第六章RS232通信协议

1、第6章 RS-232通信协议第六章 RS-232通信协议本章主要内容包括：Ð RS-232C通信协议简介Ð RS-232C的机械特性、电气特性和功能特性Ð 常用RS232转换芯片简介Ð 计算机与单片机近距离多机通信Ð RS-232C的典型应用本章详细介绍RS-232C通信协议，包括RS-232C的机械特性、电气特性和功能特性，常用RS232转换芯片的特点及应用，RS-232C的连接方法，计算机与单片机的通信等。本章的程序是实际应用中较常使用的例子，读者可参考选用。6.1 RS-232C通信协议简介RS-232C是美国电子工业协会EIA（Elec

2、tronic Industry Association）与BELL等公司在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS是Recommended Standard 的缩写，意为推荐标准；232是标识号码；而后缀“C”是版本号，表示该推荐标准已被修改过的次数，即RS-232C 是RS-232继RS-232A，RS-232B之后的一次修订。RS-232C接口标准与国际电报电话咨询委员会（CCITT）的V.24 标准兼容，是一种非常实用的异步串行通信接口。目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端DTE（Data Termina

3、l Equipment）与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment）而制定的。例如利用公用电话网络作为传输媒体，通过调制解调器与远程设备连接。远程电话网相连接时，通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。以前家庭使用MODEM拨号上网就是使用PC机上的RS-232端口与外部通信的例子。但目前RS-232更广泛地应用于计算机与终端或外设之间的近端连接。下图给出了两台远程计算机通过电话网相连的结构图。RS-232C 标准接口只控制DTE与DCE之间的

4、通信，与连接在两个DCE之间的电话网没有直接的关系。图6.1 RS-232C 的远程通信RS-232C是一个完整的标准，对通信接口的有关问题，如信号功能、电气特性和机械特性等都作了明确的规定。因为通信接口与设备制造厂商都生产与RS-232C兼容的通信设备，因此RS-232C已经成为了微机串行通信接口中广泛采用的标准。6.1.1 机械特性（1）连接器由于RS-232C标准只规定了采用一对物理连接器，而对连接器本身的物理特性未作定义，因此出现了DB-25、DB-15、DB-9等各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，使用时应加以注意。在实际应用中，DB-25、DB-9两种连接器使用较多，如在微型

5、计算机的RS-232C串行端口上，大多使用9 针连接器DB-9。图6.2给出了一个典型的9针RS-232C接口。图6.2 9针RS-232C接口下面简单介绍一下DB-25和DB-9两种连接器。早期的PC和PC/XT采用DB-25型连接器，插头一侧为DTE，插座一侧为DCE。这个连接器的外壳和大写字母D的外形很相似，因此有人形象的称之为D型口。DB-25型连接器有插针式和内孔式两种，一般地，DTE连接器有插针式导线，而DCE有内孔式导线。图6.2便是一种插针式导线接口。DB-25型连接器的外形及信号线分配如图6.3（a）和（b）所示。大多数PC机的串口使用9针插入式连接器。这些串口只包括常用的9

6、个信号。DB-9型连接器的外形及信号线分配如图6.4的（a）和（b）所示。（2）电缆电缆既有普通方式电缆，如同轴电缆和双绞线电缆，又有特殊电缆，例如光纤等。电缆的两个重要参数是电阻和电容。导线的电阻值受多种因素影响，表6.1给出了标准AWG号对应的横截面积（一个密耳为千分之一英寸，一个圆密耳是直径为千分之一英寸的圆面积）和每1000英尺的电阻值。表6.1 标准AWG号对应的横截面积AWG面积（圆密耳）欧姆（1000英尺，20）0000211，6000.04900105，5300.09831010，3810.99892264216.143625414.8 （a）DTE插针式25针 （b）DCE内

7、孔式25针图6.3 DB-25型连接器 （a）DTE插针式9针 （b）DCE内孔式9针图6.4 DB-9型连接器传输电缆的长度也与传输的电容有关。电缆中电容通常以每英尺皮法数（pF/ft）表示，它指示了在给定频率的信号上给定电缆的电容影响，电容量越低，则有效频率越高。相对数字信号而言，电容的增加意味着传输中的方波变圆。EIA标准规定，被驱动电路（终端）的电容，包括电缆连接电容必须小于2500pF。对于一个多芯电缆来说，每英尺（0.305m）电容为40pF 50pF，因此满足电容特性的电缆长度最大为50英尺（15.24m）。如果电容特性不满足，则明显的反应是从空号到传号（从0到1），或从传号到空

8、号（从1到0）的跳变时间要超过RS-232C标准规定的4%位码时间的最大允许值。因为对于传号/空号的跳变过程和空号/传号的跳变过程来说，不同的跳变情况下驱动器和接收器电路的电阻是不同的，所以对电缆电容充电的时间也总是不同的。超过50英尺所增加的电容和上述充电时间的差异会使接收电路产生传号位码比空号位码宽（传号畸变）或反之（空号畸变）。这些畸变会引起字符接收错误。如果在时钟频率有畸变或信号状态发生跳变时出现噪声，则更容易出错。RS-232C标准允许的连接电缆不超过50英尺，但若能保证电缆总电容小于2500pF，则电缆长度可超过限定值。同时，RS-232C标准所允许的信号传输速率在020kbps的

9、范围之内，而在实际应用中常被限制在19.2kbps之内。RS-232C相互连接使用的理想电缆类型是屏蔽的多股导线型。它们通常具有4、7、9、12、16和25根导线，每根导线是绝缘的多股铜线，所有导线由外带PVC层的铝箔网屏蔽包在一起。当不需要屏蔽时，扁平电缆也可以用于直连的RS-232应用。6.1.2 电气特性RS-232C标准对信号的逻辑电平、最高数据传输和各种信号功能都做了规定，RS-232C电气特性如表6.2所示。表6.2 RS-232C电气特性电气特性参数范围带3KW7KW负载时驱动器输出电平逻辑0 逻辑1不带负载时驱动器的输出电平-25V到+25V驱动器通断时输出阻抗>300W

10、输出短路电流<0.5A驱动器转换速率<30V/ms接收器输入阻抗3KW7KW接收器输入电压的允许范围-25V到+25V输入开路时接收器的输出逻辑1输入经300W接地接收器输出逻辑1+3V输入时接收器输出逻辑0-3V输入时接收器输出逻辑1最大负载电容2500pF6.1.3 功能特性（1）信号特性RS-232C采用双极性信号、公共线和负逻辑。在最高数据传输率19.2kbps下，数据传输的长度为20m以内，若数据传输率减少，传输的长度可加大。RS-232C规定的逻辑电平与一般的处理器、单片机的电平不同。RS-232C采用负逻辑电平，规定+15V+3V之间的任意电压表示逻辑0电平，-15V

11、-3V之间的任意电压表示逻辑1电平。RS-232C连接器上任一脚上的信号状态如表6.3所示。表6.3 RS-232C信号电压意义状态信号电压-15V-3V+15V+3V二进制逻辑10信号状态信号（MARK）空号（SPACE）功能断（OFF）通（ON）RS-232C采用这个范围而不采用TTL逻辑（05V），是为了提高抗干扰能力和增加传输距离。由于传号和空号状态用相反的电压表示，其间有6V的差距，这就大大提高了传输的可靠性。逻辑0在驱动器输出端为+5V+15V，在负载端为+3V；相应的逻辑1驱动器输出端为-5V -15V，在负载端为-3V。RS-232C的电平如图6-5所示。图6-5 RS-232

12、C电平由于RS-232电平与TTL电平不同，因此在实际应用中，必须把微处理器的信号电平（TTL电平）转换为RS-232电平，或者对两者进行逆转换，转换是由专用的芯片完成的。转换芯片的具体内容将会在后面介绍。RS-232中开路电压不能超过25V，最大短路电流为0.5A。RS-232的驱动电路必须能承受电缆中任何传输导线短路，而不会导致有关设备的损坏。（2）RS-232信号改变的要求RS-232标准通信速率可以达到20kbps（通常的速率是19.2kbps）。RS-232并没有规定固定的速率，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。信号从逻辑1到逻辑0或者从逻辑0到逻辑1的改变，必须遵循一下几个要求：在一个信号改变期间，当信号进入过渡区后，信号必须从过渡区马上变为相反的信号状态，而不能在过渡区内变为相反的方向或者通过过渡区后又重新进入过渡区。对于控制信号，信号通过过渡区的转换时间应该小于1ms。对于数据信号和时钟信号，通过过渡区的转换时间应该满足以下几点：比特周期大于25ms时，转换时间应小于1ms；比特周期在25ms和125ms之间时，转换时间应小于比特周期的4%；比特周期小于125ms时，转换时间应小于5ms。数据和时钟信号的上升沿和下降

14、沿在理想状态下应该是相等的。图6-5描绘了可接收以及不可接收的信号波形。图6.5 可接收以及不可接收的信号波形(a)可接收信号；(b)重新进入过渡区；(c)过渡区内信号反向；(d)下降沿太慢（3）RS-232C的接口信号EIA RS-232C标准规定了在串行通信时，数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的接口信号。所谓“发送”和“接收”是从数据终端设备的立场来定义的。表6.4给出了RS-232C接口信号的名称、引脚和功能。RS-232C定义了20根信号线，其中15根信号线（标注*）为主通道线，其他的用于辅信道或未定义。在表6.4中，以A开头的为地线，其中AA、AB无方向，AB为所有信号提供

15、一个公共的地线，而且一定要将通信设备中的所有参考电平相连。以C开头的为控制线，用于DTE与DCE之间的握手信号。S开头的为信号线。RS-232C标准接口定义了25根线，其中有2 根地线、4条数据线、11条控制线、3条定时线，另有5条备用线和未定义线。其中有9条最为常用，按照它们的功能可分类如下。联络控制信号线表6.4 RS-232C的接口信号引脚符号缩写名功能说明信号方向对DTE对DCE1*AAPG保护地X2*BATXD发送数据出入3*BBRXD接收数据入出4*CARTS请求发送出入5*CBCTS允许发送入出6*CCDSR数据设备就绪入出7*ABSGND信号地XX8*CFCD载波检测入出9未用

16、，为测试保留10未用，为测试保留11空12SCFSDCD次级载波检测线/辅助接收线路信号检测入出13SCBSCTS次级允许发送线/辅助通道允许发送入出14SBASTXD辅助通道发送数据出入15*DB发送信号码元定时（DCE为源）入出16SBBSRXD次级接收数据线/辅助信号接收数据入出17*DD接收信号码元定时入出18空19SCASRTS辅信道请求发送/次级请求发送线出入20*CDDTR数据终端DTE准备就绪出入21*CG信号质量检测线入出22*CERI振铃指示入出23*CH/CI数据信号速度选择线出入24*DA发送信号码元定时（DTE为源）出入25空数据装置准备好（Data set read

17、y-DSR)有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以用的状态。数据终端准备好(Data Terminal Ready-DTR)有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。请求发送(Request to Send-RTS)用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。允许发送(Clear to Send-CTS)用来表示DCE准备好接收D

18、TE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS联络信号，应使其变高。数据载波检出(Data Carrier Detection-DCD)用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的 MODEM送来的载波信号时，使DCD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字数据后，沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做接收线路信号检出(Received Line detection-RLSD)。振铃指示(Ringing-RI)当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终