第六章RS232通信協(xié)議

1、第6章 RS-232通信協(xié)議第六章 RS-232通信協(xié)議本章主要內(nèi)容包括：Ð RS-232C通信協(xié)議簡介Ð RS-232C的機械特性、電氣特性和功能特性Ð 常用RS232轉(zhuǎn)換芯片簡介Ð 計算機與單片機近距離多機通信Ð RS-232C的典型應用本章詳細介紹RS-232C通信協(xié)議，包括RS-232C的機械特性、電氣特性和功能特性，常用RS232轉(zhuǎn)換芯片的特點及應用，RS-232C的連接方法，計算機與單片機的通信等。本章的程序是實際應用中較常使用的例子，讀者可參考選用。6.1 RS-232C通信協(xié)議簡介RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Elec

2、tronic Industry Association）與BELL等公司在1969年頒布的一種串行物理接口標準。RS是Recommended Standard 的縮寫，意為推薦標準；232是標識號碼；而后綴“C”是版本號，表示該推薦標準已被修改過的次數(shù)，即RS-232C 是RS-232繼RS-232A，RS-232B之后的一次修訂。RS-232C接口標準與國際電報電話咨詢委員會（CCITT）的V.24 標準兼容，是一種非常實用的異步串行通信接口。目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。RS-232C標準最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端DTE（Data Termina

3、l Equipment）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment）而制定的。例如利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒體，通過調(diào)制解調(diào)器與遠程設(shè)備連接。遠程電話網(wǎng)相連接時，通過調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應的模擬信號，以使其能與電話網(wǎng)相容；在通信線路的另一端，另一個調(diào)制解調(diào)器將模擬信號逆轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)比特流的傳輸。以前家庭使用MODEM撥號上網(wǎng)就是使用PC機上的RS-232端口與外部通信的例子。但目前RS-232更廣泛地應用于計算機與終端或外設(shè)之間的近端連接。下圖給出了兩臺遠程計算機通過電話網(wǎng)相連的結(jié)構(gòu)圖。RS-232C 標準接口只控制DTE與DCE之間的

4、通信，與連接在兩個DCE之間的電話網(wǎng)沒有直接的關(guān)系。圖6.1 RS-232C 的遠程通信RS-232C是一個完整的標準，對通信接口的有關(guān)問題，如信號功能、電氣特性和機械特性等都作了明確的規(guī)定。因為通信接口與設(shè)備制造廠商都生產(chǎn)與RS-232C兼容的通信設(shè)備，因此RS-232C已經(jīng)成為了微機串行通信接口中廣泛采用的標準。6.1.1 機械特性（1）連接器由于RS-232C標準只規(guī)定了采用一對物理連接器，而對連接器本身的物理特性未作定義，因此出現(xiàn)了DB-25、DB-15、DB-9等各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同，使用時應加以注意。在實際應用中，DB-25、DB-9兩種連接器使用較多，如在微型

5、計算機的RS-232C串行端口上，大多使用9 針連接器DB-9。圖6.2給出了一個典型的9針RS-232C接口。圖6.2 9針RS-232C接口下面簡單介紹一下DB-25和DB-9兩種連接器。早期的PC和PC/XT采用DB-25型連接器，插頭一側(cè)為DTE，插座一側(cè)為DCE。這個連接器的外殼和大寫字母D的外形很相似，因此有人形象的稱之為D型口。DB-25型連接器有插針式和內(nèi)孔式兩種，一般地，DTE連接器有插針式導線，而DCE有內(nèi)孔式導線。圖6.2便是一種插針式導線接口。DB-25型連接器的外形及信號線分配如圖6.3（a）和（b）所示。大多數(shù)PC機的串口使用9針插入式連接器。這些串口只包括常用的9

6、個信號。DB-9型連接器的外形及信號線分配如圖6.4的（a）和（b）所示。（2）電纜電纜既有普通方式電纜，如同軸電纜和雙絞線電纜，又有特殊電纜，例如光纖等。電纜的兩個重要參數(shù)是電阻和電容。導線的電阻值受多種因素影響，表6.1給出了標準AWG號對應的橫截面積（一個密耳為千分之一英寸，一個圓密耳是直徑為千分之一英寸的圓面積）和每1000英尺的電阻值。表6.1 標準AWG號對應的橫截面積AWG面積（圓密耳）歐姆（1000英尺，20）0000211，6000.04900105，5300.09831010，3810.99892264216.143625414.8 （a）DTE插針式25針 （b）DCE內(nèi)

7、孔式25針圖6.3 DB-25型連接器 （a）DTE插針式9針 （b）DCE內(nèi)孔式9針圖6.4 DB-9型連接器傳輸電纜的長度也與傳輸?shù)碾娙萦嘘P(guān)。電纜中電容通常以每英尺皮法數(shù)（pF/ft）表示，它指示了在給定頻率的信號上給定電纜的電容影響，電容量越低，則有效頻率越高。相對數(shù)字信號而言，電容的增加意味著傳輸中的方波變圓。EIA標準規(guī)定，被驅(qū)動電路（終端）的電容，包括電纜連接電容必須小于2500pF。對于一個多芯電纜來說，每英尺（0.305m）電容為40pF 50pF，因此滿足電容特性的電纜長度最大為50英尺（15.24m）。如果電容特性不滿足，則明顯的反應是從空號到傳號（從0到1），或從傳號到空

8、號（從1到0）的跳變時間要超過RS-232C標準規(guī)定的4%位碼時間的最大允許值。因為對于傳號/空號的跳變過程和空號/傳號的跳變過程來說，不同的跳變情況下驅(qū)動器和接收器電路的電阻是不同的，所以對電纜電容充電的時間也總是不同的。超過50英尺所增加的電容和上述充電時間的差異會使接收電路產(chǎn)生傳號位碼比空號位碼寬（傳號畸變）或反之（空號畸變）。這些畸變會引起字符接收錯誤。如果在時鐘頻率有畸變或信號狀態(tài)發(fā)生跳變時出現(xiàn)噪聲，則更容易出錯。RS-232C標準允許的連接電纜不超過50英尺，但若能保證電纜總電容小于2500pF，則電纜長度可超過限定值。同時，RS-232C標準所允許的信號傳輸速率在020kbps的

9、范圍之內(nèi)，而在實際應用中常被限制在19.2kbps之內(nèi)。RS-232C相互連接使用的理想電纜類型是屏蔽的多股導線型。它們通常具有4、7、9、12、16和25根導線，每根導線是絕緣的多股銅線，所有導線由外帶PVC層的鋁箔網(wǎng)屏蔽包在一起。當不需要屏蔽時，扁平電纜也可以用于直連的RS-232應用。6.1.2 電氣特性RS-232C標準對信號的邏輯電平、最高數(shù)據(jù)傳輸和各種信號功能都做了規(guī)定，RS-232C電氣特性如表6.2所示。表6.2 RS-232C電氣特性電氣特性參數(shù)范圍帶3KW7KW負載時驅(qū)動器輸出電平邏輯0 邏輯1不帶負載時驅(qū)動器的輸出電平-25V到+25V驅(qū)動器通斷時輸出阻抗>300W

10、輸出短路電流<0.5A驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率<30V/ms接收器輸入阻抗3KW7KW接收器輸入電壓的允許范圍-25V到+25V輸入開路時接收器的輸出邏輯1輸入經(jīng)300W接地接收器輸出邏輯1+3V輸入時接收器輸出邏輯0-3V輸入時接收器輸出邏輯1最大負載電容2500pF6.1.3 功能特性（1）信號特性RS-232C采用雙極性信號、公共線和負邏輯。在最高數(shù)據(jù)傳輸率19.2kbps下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度為20m以內(nèi)，若數(shù)據(jù)傳輸率減少，傳輸?shù)拈L度可加大。RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般的處理器、單片機的電平不同。RS-232C采用負邏輯電平，規(guī)定+15V+3V之間的任意電壓表示邏輯0電平，-15V

11、-3V之間的任意電壓表示邏輯1電平。RS-232C連接器上任一腳上的信號狀態(tài)如表6.3所示。表6.3 RS-232C信號電壓意義狀態(tài)信號電壓-15V-3V+15V+3V二進制邏輯10信號狀態(tài)信號（MARK）空號（SPACE）功能斷（OFF）通（ON）RS-232C采用這個范圍而不采用TTL邏輯（05V），是為了提高抗干擾能力和增加傳輸距離。由于傳號和空號狀態(tài)用相反的電壓表示，其間有6V的差距，這就大大提高了傳輸?shù)目煽啃?。邏?在驅(qū)動器輸出端為+5V+15V，在負載端為+3V；相應的邏輯1驅(qū)動器輸出端為-5V -15V，在負載端為-3V。RS-232C的電平如圖6-5所示。圖6-5 RS-232

12、C電平由于RS-232電平與TTL電平不同，因此在實際應用中，必須把微處理器的信號電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS-232電平，或者對兩者進行逆轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換是由專用的芯片完成的。轉(zhuǎn)換芯片的具體內(nèi)容將會在后面介紹。RS-232中開路電壓不能超過25V，最大短路電流為0.5A。RS-232的驅(qū)動電路必須能承受電纜中任何傳輸導線短路，而不會導致有關(guān)設(shè)備的損壞。（2）RS-232信號改變的要求RS-232標準通信速率可以達到20kbps（通常的速率是19.2kbps）。RS-232并沒有規(guī)定固定的速率，通常的值是0.3 kbps，1.2 kbps，2.4 kbps，9.6 kbps和19.2kbps。其他可

13、以接受但不常用的速率值是0.11 kbps，0.6 kbps，4.8 kbps。信號從邏輯1到邏輯0或者從邏輯0到邏輯1的改變，必須遵循一下幾個要求：在一個信號改變期間，當信號進入過渡區(qū)后，信號必須從過渡區(qū)馬上變?yōu)橄喾吹男盘枲顟B(tài)，而不能在過渡區(qū)內(nèi)變?yōu)橄喾吹姆较蚧蛘咄ㄟ^過渡區(qū)后又重新進入過渡區(qū)。對于控制信號，信號通過過渡區(qū)的轉(zhuǎn)換時間應該小于1ms。對于數(shù)據(jù)信號和時鐘信號，通過過渡區(qū)的轉(zhuǎn)換時間應該滿足以下幾點：比特周期大于25ms時，轉(zhuǎn)換時間應小于1ms；比特周期在25ms和125ms之間時，轉(zhuǎn)換時間應小于比特周期的4%；比特周期小于125ms時，轉(zhuǎn)換時間應小于5ms。數(shù)據(jù)和時鐘信號的上升沿和下降

14、沿在理想狀態(tài)下應該是相等的。圖6-5描繪了可接收以及不可接收的信號波形。圖6.5 可接收以及不可接收的信號波形(a)可接收信號；(b)重新進入過渡區(qū)；(c)過渡區(qū)內(nèi)信號反向；(d)下降沿太慢（3）RS-232C的接口信號EIA RS-232C標準規(guī)定了在串行通信時，數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的接口信號。所謂“發(fā)送”和“接收”是從數(shù)據(jù)終端設(shè)備的立場來定義的。表6.4給出了RS-232C接口信號的名稱、引腳和功能。RS-232C定義了20根信號線，其中15根信號線（標注*）為主通道線，其他的用于輔信道或未定義。在表6.4中，以A開頭的為地線，其中AA、AB無方向，AB為所有信號提供

15、一個公共的地線，而且一定要將通信設(shè)備中的所有參考電平相連。以C開頭的為控制線，用于DTE與DCE之間的握手信號。S開頭的為信號線。RS-232C標準接口定義了25根線，其中有2 根地線、4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線，另有5條備用線和未定義線。其中有9條最為常用，按照它們的功能可分類如下。聯(lián)絡(luò)控制信號線表6.4 RS-232C的接口信號引腳符號縮寫名功能說明信號方向?qū)TE對DCE1*AAPG保護地X2*BATXD發(fā)送數(shù)據(jù)出入3*BBRXD接收數(shù)據(jù)入出4*CARTS請求發(fā)送出入5*CBCTS允許發(fā)送入出6*CCDSR數(shù)據(jù)設(shè)備就緒入出7*ABSGND信號地XX8*CFCD載波檢測入出9未用

16、，為測試保留10未用，為測試保留11空12SCFSDCD次級載波檢測線/輔助接收線路信號檢測入出13SCBSCTS次級允許發(fā)送線/輔助通道允許發(fā)送入出14SBASTXD輔助通道發(fā)送數(shù)據(jù)出入15*DB發(fā)送信號碼元定時（DCE為源）入出16SBBSRXD次級接收數(shù)據(jù)線/輔助信號接收數(shù)據(jù)入出17*DD接收信號碼元定時入出18空19SCASRTS輔信道請求發(fā)送/次級請求發(fā)送線出入20*CDDTR數(shù)據(jù)終端DTE準備就緒出入21*CG信號質(zhì)量檢測線入出22*CERI振鈴指示入出23*CH/CI數(shù)據(jù)信號速度選擇線出入24*DA發(fā)送信號碼元定時（DTE為源）出入25空數(shù)據(jù)裝置準備好（Data set read

17、y-DSR)有效時（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以用的狀態(tài)。數(shù)據(jù)終端準備好(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準備好接收D

18、TE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應信號。當MODEM已準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，應使其變高。數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier Detection-DCD)用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。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DCD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(diào)成數(shù)字數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做接收線路信號檢出(Received Line detection-RLSD)。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(tài)），通知終