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什么是RS232?


RS-232标准接口(又称EIARS-232)是常用的串行通信接口标准之一,它是由美国电子工业协会(ElectronicIndustryAssociation,EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定,其全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

中文名:异步传输标准接口

外文名:RS-232

型式:(DB-9)与(DB-25)

指定组织:EIA等

一、简介

在串行通讯时,要求通讯双方都采用一个标准接口,使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口(又称EIARS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。(“RS-232-C”中的“-C”只不过表示RS-232的版本,所以与“RS-232”简称是一样的)。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器,从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。

二、特点

RS-232总线规定了25条线,包含了两个信号通道,即第一通道(称为主通道)和第二通道(称为副通道)。利用RS-232总线可以实现全双工通信,通常使用的是主通道,而副通道使用较少。在一般应用中,使用3条~9条信号线就可以实现全双工通信,采用三条信号线(接收线、发送线和信号线)能实现简单的全双工通信过程。

灵活的波特率选择

RS-232规定的标准传送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s,可以灵活地适应不同速率的设备。对于慢速外设,可以选择较低的传送速率:反之,可以选择较高的传送速率。

采用负逻辑传送
规定逻辑“1”的电平为-5V~-15V,逻辑“0”的电平为+5V~+15V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力,增大通信距离。RS-232的噪声容限为2V,接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”,将低到-3V的信号作为逻辑“1”。

传送距离较远

由于RS-232采用串行传送方式,并且将微机的TTL电平转换为RS-232C电平,其传送距离一般可达30m。若采用光电隔离20mA的电流环进行传送,其传送距离可以达到1000m。另外,如果在RS-232总线接口再加上Modem,通过有线、无线或光纤进行传送,其传输距离可以更远。

两种物理接口

RS-232接口的一种连接器是D13-25的25芯插头座,通常情况下插头在DCE端,插座在DTE端。

三、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。

四、通信机理

下面以计算机和调制解调器之间的通信流程来说明RS-232串行通信原理。考虑当调制解调器处于应答方式下,计算机和调制解调器之间的RS-232信号间的交互关系和工作过程。假定调制解调器是全双工的,并以RS-232标准规范工作。

(1)初始状态时,RTS、CTS持续为ON,通过通信程序设置和监测RS232引线状态。在应答模式下,计算机中的软件一直监视着振铃指示(RI),等待RI发出ON信号。

(2)计算机上的通信程序在收到RI信号后,就开始通过振铃指示器ON/OFF变换的次数对振铃进行计数,当到达程设定的振铃次数时,通信程序就发生数据终端就绪(DTR)信号,强迫调制解调器进入摘机状态。

(3)等待2s后(FCC规定),调制解调器自动开始发送其应答载波。这时调制解调器发出调制解调器就绪(DSR)信号通知计算机:它已完成所有的准备工作并等待载波信号。

(4)在持续发出DTR信号期间,计算机软件监测DSR信号。当DSR信号变为ON时,计算机就知道调制解调器已准备数据链路的连接,计算机立即开始监测数据载波监测(CD)信号,以证实数据链路的存在。

(5)当源调制解调器的载波出现于电话线上时,应答调制解调器就发出CD信号。

(6)通过发送数据线(TD)和接收数据线(RD),开始全双工通信。在数据链路传输期间,计算机通过监测CD来确保数据链路的存在。

(7)通信任务一旦完成,计算机就禁止DTR,调制解调器用除去其载波音调、禁止CD和DSR来响应。随着链路被拆除,调制解调器就会返回初始状态。

RS-232串行通信距离较近时(<12m),可以用电缆线直接连接标准RS232端口,若距离较远需附加调制解调器(Mode),最为简单的且常用的是三线制接法,即地、接收数据、发送数据三脚相连。

五、特性

RS232标准采用的接口是9针或25针的D型插头,常用的一般是9针插头。

RS232C标准接口有25根线,常用的只有9根,它们是:

(1)接收线信号检出(ReceivedLineSignalDetection,RSD)——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数据后,沿接收数据线RXD送到终端。此线也叫作数据载波检出(DataCarrierdetection,DCD)线。

(2)接收数据(Receiveddata,RXD)——通过RXD线终端接收从MODEM发来的串行数据(DCE→DTE)。

(3)发送数据(Transmitteddata,TXD)——通过TXD终端将串行数据发送到MODEM(DTE→DCE)。

(4)数据终端准备好(DataTerminalReady,DTR)——有效时(ON)状态,表明数据终端可以使用。

(5)地线-GND。

(6)数据装置准备好(DataSetready,DSR)——有效时(ON)状态,表明通信装置处于可以使用的状态。

(7)请求发送(RequesttoSend)——用来表示DTE请求DCE发送数据,即当终端要发送数据时,使该信号有效(ON状态),向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。

(8)清除发送(CleartoSend,CTS)―用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已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。

(9)振铃指示(Ringing,R)——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。

电气特性

在TXD和RXD上:逻辑1(MARK)=-3~-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)=3~15V;信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3~-15V。

以上规定说明了RS232C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用RS232总线连接系统时有近程通信方式和远程通信方式两种,近程通信是指传输距离小于15m的通信,可以用RS232电缆直接连接;15m以上的长距离通信,需要采用调制调解器。

六、比较

RS-232与USB都是串行通信,但无论是底层信号、电平定义、机械连接方式,还是数据格式、通信协议等,两者完全不同。RS-232是一个流行的接口。在MS-DOS中,四个串行接口称为COM1、COM2、COM3和COM4,而绝大部分windows应用程序最多可以有4个外设,但是如果用户要扩充更多外设时,就必须要用插入式串行卡或者外部开关盒实现。RS-232点对点连接,一个串口只能连接一个外设。
而USB是一种多点、高速的连接方式,采用集线器能实现更多的连接。USB接口的基本部分是串行接口引擎SIE,SIE从USB收发器中接收数据位,转化为有效字节传送给SIE接口;反之,SIE接口也可以接收字节转化为串行位送到总线。由于PC机串口的最高速率仅为115.2kbps,会形成一个速度瓶颈。RS-232系统包括2个串行信号路径,其方向相反,分别用于传输命令和数据,而命令和状态必须与数据交织在一起;而USB支持分离的命令和数据通道并允许独立的状态报告。USB是一种方便、灵活、简单、高速的总线结构,与传统的RS-232接口相比,主要有以下特点:

(1)USB采用单一形式的连接头和连接电缆,实现了单一的数据通用接口。USB统一的4针插头,取代了PC机箱后种类繁多的串/并插头,实现了将计算机常规I/O设备、多媒体设备(部分)、通信设备(电话、网络)以及家用电器统一为一种接口的愿望。

(2)USB采用的是一种易于扩展的树状结构,通过使用USBHub扩展,可连接多达127个外设。USB免除所有系统资源的要求,避免了安装硬件时发生端口冲突的问题,为其它设备空出硬件资源。
(3)USB外设能自动进行设置,支持即插即用与热插拔。

(4)灵活供电。USB电缆具有传送电源的功能,支持节约能源模式,耗电低。USB总线可以提供电压+5v、最大电流2A的电源,供低功耗的设备作电源使用,不需要额外的电源。

(5)USB可以支持四种传输模式:控制传输、同步传输、中断传输、批量传输,可以适用于很多类型的外设。

(6)通信速度快。USB支持三种总线速度,低速1.5Mbps、全速12Mbps和高速480Mbps。

(7)数据传送的可靠性。USB采用差分传输方式,且具有检错和纠错功能,保证了数据的正确传输。

(8)低成本。USB简化了外设的连接和配置的方法,有效地减少了系统的总体成本,是一种廉价的简单实用的解决方案,具有较高的性能价格比。

RS-232应用范围广泛、价格便宜、编程容易并且可以比其它接口使用更长的导线,随着USB端口的越来越普遍,将会出现更多的把RS-232或其它接口转换成USB的转换装置。但是RS-232和类似的接口仍将在诸如监视和控制系统这样的应用中得到普遍的应用。对习惯使用RS-232的开发者和产品可以考虑设计USB/RS-232转换器,通过USB总线传输RS-232数据,即PC端的应用软件依然是针对RS-232串行端口编程的,外设也是以RS-232为数据通信通道,但从PC到外设之间的物理连接却是USB总线,其上的数据通信也是USB数据格式。采用这种方式的好处在于:一方面保护原有的软件开发投入,已开发成功的针对RS-232外设的应用软件可以不加修改地继续使用;另一方面充分利用了USB总线的优点,通过USB接口可连接更多的RS-232设备,不仅可获得更高的传输速度,实现真正的即插即用,同时解决了USB接口不能远距离传输的缺点(USB通讯距离在5米内)。

 

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