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RS232技術(shù)詳解

RS232技術(shù)詳解

作者:佚名來(lái)源:不詳錄入:Admin 更新時(shí)間：2008-7-27 14:01:55 點(diǎn)擊數(shù)：3

【字體：

】

串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)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)上改進(jìn)而形成的。所以，以RS-232C為主來(lái)討論。RS-323C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）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(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)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(shuō)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(gè)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(lái)用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說(shuō)，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(gè)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(duì)這種背景的了解，我們對(duì)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(chǎng)上，而不是站在DCE的立場(chǎng)來(lái)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。
    RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（ecommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，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(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIARS-232-C、EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。這里只介紹EIARS-232-C（簡(jiǎn)稱232，RS232）。例如，目前在IBM PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。
1.電氣特性
    EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)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(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V
    信號(hào)無(wú)效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V

圖1

以上規(guī)定說(shuō)明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號(hào)）的電平告語(yǔ)+3V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無(wú)效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)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(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，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(lái)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(hào)都要分別經(jīng)過(guò)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(lái)。

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(hào)線，分為4組：
    ①異步通信的9個(gè)電壓信號(hào)（含信號(hào)地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
    ②20mA電流環(huán)信號(hào) 9個(gè)（12，13，14，15，16，17，19,23，24）
    ③空6個(gè)（9，10，11，18，21，25）
    ④保護(hù)地（PE）1個(gè)，作為設(shè)備接地端（1腳）
    DB-25型連接器的外形及信號(hào)線分配如圖3所示。注意，20mA電流環(huán)信號(hào)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(gè)串行接口的連接器。它提供異步通信的9個(gè)信號(hào)。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號(hào)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(zhǎng)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(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）�？梢娺@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(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。

3、RS-232C的接口信號(hào)
    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(shí)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(hào)線：
    數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)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(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Data set ready-DTR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。
    這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說(shuō)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(hào)決定。
    請(qǐng)求發(fā)送(Request to send-RTS)——用來(lái)表示DTE請(qǐng)求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），向MODEM請(qǐng)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(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，是對(duì)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)RTS的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號(hào)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(duì)RTS/CTS請(qǐng)求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)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(hào)，使其變高。
    接收線信號(hào)檢出(Received Line detection-RLSD)——用來(lái)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(lái)的載波信號(hào)時(shí)，使RLSD信號(hào)有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來(lái)的載波信號(hào)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(tái)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)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(guò)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(guò)RxD線終端接收從MODEM發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。
    （3）地線
    有兩根線SG、PG——信號(hào)地和保護(hù)地信號(hào)線，無(wú)方向。
    上述控制信號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過(guò)程。例如，只有當(dāng)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(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(duì)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(shí)線路才能開始發(fā)送。
    2個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)：發(fā)送TXD；接收RXD。
    1個(gè)信號(hào)地線：SG。
    6個(gè)控制信號(hào)：
    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。
    RTSDTE請(qǐng)求DCE發(fā)送(Request To Send)。
    CTSDCE允許DTE發(fā)送（Clear To Send）,該信號(hào)是對(duì)RTS信號(hào)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(duì)方的DCE設(shè)備送來(lái)的載波信號(hào)時(shí)，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(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)RXD線送給DTE。
    RI振鈴信號(hào) Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來(lái)的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效，通知DTE已被呼叫。

232引腳
CCITT
Modem　名稱
說(shuō)明
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(qǐng)求發(fā)送
在半雙工時(shí)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(hào)地
信號(hào)公共地
SG
SG√　
8　109
CF　載波信號(hào)檢測(cè)
Modem正在接收另一端送來(lái)的信號(hào)
DCD

9　空

10　空

11　空

12　接收信號(hào)檢測(cè)（2）
在第二通道檢測(cè)到信號(hào)
√　
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(shí)
為Modem提供發(fā)送器定時(shí)信號(hào)
√　
16　119
接收數(shù)據(jù)（2）
第二通道接收數(shù)據(jù)
√　
17　115
DF　接收器定時(shí)
為接口和終端提供定時(shí)
√　
18　空