rs232接口工作过程（RS232基础实现和规范）

为什么选择 RS232？

从电话线上的简单模拟通信到用于数据交换的典型 USB 电缆，我们在通信领域取得了长足的进步。RS232是此旅程中达到的第一个里程碑。它是 EIA 无线电部门于 1962 年推出的用于数字数据交换的机电打字机和调制解调器的标准。它使模拟通道上的数据交换更加可靠。标准定义的电压水平使其免受噪声干扰并减少数据交换中的错误。

随着技术的发展，许多电子设备在此期间被开发出来，如计算机、打印机、测试仪器等。有一段时间，制造商觉得有必要在这些电子设备之间交换信息。例如计算机与打印机或两台计算机之间的数据交换。但是没有标准或方法来完成这项任务。RS232是当时用于数据交换的唯一可用标准。因此，他们考虑在电子设备中采用该标准进行数字数据交换。但该标准无法满足要求，因为它是专门为调制解调器和电传打字机开发的。吨

o 克服这个问题，设计人员开始实现与他们的设备兼容的 RS232 接口。像惠普的电脑就只能使用惠普的周边设备。正因为如此，市场上充斥着不同的制造商，他们有自己的设备标准。这导致了常见问题，例如连接器上电路的非标准引脚分配，以及不正确或丢失的控制信号。缺乏对标准的遵守产生了一个蓬勃发展的行业，包括用于连接不同设备的分线盒、接线盒、测试设备、书籍和其他辅助工具。因此，为了结束设备上的所有这些差异，制造商联合制造了一个提供 5V和-5V的发射器，并将它们标记为“RS-232”兼容，并且它们迄今为止都是相同的。该标准在最初的标准之后经过多次修订，并由电子工业协会更新。标准名称也从 RS232 更改为 EIA232。电子工业协会发布了三项修改，最近的一项是 1997 年推出的 EIA232F。

什么是 RS232 – “推荐标准 232”

RS-232 是一种标准的通信协议，用于连接计算机及其外围设备以允许进行串行数据交换。简单来说，RS232 定义了用于设备之间数据交换的路径的电压。它规定了公共电压和信号电平、公共引脚线配置以及控制信号的最小数量。如上所述，该标准是根据机电电传打字机和调制解调器系统的规范设计的，并且没有定义在计算机和打印机之间进行数据传输时必不可少的元素，例如字符编码、字符框架、错误检测协议等。没有它就无法在计算机和打印机之间传输数据。为了克服这个问题，一个称为通用异步接收器/发送器的称为 UART 的集成电路与 RS232 结合使用。

这就是整个安排的运作方式。

图 1： PC 和设备之间使用 RS232 协议进行串行数据交换的示意图

从该图中可以清楚地看出，UART、线路驱动器和 RS232 是系统中的三个独立部分，每个部分都有自己的特点。UART 和线路驱动器是 RS232 中用于在串行数据交换期间提高系统质量的部分。

EIA给出了一个标准定义，将RS232定义为“数据终端设备和数据通信设备之间的接口”。典型的 RS232 系统如下所示。

图 2： 解释典型 RS232 系统的图像

DTE ——DTE代表数据终端设备，是将用户信息转换为信号或对接收信号进行再转换的终端仪器。它是站的功能单元，作为数据源或数据宿，并根据链路协议提供通信控制功能。公连接器用于 DTE 并具有引脚配置。

DCE -A DCE 代表数据通信设备。它位于 DTE 和数据传输电路（例如调制解调器）之间。DCE 设备使用一个在表面上有孔的母连接器来固定公连接器。

DTE 和 DCE 设备之间的通信至少需要三个信号。这些信号是传输线、接收线和地。这两个设备通过握手相互通信。它允许 DTE 和 DCE 设备系统在发送数据之前相互确认。

握手是 DTE 设备在实际传输数据之前向 DCE 设备发送信号以在设备之间建立连接的过程。它设置两个设备之间建立的通信通道的参数，然后才开始通过该通道进行正常通信。它遵循通道的物理建立并在正常信息传输之前。握手使得通过通信通道连接相对异构的系统或设备成为可能，而无需人工干预来设置参数。 RS232 中使用了相同的概念，以允许两个设备在实际交换信息之前相互通信。

所有这些术语放在一起给出了从 DTE 到 DCE 的 RS232 系统的完整图景，其中 UART、线路驱动器和 RS232 作为它们之间的连接。

实施与规范

RS232标准的实现

图 3： 解释 RS232 在设备中实现的框图

RS-232 接口与 UART 通用异步接收器/发送器结合使用。它是集成在处理器或控制器内部的一块集成电路。它需要字节并以帧中的顺序方式传输各个位。帧是定义的结构，承载有意义的位或字节数据序列。它有一个起始位，后跟 8 个数据位、一个奇偶校验位和一个停止位。一旦数据转换为位，就使用单独的线路驱动器将 UART 的逻辑电平转换为 RS-232 逻辑。最后，信号以指定的 RS-232 电压电平沿接口电缆传输。数据通过 RS232 串行发送。每个位一个接一个地发送。吨

他的传输模式要求接收器知道实际数据位何时到达以与即将到来的数据同步。因此，逻辑 0 作为起始位发送。帧中的起始位向接收器发出一个新字符即将到来的信号。一旦接收器确认接下来的五到八位被发送，代表字符。其后是用于错误检测的奇偶校验位。奇偶校验位用于指定一组位中的偶数或奇数个。对于错误检测，我们在数据字中添加了一个额外的位。发送器根据发送的信息计算位的值，接收器也执行相同的计算。它检查计算值的奇偶校验值。停止位帮助接收者识别消息的结束。起始位始终具有空格值，而停止位始终具有标记值。现在，如果接收器在停止位应该存在时检测到除标记以外的值，它就知道存在同步错误。这会导致接收 UART 中出现帧错误情况。然后，设备尝试在新的传入位上重新同步。在另一端，线路驱动器接口再次将其转换为与 UART 兼容的逻辑电平。在目的地，第二个 UART 将这些位重新组合成字节。这就是 RS232 使数据交换兼容和可靠的方式。

标准 RS232 规格

RS 232 被称为一个完整的标准。它不仅定义了电气特性，还定义了功能和机械特性，从而确保了完美的兼容性。例如电压电平、压摆率、信号速率、可插拔连接器、引脚标识等。此框图中总结了所有规范及其值和示例。

图 4： 总结标准 RS232 规格的框图

本节处理对标准中每个特征的详细理解。

电气特性

它包括电压等级规范；压摆率和耐压水平。RS232 引脚输出信号由相对于公共端的电压电平表示。它指定最大电路电压为 25v。在发送器端，驱动器输出指定电压 3v 至 15v为高电平，-3v 至 -15v 为低电平。同样，接收器输出高电平电压为 3v至 15v，低电平电压为-3v至-15v。应该知道接收器逻辑提供 2v 噪声容限。 3v 和 -3v 之间的死区旨在吸收线路噪声。在 RS232 规范中，低电平 -3v 到 -15v 被定义为逻辑 '1'为 ON 状态并称为“标记”，而高电平 3v 到 15v 被定义为逻辑“0”作为关闭状态并称为“间隔”。RS232 标准还限制了最大转换速率，从而减少了两个信号之间的串扰。转换速率定义为输出电压相对于时间的变化率。RS232 的最大允许压摆率为 30v/微秒，这会减慢上升和下降时间并减少串扰。驱动 RS-232 兼容接口的电路必须能够承受无限期的接地短路或高达 25 伏的任何电压电平。一些计算机设备忽略负电平并接受零电压电平作为关闭状态。输出信号电平通常在 12V 和-12V 之间摆动。

RS232逻辑规格图

图 5： 显示 RS232 电气特性的图表

机械特性

该区域与机械接口有关。

最初使用标准的 25 针连接器。它指定了可以容纳所有信号的最小连接器尺寸。每个引脚都已预先定义，以允许主机和外围系统之间的兼容性。数据终端设备使用公连接器，数据通信设备使用母连接器引脚。 与连接器相关的另一个重要概念是性别类型。在电气和机械行业中，每个连接器都是成对出现的。一个是公连接器，另一个是母连接器。公连接器的针脚突出在表面上，而母连接器上有孔以固定公连接器。在 RS232 中，DTE 具有公头 D-25 连接器，而 DCE 具有母头 D-25 连接器。D-SUB 25 MALE 和 D-SUB 25 FEMALE 连接器的组合用于通过指定公共电压和信号电平、公共针线配置和最小控制信号量来连接 DTE 和 DCE。

图 6：基于 RS232 的系统中 D-SUB 25 MALE 连接器的图像

25 位连接器被广泛使用，但现在它是 9 针连接器，用于许多应用。在大多数情况下，这已经足够了，因为 RS232 25 针连接器上可用的许多线路很少使用。9 路连接器能够为大多数应用程序提供所有所需的连接，并允许应用程序根据要求传输和接收必要的信号。

一个 25 针和一个 9 针连接器如下所示。

图 7：25 针和 9 针连接器中的针号

规格续

功能特性

这是与 RS232 规范有关的第三个领域。它定义了接口中使用的不同信号的功能。这些信号被定义为四类：数据、通用、控制和定时。表中使用的术语很少，例如环回、摘机或挂机以及辅助信道。

Loop Back——在交换中心进行线路传输测试的一种方法。环回允许用户测试自己的网络以确保其正常运行。

摘机 – 在拨号或通信期间使用电话或其他用户仪器时发生的情况。它最初用于具有单独耳机（接收器）的电话，该耳机挂在开关挂钩上，直到用户想要使用它。

辅助通道——这些是数据通道，具有与第一个通道相同的功能。例如辅助传输数据 (STD)、辅助接收数据 (SRD)、辅助请求发送 (SRTS)、辅助清除发送 (SCTS) 和辅助载波检测 (SDCD)。

下表显示了不同的信号及其功能

图 8： 总结 RS232 引脚说明的表格

正如我们所见，该标准提供了丰富的控制信号。只有少数应用需要所有定义的信号，否则只使用很少的信号，例如典型的调制解调器只使用八个信号，有些可能只需要四个，两个用于数据，两个用于握手，而其他可能只使用数据信号而不使用握手.

握手与结论

握手

RS232中的握手俗称“RTS/CTS”握手。数据终端设备置位 RTS 引脚以指示希望向 DCE 传输，然后 DCE 通过 CTS 引脚响应以授予许可。此后调制解调器在不需要时禁用它们的发射器，并且当它们再次重新启用时必须向接收器发送同步信号在最新版本的 RS232 E 标准中，重新定义了握手，其中 CTS（清除发送）不再是对 RTS 的响应，而是它表示 DCE 对 DTE 设备的许可。以类似的方式，RTS 指示 DTE 允许 DCE 发送数据。RTS 和 CTS 由 DTE 和 DCE 控制，相互独立。解释了具有 8 条信号线的详细握手系统。

图 9： 显示 RS232 握手系统细节的框图

当 Data Carrier Detect 关闭时，它向本地终端指示远程 DTE 尚未打开其 RTS，本地终端可以控制线路。当该电路在本地接通时，它向本地终端指示远程调制解调器已从其终端接收到 RTS ON 条件，并且远程 DTE 控制着载波线路。RXD 代表从调制解调器接收数据到 DTE。TXD 将数据从 DTE 传输到调制解调器。DTR 数据终端就绪引脚通常在终端准备通过其调制解调器建立通信通道时打开。但是当 DTR 不想接受来自远程终端的呼叫时，电路关闭。当在两个站点之间建立通信路径时，两个调制解调器都会打开它们的数据集就绪电路。现在，当终端准备好发送时，它打开请求发送电路，指示本地调制解调器它已准备好发送数据。这个请求被传递到远程调制解调器。RTS 控制数据传输的方向。一旦终端准备好发送本地调制解调器，就会打开 CTS 电路以指示它准备好接收来自 DTE 的数据。它还可以控制电话线。接下来，当调制解调器接收到呼叫时，振铃指示器会打开/关闭，通知 DTE 呼叫即将到来，表明远程调制解调器正在请求拨号。这是一个带有 8 条信号线的简单握手系统。一旦终端准备好发送本地调制解调器，就会打开 CTS 电路以指示它准备好接收来自 DTE 的数据。它还可以控制电话线。接下来，当调制解调器接收到呼叫时，振铃指示器会打开/关闭，通知 DTE 呼叫即将到来，表明远程调制解调器正在请求拨号。这是一个带有 8 条信号线的简单握手系统。一旦终端准备好发送本地调制解调器，就会打开 CTS 电路以指示它准备好接收来自 DTE 的数据。它还可以控制电话线。接下来，当调制解调器接收到呼叫时，振铃指示器会打开/关闭，通知 DTE 呼叫即将到来，表明远程调制解调器正在请求拨号。这是一个带有 8 条信号线的简单握手系统。

结论

RS232成为连接调制解调器、打印机、鼠标、数据存储和其他外围设备的个人计算机的标准功能。尽管有许多新的发展，但 RS232 仍然找到了它的应用。第一个也是最重要的原因是标准的简单性。它允许用户直接与串行端口通信。由于使用非常昂贵但老化的设备，实验室、自动化、测量等领域对 RS232 的需求持续存在。使用 RS232 比更换设备便宜得多。不仅是旧设备，而且现代自动化设备，如伺服驱动器、CNC 设备等，都可以通过 RS232 进行编程。东芝还在笔记本电脑上重新引入了 DE-9M 连接器。带有 RS-232 的串行端口用于与无头系统通信，例如在引导期间未安装键盘的服务器。一些嵌入式系统使用 RS232 串行端口作为替代网络模式监控进行通信。

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