RS-232-C 串口通訊詳解

　　在討論RS-232C接口標準的內容之前，先說(shuō)明兩點(diǎn)：
　　首先，RS-232-C標準最初是遠程通信連接數據終端設備DTE(Data Terminal Equipment)與數據通信設備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個(gè)標準的制定，并未考慮計算機系統的應用要求。但目前它又廣泛地被借來(lái)用于計算機（更準確的說(shuō)，是計算機接口）與終端或外設之間的近端連接標準。顯然，這個(gè)標準的有些規定及和計算機系統是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了解，我們對RS-232C標準與計算機不兼容的地方就不難理解了
　　其次，RS-232C標準中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場(chǎng)上，而不是站在DCE的立場(chǎng)來(lái)定義的。由于在計算機系統中，往往是CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。

一、RS-232-C

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/330010.htm

　　RS-232C標準（協(xié)議）的全稱(chēng)是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )，RS（ecommeded standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過(guò)程。常用物理標準還有有EIARS-232-C、EIARS-422-A、 EIARS-423A、EIARS-485。這里只介紹EIARS-232-C（簡(jiǎn)稱(chēng)232，RS232）。例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。

　　1.電氣特性

　　EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線(xiàn)功能都作了規定。
　　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(xiàn)上：
　　　　　　　　　信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V
　　　　　　　　　信號無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V～-15V

圖1

　　以上規定說(shuō)明了RS-323C標準對邏輯電平的定義。對于數據（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平告語(yǔ)+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(kāi)狀態(tài)(OFF)即信號無(wú)效的電平低于-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3～+3V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應保證電平在±(3～15) V之間。
　　EIA-RS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現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換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、 SN75154可實(shí)現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換，圖1顯示了1488和1489的內部結構和引腳。MC1488的引腳(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端接EIA-RS-232C。 MC1498的14的1、4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體連接方法如圖2所示。圖中的左邊是微機串行接口電路中的主芯片UART，它是TTL器件，右邊是EIA-RS-232C連接器，要求EIA高電壓。因此，RS-232C所有的輸出、輸入信號都要分別經(jīng)過(guò) MC1488和MC1498轉換器，進(jìn)行電平轉換后才能送到連接器上去或從連接器上送進(jìn)來(lái)。

圖2

　　2、連接器的機械特性：

　　連接器：由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25、DB-15和DB-9各種類(lèi)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(xiàn)，分為4組：
　?、佼惒酵ㄐ诺?個(gè)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(gè)（12，13，14，15，16，17，19,23，24）
　?、劭?個(gè)（9，10，11，18，21，25）
　?、鼙Ｗo地（PE）1個(gè)，作為設備接地端（1腳）
　　DB-25型連接器的外形及信號線(xiàn)分配如圖3所示。注意，20mA電流環(huán)信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。

圖3

　?。?）DB-9連接器
　　在A(yíng)T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(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個(gè)信號。DB-25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設備連接，必須使用專(zhuān)門(mén)的電纜線(xiàn)。
　　電纜長(cháng)度：在通信速率低于20kb/s時(shí)，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(shuō)明：RS-232C標準規定，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）?？梢?jiàn)這個(gè)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，接口標準在電氣特性中規定，驅動(dòng)器的負載電容應小于 2500pF。

　　3、RS-232C的接口信號

　　RS-232C規標準接口有25條線(xiàn)，4條數據線(xiàn)、11條控制線(xiàn)、3條定時(shí)線(xiàn)、7條備用和未定義線(xiàn)，常用的只有9根，它們是
　?。?）聯(lián)絡(luò )控制信號線(xiàn)：
　　數據裝置準備好（Data set ready-DSR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。
　　數據終端準備好(Data set ready-DTR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明數據終端可以使用。
　　這兩個(gè)信號有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設備狀態(tài)信號有效，只表示設備本身可用，并不說(shuō)明通信鏈路可以開(kāi)始進(jìn)行通信了，能否開(kāi)始進(jìn)行通信要由下面的控制信號決定。
　　請求發(fā)送(Request to send-RTS)——用來(lái)表示DTE請求DCE發(fā)送數據，即當終端要發(fā)送數據時(shí)，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。它用來(lái)控制MODEM是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。
　　允許發(fā)送（Clear to send-CTS）——用來(lái)表示DCE準備好接收DTE發(fā)來(lái)的數據，是對請求發(fā)送信號RTS的響應信號。當MODEM已準備好接收終端傳來(lái)的數據，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號有效，通知終端開(kāi)始沿發(fā)送數據線(xiàn)TxD發(fā)送數據。
　　這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡(luò )信號是用于半雙工MODEM系統中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中作發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，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(xiàn)信號檢出(Received Line detection-RLSD)——用來(lái)表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數據。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的 MODEM送來(lái)的載波信號時(shí)，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來(lái)的載波信號解調成數字兩數據后，沿接收數據線(xiàn)RxD送到終端。此線(xiàn)也叫做數據載波檢出(Data Carrier dectection-DCD）線(xiàn)。
　　振鈴指示(Ringing-RI)——當MODEM收到交換臺送來(lái)的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。
　?。?）數據發(fā)送與接收線(xiàn)：
　　發(fā)送數據(Transmitted data-TxD)——通過(guò)TxD終端將串行數據發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。
　　接收數據(Received data-RxD)——通過(guò)RxD線(xiàn)終端接收從MODEM發(fā)來(lái)的串行數據，(DCE→DTE)。
　?。?）地線(xiàn)
　　有兩根線(xiàn)SG、PG——信號地和保護地信號線(xiàn)，無(wú)方向。
　　上述控制信號線(xiàn)何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號的傳送過(guò)程。例如，只有當DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時(shí)，才能在DTE和DCE之間進(jìn)行傳送操作。若DTE要發(fā)送數據，則預先將DTR線(xiàn)置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線(xiàn)上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線(xiàn)上發(fā)送串行數據。這種順序的規定對半雙工的通信線(xiàn)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(shí)線(xiàn)路才能開(kāi)始發(fā)送。
　　2個(gè)數據信號：發(fā)送TXD；接收RXD。
　　1個(gè)信號地線(xiàn)：SG。
　　6個(gè)控制信號：
　　DSR　數傳機（即modem）準備好，Data Set Ready。
　　DTR　數據終端（DTE，即微機接口電路，如Intel8250/8251,16550）準備好，Data Terminal Ready。
　　RTS　DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。
　　CTS　DCE允許DTE發(fā)送（Clear To Send）,該信號是對RTS信號的回答。
　　DCD　數據載波檢出，Data Carrier Detection當本地DCE設備（Modem）收到對方的DCE設備送來(lái)的載波信號時(shí)，使DCD有效，通知DTE準備接收，并且由DCE將接收到的載波信號解調為數字信號，經(jīng)RXD線(xiàn)送給DTE。
　　RI　振鈴信號 Ringing當DCE收到交換機送來(lái)的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。

二、遠距離通信
　　第1和第2中情況是屬于遠距離通信（傳輸距離大于15m的通信）的例子，故一般要加調制解調器MODEM，因此使用的信號線(xiàn)較多。注意：在以下各圖中，DTE信號為RS-232-C信號，DTE與計算機間的電平轉換電路未畫(huà)出。