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RS232

個人計算機上的通訊接口之一,由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn),一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口,分別稱為 COM1 和 COM2。

1 概述

  RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustryAssociation)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫,232為標(biāo)識號,C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線,包括一個主通道和一個輔助通道。

  在多數(shù)情況下主要使用主通道,對于一般雙工通信,僅需幾條信號線就可實現(xiàn),如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。

  RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。

  RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時,最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小,通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,因此一般用于20m以內(nèi)的通信。

2 接口標(biāo)準(zhǔn)

  串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展,目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。所以,以RS-232C為主來討論。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題,如信號線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備,因此,它作為一種標(biāo)準(zhǔn),目前已在微機通信接口中廣泛采用。

  在討論RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之前,先說明兩點:

  終端

  首先,RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminalEquipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(DataCommunicateEquipment)而制定的。因此這個標(biāo)準(zhǔn)的制定,并未考慮計算機系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機(更準(zhǔn)確的說,是計算機接口)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然,這個標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定和計算機系統(tǒng)是不一致的,甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了解,我們對RS-232C標(biāo)準(zhǔn)與計算機不兼容的地方就不難理解了。

  收發(fā)

  其次,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”,都是站在DTE立場上,而不是站在DCE的立場來定義的。由于在計算機系統(tǒng)中,往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息,兩者都是DTE,因此雙方都能發(fā)送和接收。

3 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

  RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國電子工業(yè)協(xié)會,RS(recommendedstandard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn),232是標(biāo)識號,C代表RS232的最新一次修改(1969),在這之前,有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有EIARS-422A、EIARS-423A、EIARS-485。這里只介紹EIARS-232C(簡稱232,RS232)。例如,目前在IBMPC機上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。

  電氣特性

  EIA-RS-232C對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。

  在TxD和RxD上:

  邏輯1(MARK)=-3V~-15V

  邏輯0(SPACE)=+3~+15V

  在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上:

  信號有效(接通,ON狀態(tài),正電壓)=+3V~+15V

  信號無效(斷開,OFF狀態(tài),負電壓)=-3V~-15V

  以上規(guī)定說明了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)(信息碼):邏輯“1”(傳號)的電平低于-3V,邏輯“0”(空號)的電平高于+3V;對于控制信號;接通狀態(tài)(ON)即信號有效的電平高于+3V,斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V,也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于3V時,電路可以有效地檢查出來,介于-3~+3V之間的電壓無意義,低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義,因此,實際工作時,應(yīng)保證電平在-3V~-15V或+3V~+15V之間。

  EIARS-232C與TTL轉(zhuǎn)換:EIARS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài),與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此,為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接,必須在EIARS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件,也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換,而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。

  機械特性

  連接器:由于RS-232C并未定義連接器的物理特性,因此,出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器,其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。

 ?。?)DB-25:PC和XT機采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號線,分為4組:

 ?、佼惒酵ㄐ诺?個電壓信號(含信號地SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22

 ?、?0mA電流環(huán)信號9個(12,13,14,15,16,17,19,23,24)

  ③空6個(9,10,11,18,21,25)

 ?、鼙Wo地(PE)1個,作為設(shè)備接地端(1腳)

  注意,20mA電流環(huán)信號僅IBMPC和IBMPC/XT機提供,至AT機及以后,已不支持。

 ?。?)DB-9:

  在AT機及以后,不支持20mA電流環(huán)接口,使用DB-9連接器,作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。DB-9型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此,若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接,必須使用專門的電纜線。

  電纜長度:在通信速率低于20kb/s時,RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m(50英尺)。

  最大直接傳輸距離說明:RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,若不使用MODEM,在碼元畸變小于4%的情況下,DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m(50英尺)。可見這個最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要求,接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定,驅(qū)動器的負載電容應(yīng)小于2500pF。

  接口信號

  RS-232C的功能特性定義了25芯標(biāo)準(zhǔn)連接器中的20根信號線,其中2條地線、4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時信號線,剩下的5根線作備用或未定義。常用的只有10根,它們是:

  (1)聯(lián)絡(luò)控制信號線:

  數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好(Datasetready-DSR)——有效時(ON)狀態(tài),表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。

  數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Dataterminalready-DTR)——有效時(ON)狀態(tài),表明數(shù)據(jù)終端可以使用。

  這兩個信號有時連到電源上,一上電就立即有效。這兩個設(shè)備狀態(tài)信號有效,只表示設(shè)備本身可用,并不說明通信鏈路可以開始進行通信了,能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。

  請求發(fā)送(Requesttosend-RTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù),即當(dāng)終端準(zhǔn)備要接收MODEM傳來的數(shù)據(jù)時,使該信號有效(ON狀態(tài)),請求MODEM發(fā)送數(shù)據(jù)。它用來控制MODEM是否要進入發(fā)送狀態(tài)。

  允許發(fā)送(Cleartosend-CTS)——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù),是與請求發(fā)送信號RTS相應(yīng)的信號。當(dāng)MODEM準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù),并向前發(fā)送時,使該信號有效,通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。

  這對RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中,因配置雙向通道,故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)信號,使其變高。

  接收線信號檢出(ReceivedLinedetection-RLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路,告知DTE準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端(遠地)的MODEM送來的載波信號時,使RLSD信號有效,通知終端準(zhǔn)備接收,并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字量數(shù)據(jù)后,沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(DataCarrierdectection-DCD)線。

  振鈴指示(Ringing-RI)——當(dāng)MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時,使該信號有效(ON狀態(tài)),通知終端,已被呼叫。

 ?。?)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線:

  發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitteddata-TxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM,(DTE→DCE)。

  接收數(shù)據(jù)(Receiveddata-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù),(DCE→DTE)。

 ?。?)地線:

  GND、Sig.GND——保護地和信號地,無方向。

  上述控制信號線何時有效,何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如,只有當(dāng)DSR和DTR都處于有效(ON)狀態(tài)時,才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù),則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài),等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后,才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用,因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向,這時線路才能開始發(fā)送。

  2個數(shù)據(jù)信號:發(fā)送TXD;接收RXD。

  1個信號地線:SG。

  6個控制信號:

  DSR數(shù)據(jù)發(fā)送準(zhǔn)備好,DataSetReady。

  DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好,DataTerminalReady。

  RTSDTE請求DCE發(fā)送(RequestToSend)。

  CTSDCE允許DTE發(fā)送(ClearToSend),該信號是對RTS信號的回答。

  DCD數(shù)據(jù)載波檢測(DataCarrierDetection),當(dāng)本地DCE設(shè)備(Modem)收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時,使DCD有效,通知DTE準(zhǔn)備接收,并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號,經(jīng)RXD線送給DTE。

  RI振鈴信號(Ringing),當(dāng)DCE收到對方的DCE設(shè)備送來的振鈴呼叫信號時,使該信號有效,通知DTE已被呼叫。

  接線

  在工程當(dāng)中經(jīng)常會用到232口,一般是圓頭8針與D型9針兩種串口。在一定的條件下,必須要自己制作一個相應(yīng)的"圓頭或者是D型的"232串口。

  RS232C串口通信接線方法(三線制)

  首先,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn):同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連

  同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連對9針串口和25針串口,均是2與3直接相連;

  兩個不同串口(不論是同一臺計算機的兩個串口或分別是不同計算機的串口)

  DB9-DB9

  2-3,3-2,5-5

  DB25-DB25

  2-3,3-2,7-7

  DB9-DB25

  2-3,3-2,5-7

  上面是對微機標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的,還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù),只要記住一個原則:接收數(shù)據(jù)針腳(或線)與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳(或線)相連,彼此交叉,信號地對應(yīng)相接。

  8針圓形串口接線:2"邏輯地",4"TXD",7"RXD"。

  9針D型串口:2"RXD",3"TXD",5"邏輯地"。

  RS-232-C的電氣接口電路

  RS-232-C的電氣接口電路采取的是不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊,其發(fā)送電平與接收電平的差只有2~3V,所以共模抑制能力較差,容易受到共地噪聲和外部干擾的影響,再加上信號線之間的分布電容,因此其傳送距離最大為約15米,最高數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s。此外RS-232-C的接口電路的信號電平較高,容易損壞接口電路的芯片,與TTL電路的電平也不兼容,影響其通用性。為了彌補RS-232-C的不足,提高數(shù)據(jù)傳輸率和延長通信距離,EIA于1977年制訂了RS-499串行通信標(biāo)準(zhǔn),這個標(biāo)準(zhǔn)對RS-232-C的不足做了改進和補充。RS-422A是RS-499的標(biāo)準(zhǔn)子集之一。


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