正偉教你解析串口通訊—RS-232-C
串行通信接口標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-232C標準是美國EIA(電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合于數據傳輸速率在0～20000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規定。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。
在討論RS-232C接口標準的內容之前，先說明兩點：
首先，RS-232-C標準最初是遠程通信連接數據終端設備DTE(Data Terminal Equipment)與數據通信設備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個標準的制定，并未考慮計算機系統的應用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機（更準確的說，是計算機接口）與終端或外設之間的近端連接標準。顯然，這個標準的有些規定及和計算機系統是不一致的，甚至是相矛盾 的。有了對這種背景的了解，我們對RS-232C標準與計算機不兼容的地方就不難理解了。
其次，RS-232C標準中所提到的“發送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由于在計算機系統中，往往是CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發送和接收。
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，正電壓）＝+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態，負電壓)=-3V～-15V
圖1
以上規定說明了RS-323C標準對邏輯電平的定義。對于數據（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（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(OFF)即信號無效的電平低于-3V，也就是當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的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±(3～15)V之間。
EIA-RS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換。實現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換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換，圖1顯示了1488和1489的內部結構和引腳。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過MC1488和MC1498轉換器，進行電平轉換后才能送到連接器上去或從連接器上送進來。
圖2
2、、連接器的機械特性：
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保護地（PE）1個，作為設備接地端（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電流環信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。
圖3
（2）DB-9連接器
在AT機及以后，不支持20mA電流環接口，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標準規定，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，接口標準在電氣特性中規定，驅動器的負載電容應小于2500pF。
3、RS-232C的接口信號
RS-232C規標準接口有25條線，4條數據線、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）聯絡控制信號線：
數據裝置準備好（Data set ready-DSR)——有效時（ON）狀態，表明MODEM處于可以使用的狀態。
數據終端準備好(Data set ready-DTR)——有效時（ON）狀態，表明數據終端可以使用。
這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態信號有效，只表示設備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。
請求發送(Request to send-RTS)——用來表示DTE請求DCE發送數據，即當終端要發送數據時，使該信號有效（ON狀態），向MODEM請求發送。它用來控制MODEM是否要進入發送狀態。
允許發送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準備好接收DTE發來的數據，是對請求發送信號RTS的響應信號。當MODEM已準備好接收終端傳來的數據，并向前發送時，使該信號有效，通知終端開始沿發送數據線TxD發送數據。
這對RTS/CTS請求應答聯絡信號是用于半雙工MODEM系統中發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中作發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯絡信號，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準備接收數據。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數字兩數據后，沿接收數據線RxD送到終端。此線也叫做數據載波檢出(Data Carrier dectection-DCD）線。
振鈴指示(Ringing-RI)——當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），通知終端，已被呼叫。
（2）數據發送與接收線：
發送數據(Transmitted data-TxD)——通過TxD終端將串行數據發送到MODEM，(DTE→DCE)。
接收數據(Received data-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發來的串行數據，(DCE→DTE)。
（3）地線
有兩根線SG、PG——信號地和保護地信號線，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DSR和DTR都處于有效（ON）狀態時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發送數據，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態，等CTS線上收到有效(ON)狀態的回答后，才能在TxD線上發送串行數據。這種順序的規定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發送方向，這時線路才能開始發送。
2個數據信號：發送TXD；接收RXD。
1個信號地線：SG。
6個控制信號：
DSR��數傳機（即modem）準備好，Data Set Ready.
DTR��數據終端（DTE，即微機接口電路，如Intel8250/8251,16550）準備好，Data Terminal Ready。
RTS��DTE請求DCE發送(Request To Send)。
CTS��DCE允許DTE發送（Clear To Send）,該信號是對RTS信號的回答。
DCD��數據載波檢出，Data Carrier Detection當本地DCE設備（Modem）收到對方的DCE設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準備接收， 并且由DCE將接收到的載波信號解調為數字信號， 經RXD線送給DTE。
RI��振鈴信號 Ringing當DCE收到交換機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
保護地
設備外殼接地
PE
PE√
2
103
BA
發送數據
數據送Modem
TXD
3
104
BB
接收數據
從Modem接收數據
RXD
4
105
CA
請求發送
在半雙工時控制發送器的開和關
RTS
5
106
CB
允許發送
Modem允許發送
CTS
6
107
CC
數據終端準備好
Modem準備好
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
允許發送（2）
第二通道允許發送
√
14
118
發送數據（2）
第二通道發送數據
√
15
113
DA
發送器定時
為Modem提供發送器定時信號
√
16
119
接收數據（2）
第二通道接收數據
√
17
115
DD
接收器定時
為接口和終端提供定時
√
18
空
19
請求發送（2）
連接第二通道的發送器
√
20
108
CD
數據終端準備好
數據終端準備好
DTR
21
空
22
125
振鈴
振鈴指示
RI
23
111
CH
數據率選擇
選擇兩個同步數據率
√
24
114
DB
發送器定時
為接口和終端提供定時
√
25
空
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