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解析最古老的串行接口之一的RS232串口

2021-07-28

RS232串口

  最古老的串行接口之一通常被称为RS232。它最初成立于1962年,是一种将数据终端设备(DTE)(如机电传输打字机)连接到数据通信设备(DCE)的方法。多年来,它的使用包括连接到视频终端、计算机和调制解调器。第一台个人计算机包括一个叫做串行端口的RS232,用于连接打印机或其他外围设备。今天,它仍然广泛应用于嵌入式计算机开发系统、科学仪器和各种工业控制设备。

  这一标准的正式名称是电子工业协会/电信工业协会 EIA/TIA-232-F。F代表了最近的标准修改和更新。这一标准基本上与国际电信联盟(ITU-T)规范 V.24和 V.28相同。

  该标准将逻辑1和-3-25V之间的电压和逻辑0定义为+3-+25V之间的电压电平(图1)。信号电平通常被称为逻辑1的标记和逻辑0之间的间隔。3V之间的电压无效,从而为接口提供了巨大的噪声容限。这个范围内的噪声电压被拒绝了。在正常实践中,逻辑0和1的电平通常低至5V,高至12或15V。发送器和接收器配置为单端(非差分),有接地基准。

 RS232与RS485串行接口的区别:RS232串口

图1

  1.电压电平定义逻辑1或标记以及逻辑0或空格字符。±3 V之间的电压无效。

  电缆介质可以是简单的平行线或双绞线。电缆的长度决定了更高的数据速率,通常不应超过50英尺。然而,当数据速率较低时,可以使用更长的电缆长度。今天的主要目标是使用电线之间的电容不超过2500英尺的电缆。这将上限数据速率限制在20英尺左右。由于该接口使用的低速数据速率,电缆通常不被视为正式的传输线。传输线需要匹配的发生器阻抗和负载阻抗,以消除数据损坏的反射。这个标准定义了一个称为DB-25的25针连接器,它被设计用来承载各种控制线和串行数据发送和接收线。这类连接器现在很少使用。相反,被定义为DE-9的9针连接器,现在已经成为事实标准。

RS232和RS485串口区别:RS232接口九针连接器示意图

DE9针串行接口示意图

  2.流行的DB9连接器承载所示信号。这些数字是连接器上的引脚号。

 起初,机电设备的数据速度很慢。最低速通常是75位/秒,但通常是150位和300位/秒。现在,数据速率是根据界面使用的协议的协议来定义的,范围高达115.2kbit/秒。通常的数据速率是1200,2400,4800,9600,19,200,38,400,115,200比特/秒。最大允许压摆率为30V/100V,4800,9600,19,1900,38,400,115,200比特/秒,数据速率受到最大允许压摆率为30V/10V/10V(伏特/微秒)的限制。对于短型低电容电缆,使用适当的驱动器,数据速率可达到每秒几兆比特。

  很多RS-232连接都是单向的或单一的。然而,利用可用的特殊信号和控制电压可实现双向或半双工操作。两个相互连接的设备交替地进行收发操作。

  接口中的控制信号定义了用于发送和接收数据的协议。这些信号告诉两个通信设备何时繁忙,正在发送,已准备就绪和正在接收。发送设备是DTE(例如计算机),接收设备是DCE(例如打印机)。公用九针连接器上使用的控制信号是:

  数据载体检测(DCD):DCE告知DTE它正在接收有效的输入信号。

  数据集准备就绪(DSR):DCE告知DTE它已连接并准备接收。

  接收数据(RD):这是从DTE接收到的实际信号。

  发送请求(RTS):来自DTE的此信号告诉DCE准备发送。

  发送数据(TD):这是DTE发送的信号。

  清除发送(CTS):DCE上的此行告诉DTE它已准备好接收数据。

  数据终端就绪(DTR):这条线从DTE到DCE,表明已准备好发送或接收数据。

  振铃指示器(RI):这条线用于较旧的调制解调器连接中,但不再使用。

  信号接地:这是所有信号的公共接地。

  如下图显示了从DTE到DCE的电缆连接。注意控制线引脚之间的互连。这些引脚上的信号在称为流控制或“握手”过程中相互响应。

图3电缆连接线

电缆链接示意图

  3.这是DTE和DCE设备之间的常用连接。注意电缆从一个连接器到另一连接器的连接。

  尽管不是RS-232标准的正式组成部分,但大多数使用该接口的串行设备也使用所谓的通用异步接收器发送器(UART)。该IC通常与线路驱动器和接收器电路分开,实现一种基本通信协议,该协议每次最多传输8位。它执行串行到并行和并行到串行的转换,添加开始和停止位以表示数据字的开始和结束,奇偶校验位错误检测以及数据速率的建立。

  数据通常是ASCII字符,但是最多可以传输8位的任何数据字(图4)。UART通常可以配置为处理不同的字长(5至8位),添加1、1.5或2个停止位,并包括奇数,偶数或无奇偶校验位。数据速率从75位/秒到115.2 kbit / s是可选的。

  图4

  目前,TIA-232标准已部署在各种低数据速率短距离应用中。它在嘈杂的环境中使用的设备特别有效,例如工厂,过程控制工厂和公用事业场所。电缆长度通常小于50英尺。常见的设备包括低速调制解调器,工业控制设备,例如可编程逻辑控制器(PLC),计算机数控(CNC)机床,机器人,嵌入式控制计算机,医疗仪器和设备以及嵌入式控制器开发系统。

通常,RS232最适合短距离低速要求。它简单且成本低廉,并且可以使用许多组件(如线路驱动器和接收器,UART和连接器)来构建接口。一些驱动程序允许短线的数据速率达到2或3 Mbit/s。大多数接口芯片都包含一个电荷泵DC-DC转换器,该转换器可提供正负电源电压,从而使IC可通过3.3V或5V单电源工作。