RS232 技术文摘
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目 次
1. RS-232-C 详解 ………………………………………………………2
2. 串口通信基本接线方法 ………………………………………………12
3. 串口通讯的概念及接口电路 …………………………………………13
4. 有关 RS232 和 RS485 接口的问答 ……………………………………14
5. 同步通信方式 …………………………………………………………16
6. 通信协议…………………………………………………………………19
7. 实战串行通讯……………………………………………………………25
8. 全双工和半双工方式 …………………………………………………33
9. 浅析 PC 机串口通讯流控制 ……………………………………………34
10. 奇偶校验 ………………………………………………………………35
11. 开发通信软件的技术与技巧 …………………………………………36
12. 接口技术的基本知识 …………………………………………………41
13. 一个单片机串行数据采集/传输模块的设计 …………………………44
14. 单工、半双工和全双工的定义 ………………………………………48
15. 从 RS232 端口获得电源…………………………………………………49
16. 串行同步通信的应用……………………………………………………50
17. 串行通信波特率的一种自动检测方法…………………………………53
18. RS-232、RS-422 与 RS-485 标准及应用………………………………56
19. 串口泵 …………………………………………………………………64
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RS-232-C 详解
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-323C 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、电器特性
都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与 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:
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 Communication 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及和计算机系统
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。
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。
一、RS-232-C
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(ecommeded 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。常用物理标准还有有 EIARS-232-C、
EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。 这里只介绍 EIARS-232-C(简
称 232,RS232)。 例如,目前在 IBM PC 机上的 COM1、COM2 接口,就是 RS-232C 接口。
1.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。
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
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图 1
以上规定说明了 RS-323C 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)的电平告语+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,图 1 显示了 1488 和 1489 的内部结构
和引脚。MC1488 的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接 TTL 输入。引脚 3、6、8、11 输出
端接 EIA-RS-232C。MC1498 的 14 的 1、4、10、13 脚接 EIA 输入,而 3、6、8、11 脚接 TTL
输出。具体连接方法如图 2 所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片 UART,它是
TTL 器件,右边是 EIA-RS-232C 连接器,要求 EIA 高电压。因此,RS-232C 所有的输出、输
入信号都要分别经过 MC1488 和 MC1498 转换器,进行电平转换后才能送到连接器上去或从连
接器上送进来。
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图 2
2、、连接器的机械特性:
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)
DB-25 型连接器的外形及信号线分配如图 3 所示。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。
图 3
(2)DB-9 连接器
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-25 型连
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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。
3、RS-232C 的接口信号
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)联络控制信号线:
数据装置准备好(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 set 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。
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。
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。在全双工系统中作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
两数据后,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:
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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
有两根线 SG、PG——信号地和保护地信号线,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数传机(即 modem)准备好,Data Set Ready.
DTR数据终端(DTE,即微机接口电路,如
Intel8250/8251,16550)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数据载波检出,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 收到交换机送来的振铃呼叫信号
时,使该信号有效,通知 DTE 已被呼叫。
232 引脚 CCITT Modem
名称
说明
1
101 AA
保护地
设备外壳接地
2
103 BA
发送数据 数据送 Modem
3
104 BB
接收数据 从 Modem 接收数据
用途
异步 同步
PE PE√
TXD
RXD
4
105 CA
请求发送 在半双工时控制发送器的开和关 RTS
5
106 CB
允许发送
Modem 允许发送
6
107 CC 数据终端准备好 Modem 准备好
7
102 AB
信号地
信号公共地
CTS
DSR
SG SG√
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8
109 CF 载波信号检测 Modem 正在接收另一端送来的信号 DCD
9
10
11
空
空
空
12
接收信号检测(2) 在第二通道检测到信号
√
13
允许发送(2) 第二通道允许发送
14
118 发送数据(2) 第二通道发送数据
√
√
15
113 DA 发送器定时 为 Modem 提供发送器定时信号
√
16
119 接收数据(2) 第二通道接收数据
√
17
115 DD 接收器定时 为接口和终端提供定时
√
18
空
19
请求发送(2) 连接第二通道的发送器
√
20
108 CD 数据终端准备好 数据终端准备好
21
空
22
125
振铃
振铃指示
DTR
RI
23
111 CH 数据率选择 选择两个同步数据率
√
24
114 DB 发送器定时 为接口和终端提供定时
√
25
空
PART2
一、远距离通信
第 1 和第 2 中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。
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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。
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