組込みシステム開発、計測器制御、簡易的なポイントツーポイント通信などの専門分野で、今なお重要な役割を果たし続けています。
詳細情報
1.RS232Cの電気規格
RS232Cインタフェース上の任意の信号ラインの電圧は負論理の関係にあります。RS232C規格では、論理0を表すために5～15Vの正の電圧を印加し、論理1には-5～-15Vの負の電圧を印加します。受信時には、3V～15Vを論理0、-3V～-15Vを論理1として解釈します。±3V以内の電圧は未定義の遷移領域とされ、これにより受信側で最低2Vの雑音余裕（ノイズマージン）が得られる仕組みです。TTLレベルと互換性がないため、TTL回路に接続するためにレベルシフト回路が必要です。RTS、CTS、DSR、DTR、CD制御ラインレベルの定義：
信号有効=+3V~+15V 信号無効=-3V~-15V
オープンサーキット電圧: 25Vを超えないこと。
ショートサーキット耐性: 信号線が短絡してもドライバが損傷しない電流値（通常100mA以下）。
負荷インピーダンス: 3kΩ～7kΩの範囲。これにより最大ケーブル長（標準15m）が決まる背景。
なぜ負電圧？：当時のTTL回路との互換性確保と、グランドノイズに対する耐性向上が主な理由。
このように、RS232C は 非対称な電圧レベル を使用します。これらの電圧レベルは、ノイズ耐性を向上させるために設計されています。
2.RS232Cの通信
RS232Cは、シリアル通信プロトコルを採用した規格で、同期式通信と非同期式通信がサポートされています。
同期式通信：
RS232C規格それ自体は、非同期通信のような完全な同期通信プロトコルの規格を定義していません。主として、同期通信に必要な物理層とインタフェース信号を定義し、同期通信の「ハードウェア基盤」を提供していますが、データリンク層のプロトコル定義は他の規格に委ねています。同期式通信とは、取り決められた通信速度で、送信側と受信側のクロック信号の周波数と位相が常に一致していることを意味し、通信相手がデータを送受信する際のタイミング関係が完全に一致していることを保証します。同期式通信の利点は、送信する情報のビット数がほぼ無制限であり、1回の通信で送信できるデータ量は数十バイトから数千バイトに及び、通信効率が高いことです。デメリットとしては、通信プロセスが複雑なことです。
非同期式通信：
通常、RS232Cは非同期通信を使用します。非同期通信では、キャラクタ形式でスタートビットとストップビットを設定することで、送信側と受信側の同期をとります。有効なキャラクタが正式に送信される前に、送信機は最初にスタートビットを送信し、次に有効なキャラクタ ビットを送信し、キャラクタの最後にストップ ビットを送信し、スタート ビットからストップ ビットまでがフレームを構成します。非同期シリアル通信では、1ビット幅のデータを1本の回線で伝送し、1バイトのデータを8回に分けて下位ビットから上位ビットの順に一つずつ伝送します。
フレーム構造: スタートビット(1bit) → データビット(5-8bit) → パリティビット(偶数/奇数/無し) → ストップビット(1, 1.5, 2bit)
スタートビット
1ビット時間続く論理 “0” レベルは、文字の送信の開始を示します。
データビット
データ ビットはスタート ビットに続き、通信における実際の有効な情報です。
通常は、5/7/8ビットです。
パリティチェック
パリティ ビットの 1 ビットは奇数または偶数のパリティに使用されます。 パリティビットは必要
ありません。 奇数パリティの場合は、送信データに合計奇数の論理”1″が含まれることを確認する
必要があり、偶数パリティの場合は、送信データに合計偶数個の論理”1″が含まれることを確認する
必要があります。
例: 送信されたデータ ビットが 01001100 であるとします。奇数パリティの場合、奇数パリティ
ビットは “0 “（奇数個の 1 があることを確認してください）、偶数パリティの場合、偶数パリティ
ビットは “1 “（偶数個の 1 があることを確認してください）。
ストップビット
データの終端を表すビットの長さを設定する。通常は、1/1.5/2ビットから選択します。
ボーレート (Baud Rate): 1秒間の信号変化回数。RS232Cではビットレートと等価。代表的な値 (300, 1200, 2400, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps) と選択基準。
RS232C レベルは CPU レベルと一致しないため、RS232C レベルを TTL レベルに変換するレベル変換チップが必要です。
ハードウェアフロー制御(RTS/CTS,DTR/DSR)
データ受信側が制御ラインを有効にすると、データ送信側は受信側にデータを送信できます。
データ受信側に無効な制御ラインがあり、データ送信側はデータの送信を停止します。
ソフトウェアフロー制御(XON/XOFF)
RS232C規格ではソフトウェア流量制御は定義されていませんが、特殊な制御文字（XOFF、XON）を送信することで実現することができます。
データ受信側はXOFF(0x13)を送信し、データ送信側は受信後データの送信を停止します。
データ受信側はXON(0x11)を送信し、データ送信側はそれを受信してからデータの送信を開始します。
全二重（Full Duplex）と半二重（Half Duplex）
RS232C規格における全二重（Full Duplex）と半二重（Half Duplex）は、データ伝送方向の制御方式を定義します。
全二重
データはTXD（送信ライン）とRXD（受信ライン）を介して同時に双方向に伝送されます。方向切り替え制御は不要で、伝送効率が高く、少なくとも3つのライン（TXD+RXD+GND）が必要です。
半二重
データは双方向に伝送できますが、同時に伝送することはできません。通常、データフローの方向を切り替え、時分割双方向通信を実現するために、ハードウェアフロー制御信号RTS/CTSが必要です。理論的には、単線+グランドラインを使用できます。
3.RS232Cの伝送距離
RS-232-C規格では、最大ケーブル長は15メートルと定義されていました。しかし、この規定はEIA-232-DおよびTIA/EIA-232-Eで改訂され、現在は最大容量性負荷2500 pFという形でより正確に規定されています。これは、ケーブルの静電容量に応じて、約15メートルから20メートルのライン長に相当します。RS232Cの長距離通信には信号変換が必要です。インタフェースは、信号線と信号リターン線を使用して共通接地伝送形式を形成する。この共通接地伝送はコモンモード干渉を起こしやすいので、ノイズ耐性は弱い。
4.RS232C信号の変換種類
RS232CとRS485変換：RS485 長距離ネットワークを実現可能。
RS232CとUSB(VCOM)変換：USBシリアル コンバーター。
RS232CとRS422変換：RS232C機器間を最大1200mまで延長することが出来ます。
RS232CとEthernet変換：RS232Cとイーサネットを双方向通信させることが可能です。
RS232Cと光ファイバーの変換：RS232C機器間を最大120Km延長可能です。
RS232CとBluetooth(HID)変換：RS232CからBluetooth(HID)へのインターフェース変換。
RS232CとUSB(HID)変換：RS232C（シリアル）からUSB(HID)へのインターフェース変換。
RS232CとWiFi変換：RS232C 機器をWi-Fiで無線に接続可能なインターフェイスです。
RS232Cマルチプレクサ：１台のRS232C制御器で複数台の機器をコントロール可能です。
5.RS232Cの通信速度
従来の最速通信速度は20Kbpsでしたが、現在は10Mbpsに高速化されています。1,200～115,200 bps が広くサポートされる「事実上の標準範囲」。230,400 bps以上は規格外ですが、現代のUSBシリアル変換チップで対応可能な場合があります。
選択のポイント:
互換性重視: 9,600 bps が最も安全（旧式機器も対応）。
速度重視: 115,200 bps が現代の主流（マイコン開発や産業機器で普及）。
機器の仕様厳守: 接続先機器のマニュアルで指定された値を優先。
6.RS232Cのメリットとデメリット
[メリット]
接続方法が簡単で、デバイス間の通信が便利
ハードウェアフロー制御（RTS/CTS）をサポート
多くの従来型デバイスで採用されている
ポイントツーポイント通信に最適
[デメリット]
通信速度が遅い、通信距離が短い
ノイズの影響を受けやすく、長距離通信では信号減衰が発生する
全二重通信をサポートしているが、半二重通信が主流
コネクタが大きい（DB9/DB25）ため、最新のデバイスには適していない
7.RS232Cの用途
現代のコンピュータには物理的なRS232Cインターフェースが搭載されていません。コンピュータで
RS232Cインターフェースを使用する場合は、USB/RS232Cコンバータを使用する必要があります。
RS232C は、以下のような場面で使用されます：
コンピュータとモデムの接続: インターネット接続やデータ通信に使用されます。
産業用機器の制御: PLC（プログラマブルロジックコントローラ）やセンサーとの通信に使用されます。
組み込みシステムのデバッグ: マイクロコントローラのデバッグや設定に使用されます。
古い周辺機器の接続: マウス、プリンタ、スキャナなどの接続に使用されていました。
8.パラメータ設定
2 台の RS232C マシンが通信する前に、通信パラメータを設定し、送信側と受信側のパラメータを一致させる必要があります。一致しないと通信ができません。
9.ピンの定義
DTEとDCEの違い: コンピュータ＝DTE、モデム＝DCE。>>>RS232Cの DTEとDCEのピン定義<<<
RS232C では、以下のコネクタが使用されます：
・DSub 9ピン: 一般的に使用される小型コネクタ。
・DSub 25ピン: 古い機器で使用される大型コネクタ。
RS232Cケーブルでは、コネクタによって一般的なネジが予めセットされています。
・D-Sub9ピンコネクタ：インチネジ（#4-40）
・D-Sub25ピンコネクタ：ミリネジ（M2.6）
| 9ピンーオスDTE配列 | 9ピンーメスDCE配列 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 番号 | 信号名 | 備考 | 信号方向 | 番号 | 信号名 | 備考 |
| 1 | CD | キャリア検出 | DTE←DCE | 1 | CD | キャリア検出 |
| 2 | RXD | 受信データ | DTE←DCE | 2 | RXD | 送信データ |
| 3 | TXD | 送信データ | DTE→DCE | 3 | TXD | 受信データ |
| 4 | DTR | データ端末レディ | DTE→DCE | 4 | DTR | データセットレディ |
| 5 | GND | 信号用接地又は共通帰線 | - | 5 | GND | 信号用接地又は共通帰線 |
| 6 | DSR | データセットレディ | DTE←DCE | 6 | DSR | データ端末レディ |
| 7 | RTS | 送信要求 | DTE→DCE | 7 | RTS | 送信可 |
| 8 | CTS | 送信可 | DTE←DCE | 8 | CTS | 送信要求 |
| 9 | RI | 被呼表示 | DTE←DCE | 9 | RI | DCEが「着信呼び出し中」を通知 |
| 25ピンーメスDTE配列 | 25ピンーオスDCE配列 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 番号 | 信号名 | 備考 | 信号方向 | 番号 | 信号名 | 備考 |
| 1 | FG | - | - | 1 | FG | - |
| 2 | TXD | 送信データ | DTE→DCE | 2 | TXD | 受信データ |
| 3 | RXD | 受信データ | DTE←DCE | 3 | RXD | 送信データ |
| 4 | RTS | 送信要求 | DTE→DCE | 4 | RTS | 送信可 |
| 5 | CTS | 送信可 | DTE←DCE | 5 | CTS | 送信要求 |
| 6 | DSR | データセットレディ | DTE←DCE | 6 | DSR | データ端末レディ |
| 7 | GND | 信号用接地又は共通帰線 | - | 7 | GND | 信号用接地又は共通帰線 |
| 8 | DCD | キャリア検出 | DTE←DCE | 8 | DCD | キャリア検出 |
| 15 | ST2 | 同期式(BSC)機器にのみ使用 | DTE←DCE | 15 | ST2 | 同期式(BSC)機器にのみ使用 |
| 17 | RXC | 同期式(BSC)機器にのみ使用 | DTE←DCE | 17 | RXC | 同期式(BSC)機器にのみ使用 |
| 20 | DTR | データ端末レディ | DTE→DCE | 20 | DTR | データセットレディ |
| 24 | ST1 | 同期式(BSC)機器にのみ使用 | DTE→DCE | 24 | ST1 | 同期式(BSC)機器にのみ使用 |
10.接続方法
接続タイプ
基本3線式: GND, TxD←→RxD のみ。ハンドシェイクなし（ソフト制御必須）。
ハンドシェイク擬似配線 (Loopback方式): RTS-CTS, DTR-DSRを自己接続。アプリがハンドシェイクを要求する場合に有効。
クロス配線式: RTS-CTS, DTR-DSRも相互接続。より完全なハードウェア制御を実現。
RS232Cケーブルは、クロスケーブルとストレートケーブルに分けられます。
DTEデバイスとDCEデバイス：ストレートケーブル
DCEデバイスとDCEデバイス：クロスケーブル
DTEデバイスとDTEデバイス：クロスケーブル
11.RS232C ケーブル結線図
12.トラブルシューティング大全
- 症状： 受信データが文字化けする
- 原因1： ボーレート不一致 → 両端の設定を厳密に合わせる
- 原因2： データビット/パリティ/ストップビット設定不一致 → 設定見直し
- 原因3： ノイズ混入 → ケーブル短縮・シールド強化・ノイズ源を遠ざける
- 症状： データを送ったが相手から応答がない
- 原因1： ケーブル配線誤り (TxD/RxD逆？) → 配線図と照合
- 原因2： フロー制御設定ミス → RTS/CTS設定の有無、XON/XOFF設定の確認
- 原因3： 相手機器の準備未完了 (DSR/DTR, DCD信号不足) → 信号線接続と状態確認
- 症状： 通信が時々切れる・遅延が発生する
- 原因1： ケーブル長超過/品質不良 → 15m以内の高品質ケーブル使用
- 原因2： フロー制御未使用でのバッファオーバーラン → ハードorソフト制御を有効化
- 原因3： USB変換アダプタのドライバ/チップ不良 → ドライバ再インストール、FTDI製など信頼性の高いアダプタに交換
- USB変換アダプタが認識されない
- 原因1： ドライバ未インストール/不適合 → メーカー公式ドライバをダウンロード再インストール
- 原因2： ポート競合/不良 → 別のUSBポートで試す、デバイスマネージャーで競合解消
- 原因3： アダプタ本体故障 → 別のアダプタでテスト