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rs232
2016-01-17 15:02:29   来源:   评论:0 点击:

个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232
  个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现,一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口,分别称为 COM1 和 COM2。

概述

  RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。

  在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。

  RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。

  RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信

接口标准

  串行通信接口标准经过使用和发展,目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以,以RS-232C为主来讨论。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0~20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题,如信号线功能、电气特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用。

在讨论RS-232C接口标准的内容之前,先说明两点:

终端

  首先,RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE(Data Communicate Equipment)而制定的。因此这个标准的制定,并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机(更准确的说,是计算机接口)与终端或外设之间的近端连接标准。显然,这个标准的有些规定和计算机系统是不一致的,甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解,我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。

收发

  其次,RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”,都是站在DTE立场上,而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中,往往是CPU和I/O设备之间传送信息,两者都是DTE,因此双方都能发送和接收。

协议标准

  RS-232C 标准(协议)的全称是 EIA-RS-232C 标准,其中EIA (Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(recommended standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969),在这之前,有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有EIARS-422A、EIA RS-423A、EIARS-485。这里只介绍EIA RS-232C(简称232,RS232)。例如,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。

电气特性

EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

在TxD和RxD上:

逻辑1(MARK)=-3V~-15V

逻辑0(SPACE)=+3~+15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:

信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V~+15V

信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V~-15V

以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据(信息码):逻辑“1”(传号)的电平低于-3V,逻辑“0”(空号)的电平高于+3V;对于控制信号;接通状态(ON)即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的绝对值大于3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在-3V~-15V或+3V~+15V之间。

EIA RS-232C 与TTL转换:EIA RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA RS-232C 与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。

机械特性

  连接器:由于RS-232C并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。

(1)DB-25:PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线,分为4组:

①异步通信的9个电压信号(含信号地SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22

②20mA电流环信号 9个(12,13,14,15,16,17,19,23,24)

③空6个(9,10,11,18,21,25)

④保护地(PE)1个,作为设备接地端(1脚)

注意,20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供,至AT机及以后,已不支持。

(2)DB-9:

在AT机及以后,不支持20mA电流环接口,使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接,必须使用专门的电缆线。

电缆长度:在通信速率低于20kb/s时,RS-232C 所直接连接的最大物理距离为15m(50英尺)。

最大直接传输距离说明:RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m(50英尺)。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求,接口标准在电气特性中规定,驱动器的负载电容应小于2500pF。

接口信号

  RS-232C 的功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线,其中2条地线、4条数据线、11条控制线、3条定时信号线,剩下的5根线作备用或未定义。常用的只有10根,它们是:
(1)联络控制信号线:
数据发送准备好(Data set ready-DSR)——有效时(ON)状态,表明MODEM处于可以使用的状态。
数据终端准备好(Data terminal ready-DTR)——有效时(ON)状态,表明数据终端可以使用。
这两个信号有时连到电源上,一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效,只表示设备本身可用,并不说明通信链路可以开始进行通信了,能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。
请求发送(Request to send-RTS)——用来表示DTE请求DCE发送数据,即当终端准备要接收MODEM传来的数据时,使该信号有效(ON状态),请求MODEM发送数据。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。
允许发送(Clear to send-CTS)——用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是与请求发送信号RTS相应的信号。当MODEM准备好接收终端传来的数据,并向前发送时,使该信号有效,通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。
这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中,因配置双向通道,故不需要RTS/CTS联络信号,使其变高。
接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)——用来表示DCE已接通通信链路,告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端(远地)的MODEM送来的载波信号时,使RLSD信号有效,通知终端准备接收,并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字量数据后,沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD)线。
振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON状态),通知终端,已被呼叫。
(2)数据发送与接收线:
发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM,(DTE→DCE)。
接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据,(DCE→DTE)。
(3)地线 :
GND、Sig.GND——保护地和信号地,无方向。
上述控制信号线何时有效,何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如,只有当DSR和DTR都处于有效(ON)状态时,才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据,则预先将DTR线置成有效(ON)状态,等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后,才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用,因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向,这时线路才能开始发送。
2个数据信号:发送TXD;接收RXD。
1个信号地线:SG。
6个控制信号:
DSR数据发送准备好,Data Set Ready。
DTR数据终端准备好,Data Terminal Ready。
RTSDTE请求DCE发送(Request To Send)。
CTSDCE允许DTE发送(Clear To Send),该信号是对RTS信号的回答。
DCD数据载波检测(Data Carrier Detection),当本地DCE设备(Modem)收到对方的DCE设备送来的载波信号时,使DCD有效,通知DTE准备接收, 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号, 经RXD线送给DTE。
RI振铃信号(Ringing),当DCE收到对方的DCE设备送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效,通知DTE已被呼叫。
接线
在工程当中经常会用到232口,一般是圆头8针与D型9针两种串口。在一定的条件下,必须要自己制作一个相应的"圆头或者是D型的"232串口。
RS232C串口通信接线方法(三线制)
首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连
同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;
两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)
DB9-DB9
2-3,3-2,5-5
DB25-DB25
2-3,3-2,7-7
DB9-DB25
2-3,3-2,5-7
上面是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼此交叉,信号地对应相接。
8针圆形串口接线:2"逻辑地",4"TXD",7"RXD"。
9针D型串口:2"RXD",3"TXD",5"逻辑地"。
RS-232-C的电气接口电路
RS-232-C的电气接口电路采取的是不平衡传输方式,即所谓单端通讯,其发送电平与接收电平的差只有2~3V,所以共模抑制能力较差,容易受到共地噪声和外部干扰的影响,再加上信号线之间的分布电容,因此其传送距离最大为约15米,最高数据传输速率为20kb/s。此外RS-232-C的接口电路的信号电平较高,容易损坏接口电路的芯片,与TTL电路的电平也不兼容,影响其通用性。为了弥补RS-232-C的不足,提高数据传输率和延长通信距离,EIA于1977年制订了RS-499串行通信标准,这个标准对RS-232-C的不足做了改进和补充。RS-422A是RS-499的标准子集之一。

同类总线

RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线
RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。
RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。
RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
RS-422与RS-485接口差异
RS-422的电气性能与RS-485完全一样。主要的区别在于:
RS-422有4根信号线:两根发送(Y、Z)、两根接收(A、B)。由于RS-422的收与发
是分开的所以可以同时收和发(全双工)。
RS-485有2根信号线:发送和接收都是A和B。由于RS-485的收与发是共用两根线所
以不能够同时收和发(半双工)。

接口定义

25芯
1 屏蔽地线
2 发送数据 TXD
3 接收数据 RXD
4 发送请求RTS
5 发送清除 CTS
6 数据准备好 DSR
7 信号地 SG
8 载波检测 DCD
9 发送返回(+)
10 未定义
11 数据发送(-)
12~17 未定义
18 数据接收(+)
19 未定义
20数据终端准备好 DTR
21 未定义
22 振铃 RI
23~24 未定义
25 接收返回(-)
Pin 1 Protective Ground
Pin 2 Transmit Data
Pin 3 Received Data
Pin 4 Request To Send
Pin 5 Clear To Send
Pin 6 Data Set Ready
Pin 7 Signal Ground
Pin 8 Received Line Signal Detector
(Data Carrier Detect)
Pin 20 Data Terminal Ready
Pin 22 Ring Indicator

9芯
针脚
 
信号
 
定义
 
作用
1
 
DCD
 
载波检测
 
Received Line Signal Detector(Data Carrier Detect)
2
 
RXD
 
接收数据
 
Received Data
3
 
TXD
 
发送数据
 
Transmit Data
4
 
DTR
 
数据终端准备好
 
Data Terminal Ready
5
 
SGND
 
信号地
 
Signal Ground
6
 
DSR
 
数据准备好
 
Data Set Ready
7
 
RTS
 
请求发送
 
Request To Send
8
 
CTS
 
清除发送
 
Clear To Send
9
 
RI
 
振铃提示
 
Ring Indicator

缺点

(1)接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
(2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps;因此在CPLD开发板中,综合程序波特率只能采用19200,也是这个原因。
(3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。
(4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在15米左右。

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