1、RS-232-C 串口通讯协议解析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。在讨论 RS-232C 接口标准的内容之前，先说明两点.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
2、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- 323C 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 020000b/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。
3、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。 一、RS-232-CRS-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（ecommeded 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 EIARS-232-C、EIARS-422-A 、 E
4、IARS-423A、EIARS-485。这里只介绍 EIARS-232-C（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)=+315V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图 1以上规定说明了 RS-323C 标准对逻辑电平的定义
5、。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平告语+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(315) 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
6、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 TTLEIA 双向电平转换，图 1 显示了1488 和 1489 的内部结构和引脚。MC1488 的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接 TTL 输入。引脚 3、6、8、11 输出端接 EIA-RS-232C。 MC1498 的 14 的
7、1、4、10、13 脚接 EIA 输入，而 3、6、8、11 脚接 TTL 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 UART，它是 TTL 器件，右边是 EIA-RS-232C 连接器，要求 EIA 高电压。因此，RS-232C 所有的输出、输入信号都要分别经过 MC1488 和 MC1498 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。图 22、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
8、-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：异步通信的 9 个电压信号（含信号地 SG）2，3，4，5，6，7，8，20，2220mA 电流环信号 9 个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）空 6 个（9，10，11，18，21，25）保护地（PE）1 个，作为设备接地端（1 脚）DB-25 型连接器的外形及信号线分配如图 3 所示。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。图 3（2）DB-9 连接器在 AT 机及以后，不支持 20mA 电流环
9、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%
10、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 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（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 set 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
11、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
12、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，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
13、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，(DTEDCE)。接收数据(Received data-RxD)通过 RxD 线终端接收从 MODEM 发来的串行数据，(DCEDTE)。（3）地线有两根线 SG、PG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 DSR 和 DTR 都处于有效（ON）状态时，才能在 DTE 和 DCE 之
14、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 数传机（即 modem）准备好，Data Set Ready。DTR 数据终端（ DTE，即微机接口电路，如 Intel8250/8251,16550）准备好，Data Terminal Ready。RTS DTE 请求 D
15、CE 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 数据载波检出，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 收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知 DTE 已被呼叫。二、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
16、 的通信）的例子，故一般要加调制解调器 MODEM，因此使用的信号线较多。注意：在以下各图中，DTE 信号为 RS-232-C 信号，DTE 与计算机间的电平转换电路未画出。1、采用 Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接：若在双方 MODEM 之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要 28 号信号线外还要增加 RI(22 号)和 DTR(20 号)两个信号线进行联络，如图 1 所示。图 1DSR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）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 DCE收到该信号后，使 RI（振铃信号）有
17、效，通知 DTE，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（DTE）发出 RTS（请求发送）信号。此时，若 DCE（Modem）允许传送，则向 DTE 回答 CTS （允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS 接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。（RTS/CTS 可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。当 DTE 获得 CTS 信号后，通过 TXD 线向 DCE 发出串行信号，DCE（Modem）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 DTE“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查 Modem 状态
18、和数据输出寄存器为空。当对方的 DCE 收到载波信号后，向对方的 DTE 发出 DCD 信号（数据载波检出），通知其 DTE 准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从 RXD 线上送给 DTE，DTE 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，CPU 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 MODEM 之间采用电话线进行通信，则只要使用 28 号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号 RI 和 DTR 信号，其信号线的连接如图 2 那样。图 2三、近距离通信：当通信距离较近时，可不需要
19、 Modem，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 RS-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 Modem 时，最大通信距离按如下方式计算：RS-232C 标准规定：当误码率小于 4%时，要求导线的电容值应小于 2500PF。对于普通导线，其电容值约为 170PF/M。则允许距离 L=2500PF/（170PF/M）=15M这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用 9600bps，普通双绞屏蔽线时，距离可达 3035 米。1、零 Modem 的最简
20、连线（3 线制）图 3 是零 MODEM 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 RTS 有效和数据终端准备好 DTR 有效就能开始发送和接收。图 3（1）RTS 与 CTS 互联：只要请求发送，立即得到允许（ 2）DTR 与 DSR 互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）。2、零 Modem 标准连接：如果想在直接连接时，而又考虑到 RS-232C 的联络控制信号，则采用零 MODEM 方式的标准连接方法，其通信双方信
21、号线安排如下 1-2-3-4-5 顺序所演示的那样。无 Modem 的标准联线（7 线制）如图所示：从中可以看出，RS-232C 接口标准定义的所有信号线都用到了，并且是按照 DTE 和 DCE之间信息交换协议的要求进行连接的，只不过是把 DTE 自己发出的信号线送过来，当作对方 DCE 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 DTE 准备好，发出 DTR 信号，该信号直接联至乙方的 RI（振铃信号）和 DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在 DCE（数传机）。（2）甲方的 RTS 和 CTS 相连，并与乙方的 DCD 互连。即：一旦甲方请求发送（RTS），便立即得到允许（CTS），同时，使乙方的 DCD 有效，即检测到载波信号。（3）甲方的 TXD 与乙方的 RXD 相连，一发一收。 1
