RS232技术详解

串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在R S-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以R S-232C为主来讨论。R S-323C标准是美国E I A(电子工业联合会）与B E L L等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与R S-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。

在讨论R S-232C接口标准的内容之前，先说明两点：

首先，R S-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备D T E(D a t a T e r m i n a l E q u i p m e n t)与数据通信设备D C E（D a t a C o m m u n i c a t i o n E q u i p m e n t)而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对R S-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。

其次，R S-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在D T E立场上，而不是站在D C E的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是C P U和I/O设备之间传送信息，两者都是D T E，因此双方都能发送和接收。

一、R S-232-C

R S-232C标准（协议）的全称是E I A-R S-232C标准，其中E I A(E l e c t r o n i c I n d u s t r y A s s o c i a t i o n)代表美国电子工业协会，R S（e c o m m e d e d s t a n d a r d）代表推荐标准，232是标识号，C代表R S232的最新一次修改（1969），在这之前，有R S232B、R S232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有E I A�R S-232-C、E I A�R S-422-A、E I A�R S-423A、E I A�R S-485。 这里只介绍E I A�R S-232-C（简称232，R S232）。 例如，目前在I B M P C机上的C O M1、C O M2接口，就是R S-232C 接口。

1.电气特性

E I A-R S-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

在T x D和R x D上：逻辑1(M A R K)=-3V～-15V

逻辑0(S P A C E)=+3～＋15V

在R T S、C T S、D S R、D T R和D C D等控制线上：

信号有效（接通，O N状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，O F F状态，负电压)=-3V～-15V

上规定说明了R S-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（O N）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(O F F)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3～+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(3～15)V之间。

E I A-R S-232C与T T L转换：E I A-R S-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与T T L以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的T T L器件连接，必须在E I A-R S-232C与T T L电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如M C1488、S N75150芯片可完成T T L电平到E I A电平的转换，而M C14、S N75154可实现E I A电平到T T L电平的转换。M A X232芯片可完成T T L←→E I A双向电平转换，图1显示了1488和14的内部结构和引脚。M C1488的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接T T L输入。引脚3、6、8、11输出端接E I A-R S-232C。M C1498的14的1、4、10、13脚接E I A输入，而3、6、8、11脚接T T L输出。具体连接方法如图2所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片U A R T，它是T T L器件，右边是E I A-R S-232C 连接器，要求E I A高电压。因此，R S-232C所有的输出、输入信号都要分别经过M C1488和M C1498转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。

22、、连接器的机械特性：

连接器：由于R S-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了D B-25、D B-15和D B-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。

（1）D B-25： P C和X T机采用D B-25型连接器。D B-25连接器定义了25根信号线，分为4组：

①异步通信的9个电压信号（含信号地S G）2，3，4，5，6，7，8，20，22

②20m A电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）

③空6个（9，10，11，18，21，25）

④保护地（P E）1个，作为设备接地端（1脚）

D B-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注意，20m A电流环信号仅I B M P C和I B M P C/X T机提供，至A T机及以后，已不支持。

（2）D B-9连接器

在A T机及以后，不支持20m A电流环接口，使用D B-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上C O M1和C O M2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。D B-25型连接器的引脚分配与D B-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接D B-25型连接器的D C E设备连接，必须使用专门的电缆线。

电缆长度：在通信速率低于20k b/s时，R S-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。

最大直接传输距离说明：R S-232C标准规定，若不使用M O D E M，在码元畸变小于4%的情况下，D T E和D C E之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500p F。

3、R S-232C的接口信号

R S-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是：

（1）联络控制信号线：数据装置准备好（D a t a s e t r e a d y-D S R)——有效时（O N）状态，表明M O D E M处于可以使用的状态。

数据终端准备好(D a t a s e t r e a d y-D T R)——有效时（O N）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(R e q u e s t t o s e n d-R T S)——用来表示D T E请求D C E发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（O N状态），向M O D E M请求发送。它用来控制M O D E M是否要进入发送状态。

允许发送（C l e a r t o s e n d-C T S）——用来表示D C E准备好接收D T E发来的数据，是对请求发送信号R T S的响应信号。当M O D E M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T x D发送数据。

这对R T S/C T S请求应答联络信号是用于半双工M O D E M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R T S/C T S联络信号，使其变高。

接收线信号检出(R e c e i v e d L i n e d e t e c t i o n-R L S D)——用来表示D C E已接通通信链路，告知D T E准备接收数据。当本地的M O D E M收到由通信链路另一端（远地）的M O D E M送来的载波信号时，使R L S D信号有效，通知终端准备接收，并且由M O D E M将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线R x D送到终端。此线也叫做数据载波检出(D a t a C a r r i e r d e c t e c t i o n-D C D）线。

振铃指示(R i n g i n g-R I)——当M O D E M收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（O N状态），通知终端，已被呼叫。

（2）数据发送与接收线：

发送数据(T r a n s m i t t e d d a t a-T x D)——通过T x D终端将串行数据发送到M O D E M，(D T E→D C E)。

接收数据(R e c e i v e d d a t a-R x D)——通过R x D线终端接收从M O D E M发来的串行数据，(D C E→D T E)。

（3）地线

有两根线S G、P G——信号地和保护地信号线，无方向。

上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当D S R和D T R都处于有效（O N）状态时，才能在D T E和D C E之间进行传送操作。若D T E要发送数据，则预先将D T R线置成有效(O N)状态，等C T S线上收到有效(O N)状态的回答后，才能在T x D线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定D C E已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。

2个数据信号：发送T X D；接收R X D。

1个信号地线：S G。

6个控制信号：

D S R��数传机（即m o d e m）准备好，D a t a S e t R e a d y.

D T R��数据终端（D T E，即微机接口电路，如I n t e l8250/8251,16550）准备好，D a t a T e r m i n a l R e a d y。

R T S��D T E请求D C E发送(R e q u e s t T o S e n d)。

C T S��

D C E允许D T E发送（C l e a r T o S e n d）,该信号是对R T S信号的回答。

D C D��数据载波检出，D a t a C a r r i e r D e t e c t i o n当本地D C E设备（M o d e m）收到对方的D C E设备送来的载波信号时，使D C D有效，通知D T E准备接收， 并且由D C E将接收到的载波信号解调为数字信号， 经R X D线送给D T E。

R I��振铃信号 R i n g i n g当D C E收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知D T E已被呼叫。

232引脚

C C I T T

M o d e m名称

说明

异步

同步

1101

A A保护地

设备外壳接地

P E

P E√

2103

B A发送数据

数据送M o d e m

T X D

3104

B B接收数据

从M o d e m接收数据

R X D

4105

C A请求发送在半双工时控制发送器的开和关 R T S

5106

C B允许发送

M o d e m允许发送

C T S

6107

C C数据终端准备好

M o d e m准备好

D S R

7102

A B信号地

信号公共地

S G

S G√

8109

C F载波信号检测

M o d e m正在接收另一端送来的信号 D C D

9空

10空

11空

12接收信号检测（2）

在第二通道检测到信号

√

13允许发送（2）

第二通道允许发送

√

14118

发送数据（2）

第二通道发送数据

√

15113

D A发送器定时

为M o d e m提供发送器定时信号

√

16119

接收数据（2）

第二通道接收数据

√

17115

D F接收器定时

为接口和终端提供定时

√

18空

19请求发送（2）

连接第二通道的发送器

√

20108

数据终端准备好

数据终端准备好

D T R

21

空

22125振铃

振铃指示

R I

23111

C H数据率选择

选择两个同步数据率

√

24114

D B发送器定时

为接口和终端提供定时

√

25空

一、远距离通信

第1和第2中情况是属于远距离通信（传输距离大于15m的通信）的例子，故一般要加调制解调器M O D E M，因此使用的信号线较多。注意：在以下各图中，D T E信号为R S-232-C信号，D T E与计算机间的电平转换电路未画出。

1、采用M o d e m(D C E)和电话网通信时的信号连接：

若在双方M O D E M之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要2～8号信号线外还要增加R I(22号)和D T R(20号)两个信号线进行联络，如图1所示。

图1

D S R、D T R：数传机（D C E）准备好、数据终端（D T E）准备好，只表示设备本身可用。

首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方D C E收到该信号后，使R I （振铃信号）有效，通知D T E，已被呼叫。当对方“摘机”后，两方建立了通信链路。

若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（D T E）发出R T S（请求发送）信号。此时，若D C E（M o d e m）允许传送，则向D T E回答C T S（允许发送）信号。一般可直接将R T S/C T S接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。（R T S/C T S可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。

当D T E获得C T S信号后，通过T X D线向D C E发出串行信号，D C E（M o d e m）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。

计算机向D T E“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查M o d e m状态和数据输出寄存器为空。当对方的D C E收到载波信号后，向对方的D T E发出D C D信号（数据载波检出），通知其D T E准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从R X D线上送给D T E，D T E通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，C P U可以从数据输入寄存器读取字符。

2、采用专用电话线通信：在通信双方的M O D E M之间采用电话线进行通信，则只要使用2～8号信号线进行

联络与控制。不需要电话机、振铃信号R I和D T R信号，其信号线的连接如图2那样。

图2

二、近距离通信：

当通信距离较近时，可不需要M o d e m，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要R S-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，即是这里要讨论的第一种情况。

无M o d e m时，最大通信距离按如下方式计算：

R S-232C标准规定：当误码率小于4%时，要求导线的电容值应小于2500P F。对于普通导线，其电容值约为170P F/M。则允许距离L=2500P F/（170P F/M）=15M

这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用9600b p s，普通双绞屏蔽线时，距离可达30~35米。

1、零M o d e m的最简连线（3线制）

图3是零M O D E M方式的最简单连接（即三线连接），图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送R T S有效和数据终端准备好D T R有效就能开始发送和接收。

图3

（1）R T S与C T S互联：只要请求发送，立即得到允许

（2）D T R与D S R互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（D S R、数传机准备好）。

2、零M o d e m标准连接：

如果想在直接连接时，而又考虑到R S-232C的联络控制信号，则采用零M O D E M方式的标准连接方法，其通信双方信号线安排如下1-2-3-4-5顺序所演示的那样。

无M o d e m的标准联线（7线制）如图所示：

从中可以看出，R S-232C接口标准定义的所有信号线都用到了，并且是按照D T E和D C E之间信息交换协议的要求进行连接的，只不过是把D T E自己发出的信号线送过来，当作对方D C E发来的信号，因此，又把这种连接称为双叉环回接口。

双方的握手信号关系如下（注：甲方乙方并未在图中标出）：

（1）当甲方的D T E准备好，发出D T R信号，该信号直接联至乙方的R I（振铃信号）和D S R（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（R I）有效，并同时准备好（D S R）。尽管此时乙方并不存在D C E（数传机）。

（2）甲方的R T S和C T S相连，并与乙方的D C D互连。即：一旦甲方请求发送（R T S），便立即得到允许（C T S），同时，使乙方的D C D有效，即检测到载波信号。

（3）甲方的T X D与乙方的R X D相连，一发一收。