RS-232C接口在智能弱电工程设计与应用中的作用

时间：2023-08-21 理论教育 版权反馈

【摘要】：由于通信设备厂商生产的通信设备都与RS-232C制式兼容，所以，RS-232C标准已成为微机通信接口中广泛采用的一种标准。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。

RS-232C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的于1969年公布的通信协议。是PC和通信产品中应用最广泛的一种串行接口，适合于数据传输速率在0～20kbit/s范围内的数据通信。RS-232是为点对点（即只用于一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都作了明确规定。由于通信设备厂商生产的通信设备都与RS-232C制式兼容，所以，RS-232C标准已成为微机通信接口中广泛采用的一种标准。

RS（Recommended Standard）的涵义是“推荐标准”的英文缩写，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。

RS-232（包括RS-422和RS-485）标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。例如：视频服务器都带有多个RS-422串行通信接口，每个接口均可通过RS-422通信线由外部计算机进行控制，实现记录与播放。视频服务器除提供各种控制硬件接口外，还提供协议接口，如RS-422接口除支持RS-422的Profile协议外，还支持Louth、Odetics、BVW等通过RS-422控制的协议。

在多数情况下RS-232C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。图3-14是RS-232（9针）接口。

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。

图3-14 RS-232（9针）接口

RS-232C属单端非平衡方式传送信号，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般只用于20m以内的近距离数据终端的通信连接。

RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端设备（DTE）与数据链路端接设备（DCE）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。但目前它又广泛地用于计算机（更准确地说，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。

RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE数据终端的立场上，而不是站在DCE通信设备的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间的信息传送，两者都是DTE，所以双方都能发送和接收。

1.RS-232C的电气特性

RS-232C采用负逻辑。即逻辑0相当于对信号地线有≥+3V的电压；逻辑1相当于信号地线有≤-3V的电压。逻辑0相当于数据的“0”（空号）或控制线的“接通”状态；逻辑1相当于数据“1”（传号）或控制线的“断开”状态。EIA-RS-232C标准对逻辑电平的定义和各种信号线功能都作了规定。

（1）在TxD（发送数据）和RxD（接收数据）的端口电平如下：

逻辑1（传号）=-3～-15V，逻辑0（空号）=+3～+15V。

（2）在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上的电平如下：

信号有效（接通，ON状态）=+3～+15V；

信号无效（断开，OFF状态）=-3～-15V。

以上规定说明了对于数据（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。

2.连接器的机械特性

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（已淘汰）和DB-9三种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。

（1）DB-25连接器。PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25型连接器定义了25根信号线，分为4组：

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

②20mA电流环信号9个信号线：12，13，14，15，16，17，19，23，24；

③空6个信号线：9，10，11，18，21，25；

④保护地（PE）1个：（1脚），作为设备接地端。

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

（2）DB-9连接器。在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9型连接器，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-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号分配完全不同。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。

（3）连接电缆长度。在通信速率低于20kbit/s时，RS-232C直接连接的最大物理距离为15m（50ft，1ft=0.3048m）。当连接电缆长度更短时，数据传输速率可提高。

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（50ft）。可见这个最大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接口信号的功能特性

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(www.daowen.com)

（1）联络控制信号线功能定义。

数据发送准备（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（Data Terminal Ready，DTR）：有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。

这两个信号有时连接上电源，就立即有效。但是设备状态信号有效，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，即当终端准备要接收Modem传来的数据时，使该信号有效（ON状态），请求Modem发送数据。用来控制Modem是否要进入发送状态。

清除发送（Clear To Send，CTS）：用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是与请求发送信号RTS相应的信号。

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。

接收线RxD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 Detection，DCD）线。

振铃指示（Ring Indicator，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（Transmit 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终端，接收从Modem发来的串行数据（DCE→DTE）。

（3）地线。

GND（PE）、Sig.GND：保护地和信号地。

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。表3-2是9针RS-232C信号接口定义。表3-3是25针RS-232C信号接口定义。

表3-2 9针RS-232C信号接口定义