RS232C接口技术详解

1、RS232C接口技术详解RS232C接口是数据通信中最重要的、而且是完全遵循数据通信 标准的一种接口。它的作用是定义 DTE设备（终端、计算机、文字处 理机和多路复用机等）和DCE设备（将数字信号转换成模拟信号的调 制解调器）之间的接口。图1为数据通信的模型。调制解调器（DCE的一端通过标准插座和传 输设施连接在一起，调制解调器的另一端通过接口与终端（ DTE连 接在一起。R S - 2 3 2 - C 是美国电子工业协会（ElectricalIn dustrial Association ， E I A ）于 1 9 7 3 年提出的串行通信接口 标准，主要用于模拟信道传输数字信号的场合。

2、EIA协会促进了标准 化工作，故RS323常简称为EIA接口。传输设备图1数据通信模式1.RS232（的电气特性接口的电气特性用来确定该接口的电压电平和电压变化的定时关系。RS232C标准给出以下定义:比 -3V 更低的电压电平 =二进制 1=传号比+3V更高的电压电平二二进制0二空号在 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-15VDT罰DC都必须用同一个电压电平表示。这些电气特性确定了

3、RS232C 接口所能实现的距离和数据率。信号的传输距离在RS232中并没有明 确标明。然而所规定的连接DTE与DC设备的电缆允许的最大容量。采 用双绞线时，通常表示距离极限为50英尺。（频带MODE传输时，异 步方式速率最高为115.2Kbps,同步方式最高为128Kbps;基带MODEM 同步方式，速率为64Kbps-2Mbps，很少用异步方式）.R S - 2 3 2-C与CCITT的V. 2 8建议很相近。CCITT V. 2 4接口的电气特性由 CCITT V. 2 8 给出， V. 2 4 的电气特性和 R S - 2 3 2 - C 的相同。2.RS232C机械特性RS232C接

4、口的机械特性与 DTE DCE实际的物理连接有关。机械特性规定如下：RS232是一个25个插脚的连接器，引线都作了具 体安排；这些引线在每一端都被捆扎成一根带有端接插头的电缆； DTE 和DC必须各具有一个阴阳属性相反的插头，以便与该电缆连接。R S- 2 3 2 - C 的机械接口一般有 9针、1 5针和2 5针3种类型。标准的 RS - 2 3 2 - C 接口使用2 5针的D B连接器（插头、插座）。R S - 23 2 - C在D T E设备上用作接口时一般采用D B 2 5 M插头（针式） 结构，插头两个螺钉中心距离为4 7.0 m m ;而在D C E （如M o d e m）设备

5、上用作接口时采用D B 2 5 F插座（孔式）结构。特别要注 意的是，在针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的排列顺序 （顶 视）是不同的，使用时要务必小心。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： 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 20mA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）Looking I

6、nto the DTE Device ConnectorSec. Cleer to SendSec. Received Line Signed DetectDB25 MaleShidd(unassigned)、1(reserved for tetin g)、(reserved for terting)PAroivoH I ina_Dwa Sgnei Rete SdectorTransmitter Sgni Timing (DTE Source)Received Line 卡Signal DetectSignal Groirtd21Remote LoopbackL-2oF DTE Ready&#

7、39;t 厶 ! 1 夕Sec. Request to SendDCF Ready *Clear to Sendlz* - i 1Request to SendReceived DataTransmitted DataShieldLocl LocpbcKSec. Transmitted D"吕Transmitter Sgni Timing (DOE Source)Receiver SignK liming (DCE SougDB9 MaleSignal GroundDTE ReadyTransmitted Data Y-Received Data - Received Line 5g

8、ni Detect986Rng IndicatorClear to SendRequest to SendDCE Ready Receved by DTE DeviceTransmitted from DTE DeviceLooking Into the DCE Device Conner terShieldReceivedTrcmsmitted OitaRequest to SendDB25 FetnaleSac. Transmitted 0欢？iTrrijmitter 3gn Timing (D征 Source)Sac. Received Dm_ IReceiver Signal Pmin

9、g17- (OCT Source)DCESignal GroLndR&osi vied LineSigril g. ect(reserved for testing)(nserved for teftin g)(unnrjigned)Sac. Rec si vied LineSignal DSt actSec. Request to SendLou剧 Loopb?diSac. Qerto SendRsm ate LoopbackShiddRing IndicatorTwjmitte- 5ign Timing (DTE Source)DTE ReadySignal Rte SdeaorT

10、® ModeDB9 FenialeTmnslotted DataDTE leady -Received Data5igncil GroLnd Ring IndicettorDCE ReadyClear to SendReoeivad by DIE DerviceTransmitted from DTE DeMce(2) DB-9连接器在AT机及以后，不支持20mAfe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COM和COM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

11、接器的DCE设备连 接，必须使用专门的电缆线。9针接头定义：PIN 1 DCDPIN2 RXD,PIN3TXD PIN4 DTR,PIN5 GND ,PIN6 DSR,PIN7 RTS,PIN 8 CTS，9 RI.3.RS232C功能特性DTE和DCE之间的连接必须包含数据传输引线、信号传输引线和控制 引线以及其他重要的功能。（V.24标准的功能与RS232C相同，RS232 在北美和日本使用， V.24 在欧洲使用。 ）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 ：

12、数据装置准备好（Data set ready-DSR）有效时（ON状态，表明MODE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MODE请求发送。它用来控制 MODE是否要 进入发送状态。允许发送(Clear to s

13、end-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MODE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青求应答联络信号是用于半双工 MODE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 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DCEE接通通信链路，告知DTE准备接收数据。 当本地的MODE收到由通信链路另一端

14、(远地)的MODEM 送来的载波信号时，使RLSD言号有效，通知终端准备接 收，并且由MODE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MODE收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效(ONI犬态)，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(DTiDCE。接收数据(Received data-RxD)通过RxD线终端接收从MODE发来的串行数

15、据，(DCDTE)。( 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 DC田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RXD1 个信号地线： SG。6个控制信号：DSR�&#

16、0数传机（即 moder）准备好，Data Set Ready.DTR�&#0数据终端（DTE即微机接口电路，女口Intel8250/8251,16550 ）准备好，Data Terminal Ready。RTS��DTE青求 DCE发送（Request To Send）。CTS��DC允许 DTE发送（Clear To Send）,该信号是对RTS信号的回答。DCD � &#0数据载波检出，Data Carrier Detectio n当本地DCE设备（Modem收到对方的DCE设备送来的载

17、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DTERI��振铃信号Ringing当DCE攵到交换机送来的 振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知 DTE已被呼叫。232引脚CCITTV.24Modern 名称说明用途异步同步1101AA保护地设备外壳接地PEPEVA :103BA发送数据数据送ModemTXD)3104BB接收数据从Modems收数据RXD)4105CA请求发送在半双工时控制发送器的开和关RTS5106CB允许发送Moden允许发送CTS6107CC数据终端准备好Moden准备好DSF7102

18、AB信号地信号公共地SGSGV8109CF载波信号检测ModemiE在接收另一端送来的信号DC9空10空11空12接收信号检测（2）在第二通道检测到信号V13允许发送（2）第二通道允许发送VV14118发送数据（2）第二通道发送数据15113DA发送器疋时为Moden提供发送器疋时信号V16119接收数据（2）第二通道接收数据V17115DD接收器定时为接口和终端提供定时V18空19请求发送（2）连接第二通道的发送器V20108CD数据终端准备好数据终端准备好DTF21空22125振铃振铃指示RI23111CH数据率选择选择两个同步数据率V24114DB发送器疋时为接口和终端提供定时V25空插

19、脚CCITT接地数据控制定时从DCE来至DCE从DCE来至DCE从DCE来至DCE110171022103310441055106610720108221258109212311124114151131711514118161191913124.过程特性 两台计算机通过公用电话网进行数据交换的工作过程来阐述 R S - 2 3 2 - C 各个信号线的动作，即 R S - 2 3 2 - C 物理层接口的过程特性。 计算机通过公用电话网进行通信的连接方式如图 1所示。在计算机与 M o d e m 之间的物理层接口是 R S - 2 3 2 - C 。为了更好地说明R S - 2 3 2C物理

20、接口的过程特性，我们将以第一步，将计算机和M o d e m分别加电，计算机将“数据终端就绪”（Data Terminal Ready , D T R）信号线（第 2 0 针）置为“ O N'状 态，而M o d e m则将“数据设备就绪”（Data Set Ready，D S R） 信号线（第6针）置为“ON”状态，此时M o d e m处于命令方式（空闲 状态）。第二步，计算机A通过“发送数据” （Transmit Data ，T x D ）信号 线（第2针）发出拨号命令给Modem A通知Modem摘机并拨号。第三步，Modem检测到振铃信号后，通过“振铃指示” （Ring In

21、dicator ，R I ）信号线（第2 2针）通知计算机B对呼叫进行应答。而 计算机B通过“数据终端就绪”（D T R）信号线（第2 0针）允许Modem B自动应答Modem的拨号呼叫，即Modems出摘机信号（音频信号）。第四步，当ModenA收到Modems回的应答音频信号后，随即向Modem B发送载波，而Modem收到载波后，通过“载波检测” （Carrier Detection，C D）信号线（第8针）通知计算机B线路接通，同时回应 以自身的载波给Modem A而当Modem检测到Modem发出的载波后， 它也通过载波检测 C D（ Carrier Detection ）信号线（

22、第 8针）通知 计算机A线路接通。此时计算机A和计算机B接通，M o d e m进入联机 状态（即数据方式），通信双方可以进入数据通信。第五步，计算机A通过“发送数据” （T x D ）信号线（第2针）将数 据发送给ModenA, ModenA将该二进制数据调制成一串不同频率的音 频信号通过公用电话网发送给ModenB, Modem则从音频信号中解调 出原始数据并通过“接收数据” （Receive Data，R x D）信号线（第 3针）将数据送给计算机B上。而计算机B向计算机A发送数据的过程与 此相同。计算机在发送数据过程中，要求“请求发送”（ Request To Send, RT S）信

23、号线（第4针）为“ 0 N ”状态；而在接收数据过程 中，要求“载波检测” （C D）信号线（第8针）为“ON'状态。第六步，计算机A通过将“请求发送” （RT S）信号线置为” O F F ” 状态以通知Modem数据发送结束。Modem检测到RT SB号为“ O F F”状态后，停止发送载波，并置“允许发送”（CT S）信号线为“ OF F”状态以响应计算机A。而Modem检测不到载波后自动恢复到待 机状态，并置“载波检测” （C D）信号线（第8针）为“ O F F”状 态，通知计算机B不能接收数据。第七步，计算机ASD T R信号线（第2 0针）为“ O F F”状态，通知 M

24、odem拆线。Modem收到D T R的“ O F F”信号后撤除与电话线的 连接，并将DS R信号线置为“ O F F ”状态作为回答。另外，在计算机发送数据到M o d e m的过程中，如果M o d e m的接 收速度太慢，则M o dem可以通过降下CTS信号通知计算机暂停发 送数据。而且两个 M o d e m 建立载波连接后将继续保持载波连接， 当载波消失或中断几十分之一秒后，连接被终止。必须注意的一点是，两个 M o d e m 在进行真正数据传输之前，必须 首先交换如何向对方发送数据的信息， 这一过程叫做交接过程。 两个 M o d e m 必须就以下事项协调一致：传输速度、组

25、成数据包的位数、 包的起始位 / 停止位、奇偶校验以及半双工 /全双工等。5、空 M o d e m 电缆R S - 2 3 2 - C 接口电路在实际系统中应用广泛。除了作为 D T E 与D C E之间的连接标准外，常用于设备之间的直接连接。例如，个 人计算机与个人计算机的直接通信，计算机与 C RT终端以及打印机的 通信等。这种直接通过RS - 2 3 2 -C 接口将两个DTE连接起来的 方法称为空 M o d e m （n u l l m o d e m）连接方式。两台计算机或终端通过 M o d e m 远程连接时，计算机或终端都被作 为D T E使用，用标准接口电缆和D C E

26、（如M o d e m ）相连。当两 台计算机仍想采用 R S - 2 3 2 - C 标准接口直接互连时就会产生问 题（ Windows 98操作系统中两台计算机通过串口直接连接的电缆就 是R S - 2 3 2 - C 空M o d e m 电缆）。R S - 2 3 2 - C 标准接口 使用的连接器是D B 2 5的插头和插座（D T E端为D B 2 5 M连接器， 即插头；D C E端为D B 2 5 F连接器，即插座），其中第2脚为“发 送数据”线、第 3脚为“接收数据”线。若将两台计算机用 R S - 2 3 2 - C 标准接口电缆直接连接（ R S - 2 32 - C标准

27、接口电缆一头为DB25 M插头连接器，接DCE端；另 一头为DB 2 5 F插座连接器，接DT E端），不仅因为两台计算机（D T E）的连接器都是插头而无法用R S - 2 3 2 - C标准接口电缆连接，而且还有接线脚的连接问题。例如，两台计算机都使用第2脚来发送数据，使用第3脚来接收数据，结果出现“顶牛”现象。为了解决这些问题，通常采用空 M o d em电缆连接方式。简单型空M o d e m电缆，如图2所示，保持两台计算机作为D T E的接口不做任 何改变，只是将两台计算机的RS- 2 3 2 -C 接口的“发送数据” 线和“接收数据”线交叉连接，而地线直接对接即可。这样两台计算 机

28、就可以通过R S -2 3 2 - C 标准接口直接进行通信。DTEDTE图2 异步传输时的R S - 2 3 2 - C 空M o d e m电缆复杂型空M o dem电缆可用于多根接口线连接的情况，其接线情况如图2B所示。“发送数据”（T x D ）线和“接收数据” （R x D）线是交叉连接的，这样就保证了数据的正确收发。由于使用空 Mo d e m电缆直接连接时也支持全双工特性，RT S和C T S不再具有与M o de m连接时那样的功能，为了让发送请求总是许可的，将 RT S信号返 回作为C T S信号，同时把RT S言号直接接到另一端的C D言号，这是 因为RT S言号的出现在功

29、能上类似于通信信道中的载波检测。D S R信号线和D T R信号线也是交叉连接的。另外，有时我们也可以将 D T R信号线交叉连到C I信号线上，表示当一个DTE设备给出DT R信号 时，就可以表示另一端收到了 C I信号。前面所讲的用空M o d em电缆直接连接的方式都是基于异步传输的。 同步传输时，就要涉及定时电路。由于有的 M o d e m 既提供发送时 钟又提供接收时钟；而有的 M o d e m 只提供接收时钟，不提供发送 时钟，因此这时需要D T E提供定时信息，且D T E必须具有发送时钟 源。 R S - 2 3 2 - C 接口标准中，“接收码元定时”信号由 M o d

30、e 仃的锁相环提供，加到D B 2 5连接器的第1 7脚上。“发送码元定时” 信号是由 M o d e m 还是由 D T E 提供，与使用的 M o d e m 有关。当 由M o dem提供时，这个信号加到D B25连接器的第1 5脚上。当 由D T E提供时，这个信号加到DB 2 5连接器的第2 4脚上。同步MODEM 在第15脚发送频率和它的比特速率相同的方波信号， 终端用这种信号 作为在管脚2上发送数据的时钟；当同步MODEM电话线上受到数据信 号，在管脚17上发送频率与其比特速率相同的方波信号，同时数据信号通过管脚3送到终端上。有些终端能向DC提供定时信号，DTE!过 管脚24发送

31、时钟信号，作为发送器信号码元定时。如果不使用Modem，把两个同步传输的DTE连到一起时，在定时 方面就会遇到困难。因此，在使用空 M o d em电缆连接两个设备时， 应保证至少有一个设备带有时钟信号源。对于 M o d e m ，这种时钟 可以称为外部时钟，即可理解为是“非 M o d e m ”时钟。 如果只有一个设备带有时钟源时，含有外部时钟的设备通常在第 2 4 脚（有些设备是在第 1 5 脚）上输出时钟信号。我们通过空 M o d e m 电缆将两个DTE设备的第15脚和第17脚与第2 4脚的时钟信号线连 接起来，如图3 - 4所示。这样两个同步的D T E设备在没有M o d e m 的情况下就可进行直接通信。但这种单端提供时钟信号的连接方式， 因为1个时钟信号驱动器要驱动 4个接收器，所以负载较重。图3只有一个DTE具有时钟源时的连接如果两个同步DTE设备各自都带有时钟源，假设它们都分别从 24脚输出时钟。则我们可以通过空 M o d em电缆分别将一设备的第2 4脚与同一设备的第1