正偉教你解析串口通訊—RS-232-C
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(jìn)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、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(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(jī)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(diǎn)：
首先，RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計(jì)算機(jī)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)定及和計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。
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(jì)算機(jī)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。
一、RS-232-C
1.電氣特性
EIA-RS-232C對電器特性、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(fù)電壓)=-3V～-15V
圖1
以上規(guī)定說明了RS-323C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）的電平告語+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(shí)際工作時，應(yīng)保證電平在±(3～15)V之間。
EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)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(jì)算機(jī)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(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(shí)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，圖1顯示了1488和1489的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jī)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MC1488和MC1498轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后才能送到連接器上去或從連接器上送進(jìn)來。
圖2
2、、連接器的機(jī)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。
（1）DB-25： PC和XT機(jī)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：
①異步通信的9個電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
②20mA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）
④保護(hù)地（PE）1個，作為設(shè)備接地端（1腳）
DB-25型連接器的外形及信號線分配如圖3所示。注意，20mA電流環(huán)信號僅IBM PC和IBM PC/XT機(jī)提供，至AT機(jī)及以后，已不支持。
圖3
（2）DB-9連接器
在AT機(jī)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-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(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(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。
3、RS-232C的接口信號
RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：
（1）聯(lián)絡(luò)控制信號線：
數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（Data set ready-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(Data set ready-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(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號決定。
請求發(fā)送(Request to send-RTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。
允許發(fā)送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應(yīng)信號。當(dāng)MODEM已準(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)中作發(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(Received Line detection-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(yuǎn)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)字兩數(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(Data Carrier dectection-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。
（2）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：
發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-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)(Received data-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。
（3）地線
有兩根線SG、PG——信號地和保護(hù)地信號線，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(jìn)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?yàn)榘腚p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)傳機(jī)（即modem）準(zhǔn)備好，Data Set Ready.
DTR��數(shù)據(jù)終端（DTE，即微機(jī)接口電路，如Intel8250/8251,16550）準(zhǔn)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(shù)據(jù)載波檢出，Data Carrier Detection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收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。
232引腳
CCITT
Modem
名稱
說明
用途
異步
同步
1
101
AA
保護(hù)地
設(shè)備外殼接地
PE
PE√
2
103
BA
發(fā)送數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)送Modem
TXD
3
104
BB
接收數(shù)據(jù)
從Modem接收數(shù)據(jù)
RXD
4
105
CA
請求發(fā)送
在半雙工時控制發(fā)送器的開和關(guān)
RTS
5
106
CB
允許發(fā)送
Modem允許發(fā)送
CTS
6
107
CC
數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好
Modem準(zhǔn)備好
DSR
7
102
AB
信號地
信號公共地
SG
SG√
8
109
CF
載波信號檢測
Modem正在接收另一端送來的信號
DCD
9
空
10
空
11
空
12
接收信號檢測（2）
在第二通道檢測到信號
√
13
允許發(fā)送（2）
第二通道允許發(fā)送
√
14
118
發(fā)送數(shù)據(jù)（2）
第二通道發(fā)送數(shù)據(jù)
√
15
113
DA
發(fā)送器定時
為Modem提供發(fā)送器定時信號
√
16
119
接收數(shù)據(jù)（2）
第二通道接收數(shù)據(jù)
√
17
115
DD
接收器定時
為接口和終端提供定時
√
18
空
19
請求發(fā)送（2）
連接第二通道的發(fā)送器
√
20
108
CD
數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好
數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好
DTR
21
空
22
125
振鈴
振鈴指示
RI
23
111
CH
數(shù)據(jù)率選擇
選擇兩個同步數(shù)據(jù)率
√
24
114
DB
發(fā)送器定時
為接口和終端提供定時
√
25
空
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