什么是RS232 RS-232详解

RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口标准,原始编号全称是EIA-RS-232(简称RS232),它被广泛用于DCE(Data Communication Equipment ) 和 DTE(Data Terminal Equipment) 之间的连接。DCE可以理解为数据通信端,比如modem设备;DTE可以理解为数据终端,比如电脑。最早的台式电脑都会保留9针的232接口,用于串口通信,目前基本被USB接口取代。现在RS232接口常用于仪器仪表设备,PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。

发展历史

具体标准协议是收费的,有兴趣的可以去TIA Standards store购买。
EIA:Electronic Industry Association 美国电子工业联盟
RS:Recommended standard 推荐标准
A/B/C/D/E/F:修改版本
TIA:Telecommunications Industry Association 美国电信工业协会-EIA的一个分支
ANSI:American National Standards Institute 美国国家标准协会

EIA RS-232(1960)
EIA RS-232-A(1963)
EIA RS-232-B(1965)
EIA RS-232-C(1969)
EIA RS-232-D(1986)
TIA TIA/EIA-232-E (1991)
TIA TIA/EIA-232-F (1997)
ANSI/TIA-232-F-1997(R2002)
TIA TIA-232-F(R2012)
协议详细定义了信号的电气特性、时序、逻辑电平和连接器的物理尺寸及引脚定义功能,下面将分别讲述。

接口形态

按照引脚数量分类有两种:

25pin–DB25 协议标准推荐的接口类型
由于接口物理尺寸较大,很少使用,此处不做具体介绍。
9pin—DE9(通常误叫做DB9) 自IBM PC/AT开始改用9针连接器起,目前是主流接口形态。9针RS232接口按照接口类型,又可以分为:
公头(Male):带针脚

母座(Female):带孔座

接口定义
下图是公头9针RS232接口详细定义:

引脚编号 引脚定义 传输方向 说明
1 DCD-Data Carrier Detect ⬅ 载波检测通知给DTE
2 RXD-Receive Data ⬅ 接收数据
3 TXD-Transmit Data ➡ 发送数据
4 DTR-Data Terminal Ready ➡ DTE告诉DCE准备就绪
5 GND – –
6 DSR-Data Set Ready ⬅ DCE告诉DTE准备就绪
7 RTS-Request to Send ➡ 请求发送-DTE向DCE大宋数据请求
8 CTS-Clear to Send ⬅ 清除发送-DCE通知DTE可以传数据
9 RI-Ring Indicator ⬅ 振铃指示-DCE通知DTE有振铃信号
其中DTR/DSR和RTS/CTS用于硬件流控。
DTR/DSR状态表明DTE和DCE处于可用状态,有时候设备上电这两个信号即有效,表示设备本身可用使用,但要开始进行数据传输通讯,则需要RTS/CTS流控信号。
RTS即DTE发送数据时,该信号有效(ON),向DCE请求发送数据;CTS是对请求发送RTS信号的响应,当DCE已经准备好接收数据时,该信号有效(ON),通知DTE可用使用TXD发送数据了。比如A向B发送数据简单如下逻辑:

A先设置RTS为1,表示要发数据给B
B检测到RTS为1,先看看自己是否准备好:
如果准备好,就设置CTS为1表示A可用发数据给B了
如果没有准备好,继续处理自己的数据。弄完了,再将CTS设置为1,让A发数据
A发现CTS置1了,将数据通过TXD信号线发送出去
A每发送一次数据给B之前,都会继续上面的逻辑
A发送完数据后,就将RTS置0,表示数据发送完毕
硬件连接
连接分为3种:

9线式连接示意图:

5线式连接示意图:

3线式连接示意图:

注:3线连接中,DTE使用TXD和RXD两条数据线,无法实现硬件流控功能,在做大量数据传输应用时,建议使用5线或9线连接方式。

电平及时序

RS232采用负逻辑电平,定义如下:

电平状态 电压
0(space) +3 ~ +15V
1(mark) -15 ~ -3V
非法状态 -3 ~ +3V
下图是使用RS232接口按照UART串口协议进行传输,UART协议具体请参考 UART详解。图中
传输的数据为0100 1011b 即0x4B,按照1bit开始位,8bit数据位,1bit停止位格式传输。

最大通讯距离及速率
协议最初规定设备最大速率为20kbps,对于16550A UART最大速率为1.5Mbps。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。对于普通导线,其电容值约为 170pF/m,则允许距离 L=2500pF/(170pF/m)=15m。当速率下降时,传输距离会成倍增加,下表是Texas Instruments 在不同速率下对应的传输线缆长度:

速率(bps) 最大线缆长度(m)
19200 15.24
9600 152.4
4800 304.8
2400 914.4
注:协议规定最大速率为20kbps,现在看来这个速率已经很低了。一些芯片制造商已经做出了高速率的芯片驱动,具体速率上限请查看器件手册。

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