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RS-232标准接口(又称EIA RS-232)是常用的串行通信接口标准之一,它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定,其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 [1] 展开全文
RS-232标准接口(又称EIA RS-232)是常用的串行通信接口标准之一,它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定,其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 [1]
信息
型    式
(DB-9)与(DB-25)
指定组织
EIA等
中文名
异步传输标准接口
外文名
RS-232
RS-232简介
在串行通讯时,要求通讯双方都采用一个标准接口,使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C 接口(又称EIARS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。(“RS-232-C”中的“-C”只不过表示RS-232的版本,所以与“RS-232”简称是一样的)。 [2]  它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器,从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。 [2] 
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  • 串口RS232基础知识

    千次阅读 2018-08-14 10:37:54
    RS232串口作为目前我们单片机以及嵌入式领域常用的一种通讯方式,一些必要的知识是必须掌握的。 关于DB-9插头和插座: DB-9母座引脚定义 从右至左,引脚定义为: 5、4、3、2 、1 9、8 、7、6 引脚定义跟...

    RS232串口作为目前我们单片机以及嵌入式领域常用的一种通讯方式,一些必要的知识是必须掌握的。

    关于DB-9插头和插座:

    DB-9母座引脚定义
    DB9母座图

    从右至左,引脚定义为:
    5、4、3、2 、1
    9、8 、7、6

    DB9与DB25引脚定义

    引脚定义跟插头以及插座类型无关,只跟引脚序号有关!

    因为,公司这边只有一种引脚封装图,所以,在给我布PCB时,两次都给我布错了(顺序反了),所以,在此做个说明,以后可方便查看DB9引脚顺序以及定义!

    2.TTL转232芯片

    之前,对TTL转232芯片也是知道的不是很深刻!

    计算机串口电平是RS232电平,何为RS232电平呢?
    RS232是串口的一个标准,为负逻辑电平,RS232标准如下:

    逻辑 定义
    1 -15V To -3V
    0 +15V To +3V

    单片机串口电平是TTL电平,为正逻辑电平,TTL标准如下:

    逻辑 定义
    1 +5V
    0 0V

    TTL电平是一个宽泛的电压范围,在实际的电子电路中,
    输出高电平>=2.4V,输出低电平<=0.4V
    输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V

    所以,如果单片机需要和电脑进行数据通讯,则应该在电脑和单片机之间加TTL转RS232串口芯片。例:MAX3232串口芯片!

    之前犯了一个小错误是,在两个同样是TTL电平的模块之间通讯但是加了MAX3232 TTL转232芯片,在此提醒自己下不为例!

    3.CP2102

    单芯片 USB转UART桥

    4.XR21V1410

    单通道 全速 USB–UART

    USB转UART内尚有很多功能目前还是没有使用到,待有机会深入后再继续更新此篇内容!比如自动硬件流控制和软件流控制,以及调制解调功能!

    目前,先做一个简单概述,阐述了一些RS232的基础知识,然后涉及到了一些可以在实际中应用到的芯片!

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  • RS-232详细

    千次阅读 2011-03-26 18:47:00
    个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的异步传输标准接口。... RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行...

    个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的型态出现,一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口,分别称为 COM1 和 COM2。

    RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。

      在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。

      RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特

      RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。

    EIA RS-232C 接口标准

    EIA RS-232C 是由美国电子工业协会 EIA(Electronic Industry Association)在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS(Recommended Standard)是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232C 总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。

      在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。

      RS-232C 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

      RS-232C 标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。

      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RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以,以RS-232C为主来讨论。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL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RS-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RS-232C接口标准的内容之前,先说明两点:

    远程通信连接数据终端

      首先,RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)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RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。

    “发送”和“接收”

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

    RS-232C 标准(协议)

    RS-232C 标准(协议)的全称是 EIA-RS-232C 标准,其中EIA (Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(recommeded standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969),在这之前,有RS232B、RS232A。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EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485。 这里只介绍EIA RS-232C(简称232,RS232)。 例如,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。

    1.电气特性

      EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

      在TxD和RxD上:

      逻辑1(MARK)=-3V~-15V

      逻辑0(SPACE)=+3~+15V

      在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:

      信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V~+15V

      信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V~-15V

      以上规定说明了RS-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(ON)即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)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。

      EIA RS-232C 与TTL转换:EIA RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL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TTL器件连接,必须在EIA RS-232C 与TTL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MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。

    2、连接器的机械特性:

      连接器:由于RS-232C并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15和DB-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)DB-25: PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-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SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22

      ②20mA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(PE)1个,作为设备接地端(1脚)

      注意,20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供,至AT机及以后,已不支持。

      (2)DB-9:

      在AT机及以后,不支持20mA电流环接口,使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE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20kb/s时,RS-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:RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE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2500pF。

    3、RS-232C 的接口信号:

      RS-232C 的功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线,其中2条地线、4条数据线、11条控制线、3条定时信号线,剩下的5根线作备用或未定义。常用的只有10根,它们是:

      (1)联络控制信号线:

      数据发送准备好(Data set ready-DSR)——有效时(ON)状态,表明MODEM处于可以使用的状态。

      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DTE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,因配置双向通道,故不需要RTS/CTS联络信号,使其变高。

      接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)——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RLSD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两数据后,沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD)线。

      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),通知终端,已被呼叫。

      (2)数据发送与接收线:

      发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM,(DTE→DCE)。

      接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据,(DCE→DTE)。

      (3)地线 :  GND、Sig.GND——保护地和信号地,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DSR和DTR都处于有效(ON)状态时,才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据,则预先将DTR线置成有效(ON)状态,等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后,才能在TxD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DCE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TXD;接收RXD。

      1个信号地线:SG。

      6个控制信号:

      DSR 数传发送准备好,Data Set Ready。

      DTR 数据终端准备好,Data Terminal Ready。

      RTS DTE请求DCE发送(Request To Send)。

      CTS DCE允许DTE发送(Clear To Send),该信号是对RTS信号的回答。

      DCD 数据载波检测(Data Carrier Detection),当本地DCE设备(Modem)收到对方的DCE设备送来的载波信号时,使DCD有效,通知DTE准备接收, 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号, 经RXD线送给DTE。

      RI 振铃信号(Ringing),当DCE收到对方的DCE设备送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效,通知DTE已被呼叫。

      由于RS232接口标准出现较早,难免有不足之处,主要有以下四点:

      (1)接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

      (2)传输速率较低,在异步传输时,波特率≤20Kbps。

      (3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。

      (4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺(实际≤15米)。

    4、RS-232的接线

      在工程当中经常会用到232口,一般是圆头8针与D型9针两种串口。在一定的条件下,必须要自己制作一个相应的"圆头或者是D型的"232串口。

      RS232C串口通信接线方法(三线制)

      首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连

      同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;

      两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)

      DB9-DB9

      2-3,3-2,5-5

      DB25-DB25

      2-3,3-2,7-7

      DB9-DB25

      2-3,3-2,5-7

      上面是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼此交叉,信号地对应相接。

      8针圆形串口接线:2"逻辑地",4"TXD",7"RXD"。

      9针D型串口:2"RXD“,3”TXD“,5"逻辑地"。

    RS-232-RS-422接口

    RS-422的电气性能与RS-485完全一样。主要的区别在于:

      RS-422有4根信号线:两根发送(Y、Z)、两根接收(A、B)。由于RS-422的收与发

      是分开的所以可以同时收和发(全双工)。

      RS-485有2根信号线:发送和接收都是A和B。由于RS-485的收与发是共用两根线所

      以不能够同时收和发(半双工)。

    RS-232-RS-232C接口定义(25芯)

    针脚 定义 符号

      1 频蔽地线

      2 发送数据 TXD

      3 接收数据 RXD

      4 请求发送RTS

      5 允许发送 CTS

      6 数据准备好 DSR

      7 信号地 SG

      8 载波检测 DCD

      9 发送返回(+)

      10 未定义

      11 数据发送(-)

      12~17 未定义

      18 数据接收(+)

      19 未定义

      20 数据终端准备好 DTR

      21 未定义

      22 振铃 RI

      23~24 未定义

      25 接收返回(-)

      Pin 1 Protective Ground

      Pin 2 Transmit Data

      Pin 3 Received Data

      Pin 4 Request To Send

      Pin 5 Clear To Send

      Pin 6 Data Set Ready

      Pin 7 Signal Ground

      Pin 8 Received Line Signal Detector

      (Data Carrier Detect)

      Pin 20 Data Terminal Ready

      Pin 22 Ring Indicator

    RS-232-RS-232C接口定义(9芯)

    针脚 定义 符号

    1 载波检测 DCD

    2 接收数据 RXD

    3 发送数据 TXD

    4 数据终端准备好 DTR

    5 信号地 SG

    6 数据准备好 DSR

    7 请求发送 RTS

    8 清除发送 CTS

    9 振铃提示 RI

    Pin 1 Received Line Signal Detector(Data Carrier Detect)

    Pin 2 Received Data

    Pin 3 Transmit Data

    Pin 4 Data Terminal Ready

    Pin 5 Signal Ground

    Pin 6 Data Set Ready

    Pin 7 Request To Send

    Pin 8 Clear To Send

    Pin 9 Ring Indicator

    异步通讯
     对于支持串行通讯的机器而言,它需要知道如何判别数据起始和终止.这篇指南将介绍异步串行数据.
     
     在异步模式下,串行数据直到有字符被发送前一直保持mark状态.在每个字符之前有一开始位,紧接着是结束位,一
     个可选的奇偶位和若干个停止位.起始位总是space,告诉机器串行数据已经准备好了.数据可以在任何时候被发送或接收,
     因此称之为异步的.
     
     可选的奇偶位简单地统计数据中包含奇数个1还是偶数个1.如果有偶数个1,则这位为0,称偶校验位.如果是奇数个1,则
     该位为0,称奇校验位.通常还有spaceparity,mark parity和no parity的说法.SpaceParity就是校验位总是0,markParity
     就是校验位总是1,NoParity表示不使用或不传输校验位.
     接着的那位是终止位.在字符之间可以有1,1.5或2个终止位,它们的值总是1.以前终止位是为了让机器有更多的时间去
     处理前一个字符,但现在仅仅是用于在机器接收字符时的同步化.

     异步数据格式通常用诸如"8N1","7E1"等等表示.前者表示8个数据位,没有校验位,1个终止位.后者表示7个数据位,偶校
     验位,1个终止位.

    什么是全双工和单双工
     
     全双工表示机器可以同时既发送数据又可以接收数据,有两个独立的数据通道(一进一出).

     当双工表示机器不能在发送数据的同时又接收数据.通常这意味这仅仅有一个数据通道在使用.这并不意味RS-232的
     信号不能使用,而是通讯联接仅能使用不支持全双工操作的其它的标准,而不是RS-232.


     流量控制
     当在两个串行接口之间传输数据时通常有需要调节数据流量.这可能需要对之间的串行通讯联接,某个串行接口或者某个
     存储介质实行一些限制.对于异步数据通常有两种方法.

     一是软件流量控制.使用特殊的字符去标志数据流的开始(XON,DC1,八进制的021或结束(XOFF,DC3,八进制的023).这些
     字符可以在ASCC中找到定义.然而当传输文本信息时这些字符拥有自身的含义,不能被使用.
     
     另一种是硬件流量控制,用RS232的CTS和RTS信号代替特殊字符用于控制.当接收方准备接收更多的数据时,设置CTS为
     Space电压,反之设成Mark电压.对应的,当发送方准备发送更多的数据时,设置RTS为space电压.由于硬件的流量控制使用
     独立的一套信号,比软件的实现更快,因为作同样的工作,后者需要发送或接收多位信息.另外,并不是所有的硬件或操作系
     统都支持CTS/RTS流量控制.

     什么时中断/Break?
     一般而言,一个接收或者传输数据的信号直到一个新的字符被传送之前一直保持mark电压.如果信号过了很长时间后才被降
     低到space电压,通常时1/4到1/2秒,那么我们称这种状态为break./if the signal is dropped to the space voltage for
     a long period of time,.../

     Break有时被用来重置通讯线路或者改变诸如Modem的通讯设备的工作模式.第三章的"如何操作Modem"将更深入地谈论这个
     问题.
     
    同步通讯
     与异步数据不同的是,同步数据是一种恒定的位流.为了从通讯线上读出数据,机器必须发送或者接收一个普通的位作为时钟
     以达到发送端和接收端的同步.

     对于同步,机器必须标志数据的起始位置.实现它的最普通的方法时使用类似串行数据链路控制SDLC或者高速数据链路控制
     HDLC之类的数据包协议.

     每一个协议定义了固定的位顺序以表示数据包的开始和结束,同时也定义了被用来表示没有数据时使用的位顺序.机器根据这些
     位顺序可以知道数据包的开始位.
      
     因为同步协议不使用每个字符的同步位,所以它们一般能比异步通讯提高至少25%的性能,适合远程网络和两个以上的串行接口
     的配置.

     尽管同步协议拥有速度优势,但大多数RS232硬件仍然由于额外的硬件和必要的软件而没有支持它.

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  • RS232通信协议详解

    万次阅读 2012-10-29 21:27:49
    通信协议 所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。因此,也叫做通信控制规程,或称...
    通信协议

    所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。因此,也叫做通信控制规程,或称传输控制规程,它属于ISO'S OSI七层参考模型中的数据链路层。目前,采用的通信协议有两类:异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符和面向比特以及面向字节计数三种。其中,面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体系结构中。

    一、物理接口标准

    1.串行通信接口的基本任务
    (1)实现数据格式化:因为来自CPU的是普通的并行数据,所以,接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下,接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下,接口要在待传送的数据块前加上同步字符。
    (2)进行串-并转换:串行传送,数据是一位一位串行传送的,而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时,首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。
    (3)控制数据传输速率:串行通信接口电路应具有对数据传输速率——波特率进行选择和控制的能力。
    (4)进行错误检测:在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时,接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码,确定是否发生传送错误。
    (5)进行TTL 与EIA电平转换:CPU 和终端均采用TTL电平及正逻辑,它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容,需在接口电路中进行转换。
    (6)提供EIA-RS-232C 接口标准所要求的信号线:远距离通信采用MODEM 时,需要9根信号线;近距离零MODEM 方式,只需要3 根信号线。这些信号线由接口电路提供,以便与MODEM 或终端进行联络与控制。
    2、串行通信接口电路的组成
    为了完成上述串行接口的任务,串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA 与TTL 电平转换器以及地址译码电路组成。其中,串行接口芯片,随着大规模继承电路技术的发展,通用的同步(USRT)和异步(UART)接口芯片种类越来越多,如下表所示。它们的基本功能是类似的,都能实现上面提出的串行通信接口基本任务的大部分工作,且都是可编程的。才用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片,会使电路结构比较简单。
    3.有关串行通信的物理标准
    为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通,现在,已经对串行通信建立了几个一致的概念和标准,这些概念和标准属于三个方面:传输率,电特性,信号名称和接口标准。
    1、传输率:所谓传输率就是指每秒传输多少位,传输率也常叫波特率。国际上规定了一个标准波特率系列,标准波特率也是最常用的波特率,标准波特率系列为110、300、600、1200、4800、9600 和19200。大多数CRT 终端都能够按110 到9600范围中的任何一种波特率工作。打印机由于机械速度比较慢而使传输波特率受到限制,所以,一般的串行打印机工作在110 波特率,点针式打印机由于其内部有较大的行缓冲区,所以可以按高达2400波特的速度接收打印信息。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别设置,而且,可以通过编程来指定。
    2、RS-232-C标准:RS-232-C 标准对两个方面作了规定,即信号电平标准和控制信号线的定义。RS-232-C 采用负逻辑规定逻辑电平,信号电平与通常的TTL电平也不兼容,RS-232-C 将-5V~-15V 规定为“1”,+5V~+15V规定为“0”。图1是TTL 标准和RS-232-C标准之间的电平转换。
     
     
    二、软件协议
    1.OSI协议和TCP/IP协议
     
    (1)OSI 协议
    OSI 七层参考模型不是通讯标准,它只给出一个不会由于技术发展而必须修改的稳定模型,使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。一般的通讯协议只符合OSI 七层模型的某几层,如: EIA-RS-232-C:实现了物理层。IBM 的SDLC(同步数据链路控制规程):数据链路层。ANSI 的ADCCP(先进数据通讯规程):数据链路层IBM 的BSC(二进制同步通讯协议):数据链路层。应用层的电子邮件协议SMTP只负责寄信、POP3 只负责收信。
    (2)TCP/IP协议
    实现了五层协议。
    (1)物理层:对应OSI 的物理层。
    (2)网络接口层:类似于OSI的数据链路层。
    (3)Internet 层:OSI 模型在Internet 网使用前提出,未考虑网间连接。
    (4)传输层:对应OSI 的传输层。
    (5)应用层:对应OSI 的表示层和应用层。
    2.串行通信协议
    串行通信协议分同步协议和异步协议。
    (1)异步通信协议的实例——起止式异步协议
     
    特点与格式:
    起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输,并且传送一个字符总是以起始位开始,以停止位结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图3 所示。每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值0),字符本身有5~7 位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),最后是一位,或意味半,或二位停止位,停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。
    从图中可以看出,这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起始式协议。传送时,数据的低位在前,高位在后,图4 表示了传送一个字符E 的ASCAII码的波形1010001。当把它的最低有效位写到右边时,就是E 的ASCII码1000101=45H。
    起/止位的作用:起始位实际上是作为联络信号附加进来的,当它变为低电平时,告诉收方传送开始。它的到来,表示下面接着是数据位来了,要准备接收。而停止位标志一个字符的结束,它的出现,表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发,何时结束的标志。传送开始前,发收双方把所采用的起止式格式(包括字符的数据位长度,停止位位数,有无校验位以及是奇校验还是偶校验等)和数据传输速率作统一规定。传送开始后,接收设备不断地检测传输线,看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”(停止位或空闲位)之后,检测到一个下跳沿,说明起始位出现,起始位经确认后,就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉,把数据位拼装成一个并行字节,并且经校验后,无奇偶错才算正确的接收一个字符。一个字符接收完毕,接收设备有继续测试传输线,监视“0”电平的到来和下一个字符的开始,直到全部数据传送完毕。
    由上述工作过程可看到,异步通信是按字符传输的,每传输一个字符,就用起始位来通知收方,以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者的时钟频率略有偏差,这也不会因偏差的累积而导致错位,加之字符之间的空闲位也为这种偏差提供一种缓冲,所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在每个字符的前后加上起始位和停止位这样一些附加位,使得传输效率变低了,只有约80%。因此,起止协议一般用在数据速率较慢的场合(小于19.2kbit/s)。在高速传送时,一般要采用同步协议。
     
    (2)面向字符的同步协议
    特点与格式:这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议(BSC)。它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块,而不是只传送一个字符,并规定了10 个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息,它们也叫做通信控制字。由于被传送的数据块是由字符组成,故被称作面向字符的协议。特定字符(控制字符)的定义:由上面的格式可以看出,数据块的前后都加了几个特定字符。SYN是同步字符(synchronous Character),每一帧开始处都有SYN,加一个SYN的称单同步,加两个SYN的称双同步设置同步字符是起联络作用,传送数据时,接收端不断检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。接着的SOH 是序始字符(Start Of Header),它表示标题的开始。标题中包括院地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(StartOf Text),它标志着传送的正文(数据块)开始。数据块就是被传送的正文内容,由多个
    字符组成。数据块后面是组终字符ETB(End Of Transmission Block)或文终字符ETX(EndOf Text),其中ETB用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在不同帧中发送的场合,这时在每个分数据块后面用文终字符ETX。一帧的最后是校验码,它对从SOH 开始到ETX(或ETB)字段进行校验,校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC。另外,在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制字,它们的名称如下表所示:
     
     
    数据透明的实现:面向字符的同步协议,不象异步起止协议那样,需要在每个字符前后附加起始和停止位,因此,传输效率提高了。同时,由于采用了一些传输控制字,故增强了通信控制能力和校验功能。但也存在一些问题,例如,如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题,因为在数据块中完全有可能出现与特定字符代码相同的数据字符,这就会发生误解。比如正文有个与文终字符ETX 的代码相同的数据字符,接收端就不会把它当作为普通数据处理,而误认为是正文结束,因而产生差错。因此,协议应具有将特定字符作为普通数据处理的能力,这种能力叫做“数据透明”。为此,协议中设置了转移字符DLE(Data LinkEscape)。当把一个特定字符看成数据时,在它前面要加一个DLE,这样接收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符,而不会把它当作控制字符来处理了。DLE 本身也是特定字符,当它出现在数据块中时,也要在它前面加上另一个DLE。这种方法叫字符填充。字符填充实现起来相当麻烦,且依赖于字符的编码。正是由于以上的缺点,故又产生了新的面向比特的同步协议。

    (3)面向比特的同步协议
    特点与格式:面向比特的协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程SDLC(Synchronous Data Link Control),国际标准化组织ISO(International StandardOrganization)的高级数据链路控制规程HDLC(High Level Data link Control),美国国家标准协会(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规程ADCCP(AdvancedData Communication Control Procedure)。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位,而且它是靠约定的位组合模式,而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束,故称“面向比特”的协议。这中协议的一般帧格式如图5所示:
    帧信息的分段:由图5 可见,SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场(Filed),所有场都是从有效位开始传送。
    (1)SDLC/HDLC 标志字符:SDLC/HDLC协议规定,所有信息传输必须以一个标志字符开始,且以同一个字符结束。这个标志字符是 01111110,称标志场(F)。从开始标志到结束标志之间构成一个完整的信息单位,称为一帧(Frame)。所有的信息是以帧的形传输的,而标志字符提供了每一帧的边界。接收端可以通过搜索“01111110”来探知帧的开头和结束,以此建立帧同步。
    (2)地址场和控制场:在标志场之后,可以有一个地址场A(Address)和一个控制场C(Control)。地址场用来规定与之通信的次站的地址。控制场可规定若干个命令。SDLC规定A 场和C场的宽度为8 位或16 位。接收方必须检查每个地址字节的第一位,如果为“0”,则后面跟着另一个地址字节;若为“1”,则该字节就是最后一个地址字节。同理,如果控制场第一个字节的第一位为为“0”,则还有第二个控制场字节,否则就只有一个字节。
    (3)信息场:跟在控制场之后的是信息场I(Information)。I 场包含有要传送的数据,并不是每一帧都必须有信息场。即数据场可以为0,当它为0 时,则这一帧主要是控制命令。
    (4)帧校验信息:紧跟在信息场之后的是两字节的争校验,帧校验场称为FC(FrameCheck)场或称为帧校验序列FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC 均采用16 位循环冗余校验码CRC(Cyclic Redundancy Code)。除了标志场和自动插入的“0”以外,所有的信息都参加CRC计算。
    实际应用时的两个技术问题:
    (1)“0”位插入/删除:如上所述,SDLC/HDLC协议规定以01111110为标志字节,但在信息场中也完全有可能有同一种模式的字符,为了把它与标志区分开来,所以采取了“0”位插入和删除技术。具体作法是发送端在发送所有信息(除标志字节外)时,只要遇到连续5 个“1”,就自动插入一个“0”,当接收端在接收数据时(除标志字节)如果连续收到5个“1”,就自动将其后的一个“0”删除是,以恢复信息的原有形式。这种“0”位的插入和删除过程是由硬件自动完成的。
    (2)SDLC/HDLC异常结束:若在发送过程中出现错误,则SDLC/HDLC协议常用异常结束(Abort)字符,或称为失效序列使本帧作废。在HDLC规程中,7 个连续的“1”被作为失效字符,而在SDLC 中失效字符是8 个连续的“1”。当然在试销序列中不使用“0”位插入/删除技术。LC/HDLC 协议规定,在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧之间,发送器可以连续输出标志字符序列,也可以输出连续的高电平,它被称为空闲(Idle)信号。

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    一、RS232通信协议是目前最常用的一种全双工点对点式的异步串行通信协议接口标准。RS232接口标准由于出现较早,所以其目前存在很多问题。

    (1)、接口电平值较高,易损坏接口电路的芯片。

    (2)、传输速率较低,大约为20Kbps;传输距离较短,大约为15米左右

    (3)、接口由三根线TX、RX、GND组成,没有构成差分线形式,容易产生共地共模干扰,抗干扰能力弱。


    二、RS232物理层:


    三、RS232协议层:主要包括起始位数据位校验位停止位四部分组成,而且通信双方必须以约定的通信协议通信速率进行通信。数据位采用小端传输模式,即低位在前,高位在后


    四、UART和RS232异同:

    (1)、逻辑电平不同:UART是TTL电平;RS232是RS232电平,不能直接相连,需要电平转换芯片(MAX3232等)。

    (2)、协议层完全相同:UART和RS232的协议层可以共享,没有较大区别。

     

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