RS232C、RS422/RS485串行通信標準

一、RS232C串行接口標準簡介

RS232C是1969年有電子工業(yè)協(xié)會（EIA）公布的標準，RS是推薦標準（recommended standard）的縮寫。該標準的用途是定義數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設備（DCE）接口的電氣特性。圖1是個人計算機通過RS232C 、調(diào)制解調(diào)器訪問遠程計算機的應用框圖。RS232C接口在個人計算通信中起著極為重要的作用。

圖1 RS232C接口應用圖例

1、RS232C信號特性、電纜長度及波特率

為了確保正確的發(fā)送二進制數(shù)據(jù)和正確的執(zhí)行設備控制，RS232C標準為數(shù)據(jù)和管制信號提供了電壓標準及范圍。當RS232C的線路上沒有通信的數(shù)據(jù)信號時，DTE端的發(fā)送信號保持－15V的電壓。電壓標準如表1所示

表1 交換電壓標準

電壓邏輯狀態(tài)信號狀態(tài)接口控制功能

+3V～+15V0間隔接通

－3V～－15V1標志斷開

RS232C標準規(guī)定電纜長度限定在15m以內(nèi)，串行數(shù)據(jù)傳速率的范圍為0～20000b/s。這一規(guī)定足以覆蓋個人計算機使用的50～9600b/s范圍。電纜長度也足以滿足大多數(shù)個人計算機通信的要求。

2、RS232C引腳分配及定義

RS232C標準規(guī)定設備間使用帶“D”型25針連接器的電纜通信。“D“型25芯標準連接器見圖2所示。在這25根引線中，有20根要用作信號線，其他3根（11、18、25）未定以用途，2根（9、10）備用。

表2 對RS232C的25針連接器引腳定義進行了說明

表 2 RS232C標準25針連接器引腳定義

引腳號名稱名稱縮寫信號方向說明

1frame groundFG

屏蔽地線

2transmitted dataTXD從DTE至DCE傳送數(shù)據(jù)線

3received dataRXD從DCE至DTE接受數(shù)據(jù)線

4request to sendRTS從DTE至DCE請求發(fā)送

5clear to sendCTS從DCE至DTE允許發(fā)送

6data set readyDSR從DCE至DTE數(shù)據(jù)設備（DCE）準備好

7signal groundSG

信號邏輯地線

8data carrier detectDCD從DCE至DTE數(shù)據(jù)載波檢測

9reserved

備用

10reserved

備用

11unassigned

未定義

12secondary data carrier detectDCD從DCE至DTE數(shù)據(jù)載波檢測（二次通道）

13secondary clear to sendCTS從DCE至DTE允許發(fā)送（二次通道）

14secondary transmintted dataTXD從DTE至DCE傳送數(shù)據(jù)（二次通道）

15transmit clockTXC從DCE至DTE傳送時鐘

16secondary received dataRXD從DCE至DTE接受數(shù)據(jù)線（二次通道）

17received clockRXC從DTE至DCE接受時鐘

18unassigned

未定義

19secondary request sendRTS從DTE至DCE請求發(fā)送（二次通道）

20data terminal readyDTR從DTE至DCE數(shù)據(jù)終端準備好

21signal quality detectSQD從DCE至DTE信號質(zhì)量檢測

22ring indicatorRI從DCE至DTE振鈴指示

23data rate selectDRS從DTE至DCE數(shù)據(jù)速率選擇。它是針對21引腳改變的答應

24external transmit clock　從DTE至DCE外部發(fā)送時鐘

25unassigned

未定義

但目前已經(jīng)很少有人使用25針D型連接器了，一般都使用9針D型連接器，9針和25針連接器間的對應關系如表3所示

表3 9針連接器和25針連接器間的對應關系

9針連接器25針連接器

18

23

32

420

57

66

74

85

922

3、RS232C數(shù)據(jù)線

RS232C的數(shù)據(jù)線有2根：發(fā)送數(shù)據(jù)線 TXD 和接收數(shù)據(jù)線RXD。與邏輯地線7結合起來工作，足以實現(xiàn)全雙工和半雙工的信息傳輸。信號是從DTE角度說明的，在DTE一方引腳2定義為TXD，引腳3定義為RXD。為了使DCE能很好地與DTE配合，協(xié)同進行發(fā)送與接收工作，在DCE一方引腳2定義為RXD，引腳3定義為TXD，為了能實現(xiàn)正確地傳輸，對這一點必須給予應有的注意。在使用RS232C標準插頭實現(xiàn)連接之前，用戶必須根據(jù)已有的DTE及DCE的具體說明，做好匹配的調(diào)整工作。

對數(shù)據(jù)線上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、RS232C標準并沒有嚴格的規(guī)定。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率是多少、有無奇偶校驗位、停止位為多少、字符代碼采用多少位等問題，應由發(fā)送方與接受自行商定，達成一致的協(xié)議。

4、RS232C的控制線

RS232C的控制線是為建立通信鏈接和維持通信鏈接而使用的信號。圖3所示通信過程說明了RS232C控制線的功能

在圖中，本地的數(shù)據(jù)終端設備DTE通過本地及遠程的調(diào)制解調(diào)器，與遠程的數(shù)據(jù)終端DTE進行通信，DTE與MODEM 之間采用的是RS232C接口。MODEM之間則是通過電話線進行數(shù)據(jù)交換，圖3標出了通信過程和RS232C的控制信號出現(xiàn)的從上向下的順序。

（1） DTE：數(shù)據(jù)終端準備好。DTE設備加電以后，并能正確實現(xiàn)通信的功能，向DCE發(fā)出DTR信號，表示數(shù)據(jù)終端已做好準備工作，可以進行通信。

（2） DSR ：數(shù)據(jù)設備準備好。數(shù)據(jù)設備是DCE通信的設備，如此的MODEM。MODEM加電以后，并能正常執(zhí)行通信功能時，向DTE發(fā)出DSR信號，表示MODEM已準備好。這兩個準備好信號，在通信的過程中首先要對他們進行測試，以了解通行對方的狀態(tài)，以可靠的建立通信。但是如果通信的對方并不要求測試，就可以不發(fā)出此信號。

（3）RTS ：請求發(fā)送。當DTE有數(shù)據(jù)需要向遠程DTE傳輸通信時，DTE在測得DSR有效，即MODEM接收到 信號時 ，根據(jù)提供的目的電話編碼，向遠程MODEM發(fā)出呼叫。遠程RST收到此呼叫，首先發(fā)出2000HZ得短小短續(xù)得沖擊聲，以關閉電話線路得回聲消除器，然后發(fā)出回答載波信號。本地MODEM接收此載波信號，確認已獲得兩對方的同意，它向遠程MODEM發(fā)出原載波信號相對方表示是一個可用的MODEM同時用RS232C的第8引線發(fā)出數(shù)據(jù)載波信號DCD，向DTE表示已檢測出有效的回答載波信號

（4）DCD：數(shù)據(jù)載波檢測時MODEM發(fā)向DTE，表示已檢測出對方載波信號。

（5）CTS：允許發(fā)送。每當一個MODEM辨認出對方MODEM已準備好運行接收時，他們便用CTS信號通知自己的DTE，表示這個通信通路已為傳輸數(shù)據(jù)作好準備，允許DTE進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。至此通信鏈路才建立，開始通信。

在半雙工的通信中，CTS是對DTE的RTS信號的答應，使DTE開始傳輸數(shù)據(jù)。在全雙工的通信中，CTS一般保持很長時間，而對RTS并不要求保持很長時間，通信鏈路建立后，即可降下。

上述這些控制線，連同數(shù)據(jù)線及邏輯地線（引線7），即可構成基本的最長接線。

（6）RI：振鈴指示線。如果MODEM具有自動應答能力，當對方通信傳叫來時，MODEM用引線向DTE發(fā)出 信號，指示此呼叫。在電話呼叫振鈴結束后，MODEM在DTE已準備好通信的條件（即DTE有效），立即向?qū)Ψ阶詣討?/p>

5、RS23C的連接方法

在RS232C的機械結構中，有25個插針的連接器（DB-25）。數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中如果有聯(lián)網(wǎng)通信，和在本地和遠程控制數(shù)據(jù)時，RS232C是數(shù)據(jù)終端設備和調(diào)制解調(diào)器之間的接口標準，所以數(shù)據(jù)終端設備和調(diào)制解調(diào)器各有對應的規(guī)格，通信會連接的雙方必須配對。

終端與終端之間連接的例子如圖4所示

（1）發(fā)送終端與接收終端連接，和接收端與發(fā)送端連接，各級端一旦處于工作狀態(tài)，就可以不管對方的狀態(tài)而發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，由軟件來去認數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

（2）一方的RTS和另一方的CTS相連。這種情況掛鉤聯(lián)絡是困難的，互相通信時，需要知道對方是否可以接收數(shù)據(jù)。但是這種連接方式只求通過發(fā)送請求將對方置與可發(fā)送狀態(tài)。編制程序時，必須注意這個問題。

（3）通過檢查DSR，能夠確認對方是否輸出了發(fā)送請求，把DTR置于ON，使對方知道可以接收，因而注意這個問題。另外，大規(guī)模集成電器與RS232C的連接方法很多，只要充分了解RS232C的接口規(guī)定，就可以迎刃而解。

二、RS422和RS485

隨著通信技術的發(fā)展，對通信速率的要求越來越高，距離要求越來越遠。根據(jù)RS232C標準，他的最高傳輸速率為20kb/s時，最遠距離僅為15m，當然在使用中也可達到60m，但這遠遠不能滿足上述發(fā)展對速度及距離所提出的新的要求。美國EIA學會與1977年在RS232C基礎上提出了改進的標準RS449，現(xiàn)在的RS422和RS485都是從RS449派生出來的。

RS422是利用差分傳輸方式提高通信距離和可靠性的一種通信標準，它在發(fā)送端使用2根信號線發(fā)送同一信號（2根線的極性相反），在接收端對這兩根線上的電壓信號相減得到實際信號，這種方式可以有效的抗共模干擾，提高通信距離，最遠可以傳送1200m，原理圖如圖 5

圖 5 RS422/RS485原理

RS485的電器標準與RS422完全相同，但當RS485線路空閑（即不傳送信號）時，線路處于高阻（或掛起）狀態(tài)這時RS485線路就可以允許被其他設備占用，也就是說具有RS485通信接口的設備連成網(wǎng)絡。根據(jù)RS485驅(qū)動芯片驅(qū)動能力的不同，一個RS485數(shù)據(jù)發(fā)送設備可以驅(qū)動32～256臺RS485數(shù)據(jù)接收設備。當RS485網(wǎng)絡上的設備多于2臺時，就必須采用半雙工方式進行通信，即數(shù)據(jù)發(fā)送和接收使用同一線路，發(fā)送時不允許接收數(shù)據(jù)進入線路，反之亦然，在RS485網(wǎng)絡中只允許有一個設備是主設備，其余全部是從設備；或者無主設備，各個設備之間通過傳遞令牌獲得總線控制權。

由于RS422/RS485具有諸多優(yōu)點，現(xiàn)已被大量采用，但普通PC機很少直接配置RS422/RS485通信接口，只有工控機提供的ALL-IN-ONE，主板配置有RS422/RS485通信口，可以用跳線選擇T通信的工作方式是RS422還是RS485。市場上有大量的RS422/RS485/RS232轉(zhuǎn)換或可以直接插在PC機擴展槽上的RS422/RS485通信卡銷售。

三、20mA電流環(huán)接口

另一種流行的串行連接方式是電流控制，而不像RS232C標準那樣用電壓控制。電流控制是把20mA電流作為邏輯“1”，零電流作為邏輯“0”。

電流還在許多方面比RS232C接口優(yōu)越。它內(nèi)在的雙端傳輸具有對共模噪音的抑止作用，而且由于他采用隔離技術能消除接地回路引起的一些問題，因而他的連接距離比RS232C長的多。

EIA把RS232C接口作為正式標準，而20mA電流環(huán)的文件在目前還只是非正式標準。所以，大多說制造廠商都提供RS232C串行接口，這樣這種連接得到了最廣泛的使用。因為RS232C和電流接口之間只在電氣連接上存在差別，所以兩者可共用I/O接口，設計師常常為串行口提供2個不同的連接器來利用這個公共口。一個接到電流環(huán)，另一個接到RS232C。這就允許用戶根據(jù)具體情況，決定采用2種接口中的一種。

市場上也有產(chǎn)品可以直接插在PC機擴展槽上的電流環(huán)通信卡銷售。