為什么選擇 RS232？
從電話(huà)線(xiàn)上的簡(jiǎn)單模擬通信到用于數據交換的典型 USB 電纜，我們在通信領(lǐng)域取得了長(cháng)足的進(jìn)步。RS232是此旅程中達到的第一個(gè)里程碑。它是 EIA 無(wú)線(xiàn)電部門(mén)于 1962 年推出的用于數字數據交換的機電打字機和調制解調器的標準。它使模擬通道上的數據交換更加可靠。標準定義的電壓水平使其免受噪聲干擾并減少數據交換中的錯誤。
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，許多電子設備在此期間被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如計算機、打印機、測試儀器等。有一段時(shí)間，制造商覺(jué)得有必要在這些電子設備之間交換信息。例如計算機與打印機或兩臺計算機之間的數據交換。但是沒(méi)有標準或方法來(lái)完成這項任務(wù)。RS232是當時(shí)用于數據交換的唯一可用標準。因此，他們考慮在電子設備中采用該標準進(jìn)行數字數據交換。但該標準無(wú)法滿(mǎn)足要求，因為它是專(zhuān)門(mén)為調制解調器和電傳打字機開(kāi)發(fā)的。噸
o 克服這個(gè)問(wèn)題，設計人員開(kāi)始實(shí)現與他們的設備兼容的 RS232 接口。像惠普的電腦就只能使用惠普的周邊設備。正因為如此，市場(chǎng)上充斥著(zhù)不同的制造商，他們有自己的設備標準。這導致了常見(jiàn)問(wèn)題，例如連接器上電路的非標準引腳分配，以及不正確或丟失的控制信號。缺乏對標準的遵守產(chǎn)生了一個(gè)蓬勃發(fā)展的行業(yè)，包括用于連接不同設備的分線(xiàn)盒、接線(xiàn)盒、測試設備、書(shū)籍和其他輔助工具。因此，為了結束設備上的所有這些差異，制造商聯(lián)合制造了一個(gè)提供+5V和-5V的****，并將它們標記為“RS-232”兼容，并且它們迄今為止都是相同的。該標準在最初的標準之后經(jīng)過(guò)多次修訂，并由電子工業(yè)協(xié)會(huì )更新。標準名稱(chēng)也從 RS232 更改為 EIA232。電子工業(yè)協(xié)會(huì )發(fā)布了三項修改，最近的一項是 1997 年推出的 EIA232F。
什么是 RS232 – “推薦標準 232”
RS-232 是一種標準的通信協(xié)議，用于連接計算機及其外圍設備以允許進(jìn)行串行數據交換。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，RS232 定義了用于設備之間數據交換的路徑的電壓。它規定了公共電壓和信號電平、公共引腳線(xiàn)配置以及控制信號的最小數量。如上所述，該標準是根據機電電傳打字機和調制解調器系統的規范設計的，并且沒(méi)有定義在計算機和打印機之間進(jìn)行數據傳輸時(shí)必不可少的元素，例如字符編碼、字符框架、錯誤檢測協(xié)議等。沒(méi)有它就無(wú)法在計算機和打印機之間傳輸數據。為了克服這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)稱(chēng)為通用異步接收器/發(fā)送器的稱(chēng)為 UART 的集成電路與 RS232 結合使用。
這就是整個(gè)安排的運作方式。
圖 1： PC 和設備之間使用 RS232 協(xié)議進(jìn)行串行數據交換的示意圖
從該圖中可以清楚地看出，UART、線(xiàn)路驅動(dòng)器和 RS232 是系統中的三個(gè)獨立部分，每個(gè)部分都有自己的特點(diǎn)。UART 和線(xiàn)路驅動(dòng)器是 RS232 中用于在串行數據交換期間提高系統質(zhì)量的部分。
EIA給出了一個(gè)標準定義，將RS232定義為“數據終端設備和數據通信設備之間的接口”。典型的 RS232 系統如下所示。
圖 2： 解釋典型 RS232 系統的圖像
DTE ——DTE代表數據終端設備，是將用戶(hù)信息轉換為信號或對接收信號進(jìn)行再轉換的終端儀器。它是站的功能單元，作為數據源或數據宿，并根據鏈路協(xié)議提供通信控制功能。公連接器用于 DTE 并具有引腳配置。
DCE -A DCE 代表數據通信設備。它位于 DTE 和數據傳輸電路（例如調制解調器）之間。DCE 設備使用一個(gè)在表面上有孔的母連接器來(lái)固定公連接器。
DTE 和 DCE 設備之間的通信至少需要三個(gè)信號。這些信號是傳輸線(xiàn)、接收線(xiàn)和地。這兩個(gè)設備通過(guò)握手相互通信。它允許 DTE 和 DCE 設備系統在發(fā)送數據之前相互確認。
握手是 DTE 設備在實(shí)際傳輸數據之前向 DCE 設備發(fā)送信號以在設備之間建立連接的過(guò)程。它設置兩個(gè)設備之間建立的通信通道的參數，然后才開(kāi)始通過(guò)該通道進(jìn)行正常通信。它遵循通道的物理建立并在正常信息傳輸之前。握手使得通過(guò)通信通道連接相對異構的系統或設備成為可能，而無(wú)需人工干預來(lái)設置參數。 RS232 中使用了相同的概念，以允許兩個(gè)設備在實(shí)際交換信息之前相互通信。
所有這些術(shù)語(yǔ)放在一起給出了從 DTE 到 DCE 的 RS232 系統的完整圖景，其中 UART、線(xiàn)路驅動(dòng)器和 RS232 作為它們之間的連接。
實(shí)施與規范RS232標準的實(shí)現
圖 3： 解釋 RS232 在設備中實(shí)現的框圖
RS-232 接口與 UART 通用異步接收器/發(fā)送器結合使用。它是集成在處理器或控制器內部的一塊集成電路。它需要字節并以幀中的順序方式傳輸各個(gè)位。幀是定義的結構，承載有意義的位或字節數據序列。它有一個(gè)起始位，后跟 8 個(gè)數據位、一個(gè)奇偶校驗位和一個(gè)停止位。一旦數據轉換為位，就使用單獨的線(xiàn)路驅動(dòng)器將 UART 的邏輯電平轉換為 RS-232 邏輯。最后，信號以指定的 RS-232 電壓電平沿接口電纜傳輸。數據通過(guò) RS232 串行發(fā)送。每個(gè)位一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送。噸
他的傳輸模式要求接收器知道實(shí)際數據位何時(shí)到達以與即將到來(lái)的數據同步。因此，邏輯 0 作為起始位發(fā)送。幀中的起始位向接收器發(fā)出一個(gè)新字符即將到來(lái)的信號。一旦接收器確認接下來(lái)的五到八位被發(fā)送，代表字符。其后是用于錯誤檢測的奇偶校驗位。奇偶校驗位用于指定一組位中的偶數或奇數個(gè)。對于錯誤檢測，我們在數據字中添加了一個(gè)額外的位。發(fā)送器根據發(fā)送的信息計算位的值，接收器也執行相同的計算。它檢查計算值的奇偶校驗值。停止位幫助接收者識別消息的結束。起始位始終具有空格值，而停止位始終具有標記值?，F在，如果接收器在停止位應該存在時(shí)檢測到除標記以外的值，它就知道存在同步錯誤。這會(huì )導致接收 UART 中出現幀錯誤情況。然后，設備嘗試在新的傳入位上重新同步。在另一端，線(xiàn)路驅動(dòng)器接口再次將其轉換為與 UART 兼容的邏輯電平。在目的地，第二個(gè) UART 將這些位重新組合成字節。這就是 RS232 使數據交換兼容和可靠的方式。
標準 RS232 規格
RS 232 被稱(chēng)為一個(gè)完整的標準。它不僅定義了電氣特性，還定義了功能和機械特性，從而確保了完美的兼容性。例如電壓電平、壓擺率、信號速率、可插拔連接器、引腳標識等。此框圖中總結了所有規范及其值和示例。
圖 4： 總結標準 RS232 規格的框圖
本節處理對標準中每個(gè)特征的詳細理解。
電氣特性
它包括電壓等級規范；壓擺率和耐壓水平。RS232 引腳輸出信號由相對于公共端的電壓電平表示。它指定最大電路電壓為 25v。在發(fā)送器端，驅動(dòng)器輸出指定電壓+3v 至 +15v為高電平，-3v 至 -15v 為低電平。同樣，接收器輸出高電平電壓為+3v至+15v，低電平電壓為-3v至-15v。應該知道接收器邏輯提供+2v 噪聲容限。+3v 和 -3v 之間的死區旨在吸收線(xiàn)路噪聲。在 RS232 規范中，低電平 -3v 到 -15v 被定義為邏輯 '1'為 ON 狀態(tài)并稱(chēng)為“標記”，而高電平 +3v 到 +15v 被定義為邏輯“0”作為關(guān)閉狀態(tài)并稱(chēng)為“間隔”。RS232 標準還限制了最大轉換速率，從而減少了兩個(gè)信號之間的串擾。轉換速率定義為輸出電壓相對于時(shí)間的變化率。RS232 的最大允許壓擺率為 30v/微秒，這會(huì )減慢上升和下降時(shí)間并減少串擾。驅動(dòng) RS-232 兼容接口的電路必須能夠承受無(wú)限期的接地短路或高達 25 伏的任何電壓電平。一些計算機設備忽略負電平并接受零電壓電平作為關(guān)閉狀態(tài)。輸出信號電平通常在+12V 和-12V 之間擺動(dòng)。
RS232邏輯規格圖
圖 5： 顯示 RS232 電氣特性的圖表
機械特性
該區域與機械接口有關(guān)。
最初使用標準的 25 針連接器。它指定了可以容納所有信號的最小連接器尺寸。每個(gè)引腳都已預先定義，以允許主機和外圍系統之間的兼容性。數據終端設備使用公連接器，數據通信設備使用母連接器引腳。 與連接器相關(guān)的另一個(gè)重要概念是性別類(lèi)型。在電氣和機械行業(yè)中，每個(gè)連接器都是成對出現的。一個(gè)是公連接器，另一個(gè)是母連接器。公連接器的針腳突出在表面上，而母連接器上有孔以固定公連接器。在 RS232 中，DTE 具有公頭 D-25 連接器，而 DCE 具有母頭 D-25 連接器。D-SUB 25 MALE 和 D-SUB 25 FEMALE 連接器的組合用于通過(guò)指定公共電壓和信號電平、公共針線(xiàn)配置和最小控制信號量來(lái)連接 DTE 和 DCE。
圖 6：基于 RS232 的系統中 D-SUB 25 MALE 連接器的圖像
25 位連接器被廣泛使用，但現在它是 9 針連接器，用于許多應用。在大多數情況下，這已經(jīng)足夠了，因為 RS232 25 針連接器上可用的許多線(xiàn)路很少使用。9 路連接器能夠為大多數應用程序提供所有所需的連接，并允許應用程序根據要求傳輸和接收必要的信號。
一個(gè) 25 針和一個(gè) 9 針連接器如下所示。
圖 7：25 針和 9 針連接器中的針號
規格續功能特性
這是與 RS232 規范有關(guān)的第三個(gè)領(lǐng)域。它定義了接口中使用的不同信號的功能。這些信號被定義為四類(lèi)：數據、通用、控制和定時(shí)。表中使用的術(shù)語(yǔ)很少，例如環(huán)回、摘機或掛機以及輔助信道。
Loop Back——在交換中心進(jìn)行線(xiàn)路傳輸測試的一種方法。環(huán)回允許用戶(hù)測試自己的網(wǎng)絡(luò )以確保其正常運行。
摘機 – 在撥號或通信期間使用電話(huà)或其他用戶(hù)儀器時(shí)發(fā)生的情況。它最初用于具有單獨耳機（接收器）的電話(huà)，該耳機掛在開(kāi)關(guān)掛鉤上，直到用戶(hù)想要使用它。
輔助通道——這些是數據通道，具有與第一個(gè)通道相同的功能。例如輔助傳輸數據 (STD)、輔助接收數據 (SRD)、輔助請求發(fā)送 (SRTS)、輔助清除發(fā)送 (SCTS) 和輔助載波檢測 (SDCD)。
下表顯示了不同的信號及其功能
圖 8： 總結 RS232 引腳說(shuō)明的表格
正如我們所見(jiàn)，該標準提供了豐富的控制信號。只有少數應用需要所有定義的信號，否則只使用很少的信號，例如典型的調制解調器只使用八個(gè)信號，有些可能只需要四個(gè)，兩個(gè)用于數據，兩個(gè)用于握手，而其他可能只使用數據信號而不使用握手.
握手與結論握手
RS232中的握手俗稱(chēng)“RTS/CTS”握手。數據終端設備置位 RTS 引腳以指示希望向 DCE 傳輸，然后 DCE 通過(guò) CTS 引腳響應以授予許可。此后調制解調器在不需要時(shí)禁用它們的****，并且當它們再次重新啟用時(shí)必須向接收器發(fā)送同步信號在最新版本的 RS232 E 標準中，重新定義了握手，其中 CTS（清除發(fā)送）不再是對 RTS 的響應，而是它表示 DCE 對 DTE 設備的許可。以類(lèi)似的方式，RTS 指示 DTE 允許 DCE 發(fā)送數據。RTS 和 CTS 由 DTE 和 DCE 控制，相互獨立。解釋了具有 8 條信號線(xiàn)的詳細握手系統。
圖 9： 顯示 RS232 握手系統細節的框圖
當 Data Carrier Detect 關(guān)閉時(shí)，它向本地終端指示遠程 DTE 尚未打開(kāi)其 RTS，本地終端可以控制線(xiàn)路。當該電路在本地接通時(shí)，它向本地終端指示遠程調制解調器已從其終端接收到 RTS ON 條件，并且遠程 DTE 控制著(zhù)載波線(xiàn)路。RXD 代表從調制解調器接收數據到 DTE。TXD 將數據從 DTE 傳輸到調制解調器。DTR 數據終端就緒引腳通常在終端準備通過(guò)其調制解調器建立通信通道時(shí)打開(kāi)。但是當 DTR 不想接受來(lái)自遠程終端的呼叫時(shí)，電路關(guān)閉。當在兩個(gè)站點(diǎn)之間建立通信路徑時(shí)，兩個(gè)調制解調器都會(huì )打開(kāi)它們的數據集就緒電路?，F在，當終端準備好發(fā)送時(shí)，它打開(kāi)請求發(fā)送電路，指示本地調制解調器它已準備好發(fā)送數據。這個(gè)請求被傳遞到遠程調制解調器。RTS 控制數據傳輸的方向。一旦終端準備好發(fā)送本地調制解調器，就會(huì )打開(kāi) CTS 電路以指示它準備好接收來(lái)自 DTE 的數據。它還可以控制電話(huà)線(xiàn)。接下來(lái)，當調制解調器接收到呼叫時(shí)，振鈴指示器會(huì )打開(kāi)/關(guān)閉，通知 DTE 呼叫即將到來(lái)，表明遠程調制解調器正在請求撥號。這是一個(gè)帶有 8 條信號線(xiàn)的簡(jiǎn)單握手系統。一旦終端準備好發(fā)送本地調制解調器，就會(huì )打開(kāi) CTS 電路以指示它準備好接收來(lái)自 DTE 的數據。它還可以控制電話(huà)線(xiàn)。接下來(lái)，當調制解調器接收到呼叫時(shí)，振鈴指示器會(huì )打開(kāi)/關(guān)閉，通知 DTE 呼叫即將到來(lái)，表明遠程調制解調器正在請求撥號。這是一個(gè)帶有 8 條信號線(xiàn)的簡(jiǎn)單握手系統。一旦終端準備好發(fā)送本地調制解調器，就會(huì )打開(kāi) CTS 電路以指示它準備好接收來(lái)自 DTE 的數據。它還可以控制電話(huà)線(xiàn)。接下來(lái)，當調制解調器接收到呼叫時(shí)，振鈴指示器會(huì )打開(kāi)/關(guān)閉，通知 DTE 呼叫即將到來(lái)，表明遠程調制解調器正在請求撥號。這是一個(gè)帶有 8 條信號線(xiàn)的簡(jiǎn)單握手系統。
結論
RS232成為連接調制解調器、打印機、鼠標、數據存儲和其他外圍設備的個(gè)人計算機的標準功能。盡管有許多新的發(fā)展，但 RS232 仍然找到了它的應用。第一個(gè)也是最重要的原因是標準的簡(jiǎn)單性。它允許用戶(hù)直接與串行端口通信。由于使用非常昂貴但老化的設備，實(shí)驗室、自動(dòng)化、測量等領(lǐng)域對 RS232 的需求持續存在。使用 RS232 比更換設備便宜得多。不僅是舊設備，而且現代自動(dòng)化設備，如伺服驅動(dòng)器、CNC 設備等，都可以通過(guò) RS232 進(jìn)行編程。東芝還在筆記本電腦上重新引入了 DE-9M 連接器。帶有 RS-232 的串行端口用于與無(wú)頭系統通信，例如在引導期間未安裝鍵盤(pán)的服務(wù)器。一些嵌入式系統使用 RS232 串行端口作為替代網(wǎng)絡(luò )模式監控進(jìn)行通信。
