RS232 協(xié)議簡介

RS-232-C

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準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設(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標準規(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標準規(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。

串行通信接口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標準的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是美國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。這個標準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。由于通行設(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(nèi)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(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。因此這個標準的制定，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(更準確的說，是計算機接口)與終端或外設(shè)之間的近端連接標準。顯然，這個標準的有些規(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(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。

一、RS-232-C

RS-232C標準(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS(recommeded standard)代表推薦標準，232是標識號，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。常用物理標準還有有RS-232-C、RS-422-A、RS-423A、RS-485。 這里只介紹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。

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(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標準對邏輯電平的定義。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。

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(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。

(2)DB-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標準規(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，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動器的負載電容應(yīng)小于2500pF。

3、RS-232C的接口信號

RS-232C規(guī)標準接口有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

(1)聯(lián)絡(luò)控制信號線：

數(shù)據(jù)裝置準備好(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)終端準備好(Data set 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。

(2)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)。

(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(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：

數(shù)傳機(即modem)準備好，Data Set Ready.

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

DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。

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。

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。

總結(jié)：RS-232數(shù)據(jù)接發(fā)方式為全雙工，不過傳輸距離較短，一般為15m，不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸距離較長的系統(tǒng)中。

RS232缺點：由于RS-232-C接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點：

(1) 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

(2) 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。

(3) 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

(4) 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。