RS-232-C

串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在 RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機通信接口中廣泛采用。

在討論RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之前，先說明兩點:

首先，RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(Data Communication Equipment)而制定的。因此這個標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計算機系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計算機(更準(zhǔn)確的說，是計算機接口)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計算機系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)與計算機不兼容的地方就不難理解了。

其次，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的"發(fā)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(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。

RS -232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS(recommended standard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改(1969)，在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIA-RS-232-C、EIA-RS-422-A、 EIA-RS-423A、EIA-RS-485。這里只介紹EIA-RS-232-C(簡稱232，RS232)。例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。

EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)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(tài)，正電壓)=+3V~+15V

信號無效(斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V~-15V

以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)(信息碼):邏輯"1"(傳號)的電平低于-3V，邏輯"0"(空號)的電平高于+3V;對于控制信號;接通狀態(tài)(ON)即信號有效的電平高于+ 3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)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(yīng)保證電平在±(3~15)V之間。

EIA -RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換:EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)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(guān)系的變換。實現(xiàn)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(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換，圖1顯示了1488和1489的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳。MC1488 的引腳⑵、(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(jīng)過MC1488和MC1498轉(zhuǎn)換器，進行電平轉(zhuǎn)換后才能送到連接器上去或從連接器上送進來。

連接器:由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)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。

⑴DB-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(huán)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(shè)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(huán)信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。⑵DB-9連接器

在AT 機及以后，不支持20mA電流環(huán)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應(yīng)小于2500pF。

RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)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:

⑴聯(lián)絡(luò)控制信號線:

數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好(Data set ready-DSR)--有效時(ON)狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Data Terminal Ready-DTR)--有效時(ON)狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)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(shè)備狀態(tài)信號有效，只表示設(shè)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(fā)送(Request to send-RTS)--用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效(ON狀態(tài))，向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進入發(fā)送狀態(tài)。

允許發(fā)送(Clear to send-CTS)--用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應(yīng)信號。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。

這對RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)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(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)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(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier dectection-DCD)線。

振鈴指示(Ringing-RI)--當(dāng)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(tài))，通知終端，已被呼叫。

⑵數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線:

發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TxD)--通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。

接收數(shù)據(jù)(Received data-RxD)--通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。

⑶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(dāng)DSR和DTR都處于有效(ON)狀態(tài)時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)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(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。

2個數(shù)據(jù)信號:發(fā)送TXD;接收RXD。

1個信號地線:SG。

6個控制信號:

DSR??數(shù)傳機(即modem)準(zhǔn)備好，Data Set Ready.

DTR??數(shù)據(jù)終端(DTE，即微機接口電路，如Intel8250/8251,16550)準(zhǔn)備好，Data Terminal Ready。

RTS??DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。

CTS??DCE允許DTE發(fā)送(Clear To Send)，該信號是對RTS信號的回答。

DCD??數(shù)據(jù)載波檢出，Data Carrier Detection當(dāng)本地DCE設(shè)備(Modem)收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收， 并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號， 經(jīng)RXD線送給DTE。

RI??振鈴信號 Ringing當(dāng)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。

一、遠距離通信

第1和第2中情況是屬于遠距離通信(傳輸距離大于15m的通信)的例子，故一般要加調(diào)制解調(diào)器MODEM，因此使用的信號線較多。注意:在以下各圖中，DTE信號為RS-232-C信號，DTE與計算機間的電平轉(zhuǎn)換電路未畫出。

1、采用Modem(DCE)和電話網(wǎng)通信時的信號連接:

若在雙方MODEM之間采用普通電話交換線進行通信，除了需要2~8號信號線外還要增加RI(22號)和DTR(20號)兩個信號線進行聯(lián)絡(luò).

DSR、DTR:數(shù)傳機(DCE)準(zhǔn)備好、數(shù)據(jù)終端(DTE)準(zhǔn)備好，只表示設(shè)備本身可用。

首先，通過電話機拔號呼叫對方，電話交換臺向?qū)Ψ桨l(fā)出拔號呼叫信號，當(dāng)對方DCE收到該信號后，使RI(振鈴信號)有效，通知DTE，已被呼叫。當(dāng)對方"摘機"后，兩方建立了通信鏈路。

若計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)至對方，首先通過接口電路(DTE)發(fā)出RTS(請求發(fā)送)信號。此時，若DCE(Modem)允許傳送，則向DTE回答CTS(允許發(fā)送)信號。一般可直接將RTS/CTS接高電平，即只要通信鏈路已建立，就可傳送信號。(RTS/CTS可只用于半雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式的切換。

當(dāng)DTE獲得CTS信號后，通過TXD線向DCE發(fā)出串行信號，DCE(Modem)將這些數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號(又稱載波信號)，傳向?qū)Ψ健?/p>

計算機向DTE"數(shù)據(jù)輸出寄存器"傳送新的數(shù)據(jù)前，應(yīng)檢查Modem狀態(tài)和數(shù)據(jù)輸出寄存器為空。當(dāng)對方的DCE收到載波信號后，向?qū)Ψ降腄TE發(fā)出DCD信號(數(shù)據(jù)載波檢出)，通知其DTE準(zhǔn)備接收，同時，將載波信號解調(diào)為數(shù)據(jù)信號，從RXD線上送給DTE，DTE通過串行接收移位寄存器對接收到的位流進行移位，當(dāng)收到1個字符的全部位流后，把該字符的數(shù)據(jù)位送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，CPU可以從數(shù)據(jù)輸入寄存器讀取字符。

2、采用專用電話線通信:在通信雙方的MODEM之間采用電話線進行通信，則只要使用2~8號信號線進行聯(lián)絡(luò)與控制。不需要電話機、振鈴信號RI和DTR信號.

二、近距離通信:

當(dāng)通信距離較近時，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需三根線(發(fā)送線、接收線、信號地線)便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信，即是這里要討論的第一種情況。

無Modem時，最大通信距離按如下方式計算:

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:當(dāng)誤碼率小于4%時，要求導(dǎo)線的電容值應(yīng)小于2500PF。對于普通導(dǎo)線，其電容值約為170PF/M。則允許距離L=2500PF/(170PF/M)=15M

這一距離的計算，是偏于保守的，實際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600bps，普通雙絞屏蔽線時，距離可達30~35米。

1、零Modem 的最簡連線(3線制)

圖3是零MODEM方式的最簡單連接(即三線連接)，圖中的2號線與3號線交叉連接是因為在直連方式時，把通信雙方都當(dāng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請求發(fā)送RTS有效和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。

⑴RTS與CTS互聯(lián):只要請求發(fā)送，立即得到允許

⑵DTR與DSR互聯(lián):只要本端準(zhǔn)備好，認為本端立即可以接收(DSR、數(shù)傳機準(zhǔn)備好)。

2、零Modem標(biāo)準(zhǔn)連接:

如果想在直接連接時，而又考慮到RS-232C的聯(lián)絡(luò)控制信號，則采用零MODEM方式的標(biāo)準(zhǔn)連接方法，其通信雙方信號線安排如下1-2-3-4-5順序所演示的那樣。

無Modem的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)線(7線制)如圖所示:

從中可以看出，RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)定義的所有信號線都用到了，并且是按照DTE和DCE之間信息交換協(xié)議的要求進行連接的，只不過是把DTE自己發(fā)出的信號線送過來，當(dāng)作對方DCE發(fā)來的信號，因此，又把這種連接稱為雙叉環(huán)回接口。

雙方的握手信號關(guān)系如下(注:甲方乙方并未在圖中標(biāo)出):

⑴當(dāng)甲方的DTE準(zhǔn)備好，發(fā)出DTR信號，該信號直接聯(lián)至乙方的RI(振鈴信號)和DSR(數(shù)傳機準(zhǔn)備好)。即只要甲方準(zhǔn)備好，乙方立即產(chǎn)生呼叫(RI)有效，并同時準(zhǔn)備好(DSR)。盡管此時乙方并不存在DCE(數(shù)傳機)。

⑵甲方的RTS和CTS相連，并與乙方的DCD互連。即:一旦甲方請求發(fā)送(RTS)，便立即得到允許(CTS)，同時，使乙方的DCD有效，即檢測到載波信號。

⑶甲方的TXD與乙方的RXD相連，一發(fā)一收。

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)主要是DTE和DCE之間的連接定義，內(nèi)容包括接口的電氣特性、機械特性等。RS-232-C的插頭分為DCE端和DTE端。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯D型插頭座。后來的PC上使用簡化了的9芯D型插座，在單片機應(yīng)用中25芯插頭座已很少采用。這兩種類型中，25芯定義與9芯相關(guān)的RS-232-C串行標(biāo)準(zhǔn)接口信號定義見表1。雖然表1中9芯D型插頭座沒有定義保護地，但金屬外殼設(shè)備的保護地不應(yīng)沒有，這里顯然可以借用1或9。遇到接RS-232電纜的情況時，最用萬用表量一下。用握手線了。數(shù)據(jù)的發(fā)送流程是這樣的:在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端要給出請求發(fā)送信號CTS。接著接收端發(fā)出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號DTR，發(fā)送端的DSR接收到對方的DTR以后，開始在TXD上送出數(shù)據(jù)。和調(diào)制解調(diào)器相連，通過電話線傳輸數(shù)據(jù)時，必須使用握手線，RS-232-C信號定義中的數(shù)據(jù)載波檢測(DCD)、振鈴指示等就是用于這一目的的。

表1 RS-232接口信號定義

RS-232-C是EIA發(fā)表的，是RS-232-B的修改版。本來是為連接模擬通信線路中的調(diào)制解調(diào)器等DCE及電傳打印機等DTE拉接口而標(biāo)準(zhǔn)化的?，F(xiàn)在很多個人計算機也用RS-232-C作為輸入輸出接口，用RS-232-C作為接口的個人計算機也很普及。

RS-232-C的如下特點:采用直通方式，雙向通信，基本頻帶，電流環(huán)方式，串行傳輸方式，DCE-DTE間使用的信號形態(tài)，交接方式，全雙工通信。RS-232-C在ITU建議的V.24和V.28規(guī)定的25引腳連接器在功能上具有互換性。RS-232-C所使用的連接器為25引腳插入式連接器，一般稱為25引腳D-SUB。DTE端的電纜頂端接公插頭，DCE端接母插座。RS-232-C所用電纜的形狀并不固定，但大多使用帶屏蔽的24芯電纜。電纜的最大長度為15m。使用RS-232-C在20K位/秒以下的任何速率都能進行數(shù)據(jù)傳輸。

表2 RS-232電氣特性

1.RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文"推薦標(biāo)準(zhǔn)"的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS(ecommeded standard)代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改(1969)，在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIA?RS-232-C、EIA?RS-422-A、EIA?RS-423A、EIA?RS-485。 這里只介紹EIA?RS-232-C(簡稱232，RS232)。 例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。

EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)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(tài)，正電壓)=+3V~+15V

信號無效(斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V~-15V

連接器: 由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)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(huán)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(shè)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(huán)信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。

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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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)?？梢娺@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(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應(yīng)小于2500pF。