EIA标准详解 RS-232-C 详解

EIA RS-232-C RS-232C数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment) 远程通信连接。全称是EIA-RS-232-C,其中EIA（Electronic Industries 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RS2328、RS232A。 一、RS-232C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。 二、RS-232-C协议规定： 1． RS-232C接口信号：RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是： （1）状态线： 数据准备就绪(Data set ready-DSR)——有效时（ON）状态，表明数据通信设备可以使用。(DCE->DTE) 数据终端就绪(Data set ready-DTR)——有效时（ON）状态，表明数据终端设备可以使用。(DTE->DCE) 这两个信号有时连到电源上，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。 （2）联络线 请求发送(Request to send-RTS)——DTE准备向DCE发送数据，DTE使该信号有效（ON状态），DCE要发送数据给DCE了。(DTE->DCE) 允许发送（Clear to send-CTS）——是对RTS的响应信号。当DCE已准备好接收DTE传来的数据时，使该信号有效，通知DTE开始发送数据。(DCE->DTE) 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。 （3）数据线 发送数据(Transmitted data-TxD)——DTE发送数据到DCE。(DTE->DCE) 接收数据(Received data-RxD)——DCE发送数据到DTE (DCE->DTE) （4）地线 有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线。 （5）其余 载波检测( Carrier Detection-CD)——用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。(DCE->DTE) 振铃指示(Ringing-RI)——当DCE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DTE，已被呼叫。(DCE->DTE) ： 2. 数据传输速率 RS232规定数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 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。 3. 电气特性 EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 RS232可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称  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±(3～15)V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。 4. 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： a) 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 b) 20mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24） c) 空6个（9，10，11，18，21，25） d) 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。 5. 通信过程 （1）串口通信参数： 1 波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。 2 数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。 3 停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 4 奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步. （2）通信过程： 一、远距离通信 第1和第2种情况是属于远距离通信（传输距离大于15m的通信）的例子，故一般要加调制解调器MODEM，因此使用的信号线较多。注意：在以下各图中，DTE信号为RS-232-C信号，DTE与计算机间的电平转换电路未画出。 1、采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接： 若在双方MODEM之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要2～8号信号线外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个信号线进行联络，如图1所示。 图1 DSR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）准备好，只表示设备本身可用。 首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方DCE收到该信号后，使RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫。当对方“摘机”后，两方建立了通信链路。 若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（DTE）发出RTS（请求发送）信号。此时，若DCE（Modem）允许传送，则向DTE回答CTS（允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。（RTS/CTS可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。 当DTE获得CTS信号后，通过TXD线向DCE发出串行信号，DCE（Modem）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。 计算机向DTE“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查Modem状态和数据输出寄存器为空。当对方的DCE收到载波信号后，向对方的DTE发出DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE，DTE通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取字符。 2、采用专用电话线通信： 在通信双方的MODEM之间采用电话线进行通信，则只要使用2～8号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号RI和DTR信号，其信号线的连接如图2那样。 图2 二、近距离通信 当通信距离较近时，可不需要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，即是这里要讨论的第一种情况。无Modem时，最大通信距离按如下方式计算： RS-232C标准规定：当误码率小于4%时，要求导线的电容值应小于2500PF。对于普通导线，其电容值约为170PF/M。则允许距离L=2500PF/（170PF/M）=15M 这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用9600bps，普通双绞屏蔽线时，距离可达30~35米。 1、 零Modem 的最简连线（3线制） 是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接），图中的2号线与3号线交叉连是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有就能开始发送和接收。 图 3 接这效 （1）RTS与CTS互联：只要请求发送，立即得到允许 （2）DTR与DSR互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）。 2、零Modem标准连接： 如果想在直接连接时，而又考虑到RS-232C的联络控制信号，则采用零MODEM方式的标准连接方法，其通信双方信号线安排如下1-2-3-4-5顺序所演示的那样。                       图3 无Modem的标准联线（7线制）如图所示： 从中可以看出，RS-232C接口标准定义的所有信号线都用到了，并且是按照DTE和DCE之间信息交换协议的要求进行连接的，只不过是把DTE自己发出的信号线送过来，当作对方DCE发来的信号，因此，又把这种连接称为双叉环回接口。 双方的握手信号关系如下（注：甲方乙方并未在图中标出）： （1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在DCE（数传机）。 （2）甲方的RTS和CTS相连，并与乙方的DCD互连。即：一旦甲方请求发送（RTS），便立即得到允许（CTS），同时，使乙方的DCD有效，即检测到载波信号。 （3）甲方的TXD与乙方的RXD相连，一发一收。