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        解析最古老的串行接口之一的RS232串口

        2021-07-28

        RS232串口

          最古老的串行接口之一通常被稱為RS232。它最初成立于1962年,是一種將數據終端設備(DTE)(如機電傳輸打字機)連接到數據通信設備(DCE)的方法。多年來,它的使用包括連接到視頻終端、計算機和調制解調器。第一臺個人計算機包括一個叫做串行端口的RS232,用于連接打印機或其他外圍設備。今天,它仍然廣泛應用于嵌入式計算機開發系統、科學儀器和各種工業控制設備。

          這一標準的正式名稱是電子工業協會/電信工業協會 EIA/TIA-232-F。F代表了最近的標準修改和更新。這一標準基本上與國際電信聯盟(ITU-T)規范 V.24和 V.28相同。

          該標準將邏輯1和-3-25V之間的電壓和邏輯0定義為+3-+25V之間的電壓電平(圖1)。信號電平通常被稱為邏輯1的標記和邏輯0之間的間隔。3V之間的電壓無效,從而為接口提供了巨大的噪聲容限。這個范圍內的噪聲電壓被拒絕了。在正常實踐中,邏輯0和1的電平通常低至5V,高至12或15V。發送器和接收器配置為單端(非差分),有接地基準。

         RS232與RS485串行接口的區別:RS232串口

        圖1

          1.電壓電平定義邏輯1或標記以及邏輯0或空格字符?!? V之間的電壓無效。

          電纜介質可以是簡單的平行線或雙絞線。電纜的長度決定了更高的數據速率,通常不應超過50英尺。然而,當數據速率較低時,可以使用更長的電纜長度。今天的主要目標是使用電線之間的電容不超過2500英尺的電纜。這將上限數據速率限制在20英尺左右。由于該接口使用的低速數據速率,電纜通常不被視為正式的傳輸線。傳輸線需要匹配的發生器阻抗和負載阻抗,以消除數據損壞的反射。這個標準定義了一個稱為DB-25的25針連接器,它被設計用來承載各種控制線和串行數據發送和接收線。這類連接器現在很少使用。相反,被定義為DE-9的9針連接器,現在已經成為事實標準。

        RS232和RS485串口區別:RS232接口九針連接器示意圖

        DE9針串行接口示意圖

          2.流行的DB9連接器承載所示信號。這些數字是連接器上的引腳號。

         起初,機電設備的數據速度很慢。最低速通常是75位/秒,但通常是150位和300位/秒?,F在,數據速率是根據界面使用的協議的協議來定義的,范圍高達115.2kbit/秒。通常的數據速率是1200,2400,4800,9600,19,200,38,400,115,200比特/秒。最大允許壓擺率為30V/100V,4800,9600,19,1900,38,400,115,200比特/秒,數據速率受到最大允許壓擺率為30V/10V/10V(伏特/微秒)的限制。對于短型低電容電纜,使用適當的驅動器,數據速率可達到每秒幾兆比特。

          很多RS-232連接都是單向的或單一的。然而,利用可用的特殊信號和控制電壓可實現雙向或半雙工操作。兩個相互連接的設備交替地進行收發操作。

          接口中的控制信號定義了用于發送和接收數據的協議。這些信號告訴兩個通信設備何時繁忙,正在發送,已準備就緒和正在接收。發送設備是DTE(例如計算機),接收設備是DCE(例如打印機)。公用九針連接器上使用的控制信號是:

          數據載體檢測(DCD):DCE告知DTE它正在接收有效的輸入信號。

          數據集準備就緒(DSR):DCE告知DTE它已連接并準備接收。

          接收數據(RD):這是從DTE接收到的實際信號。

          發送請求(RTS):來自DTE的此信號告訴DCE準備發送。

          發送數據(TD):這是DTE發送的信號。

          清除發送(CTS):DCE上的此行告訴DTE它已準備好接收數據。

          數據終端就緒(DTR):這條線從DTE到DCE,表明已準備好發送或接收數據。

          振鈴指示器(RI):這條線用于較舊的調制解調器連接中,但不再使用。

          信號接地:這是所有信號的公共接地。

          如下圖顯示了從DTE到DCE的電纜連接。注意控制線引腳之間的互連。這些引腳上的信號在稱為流控制或“握手”過程中相互響應。

        圖3電纜連接線

        電纜鏈接示意圖

          3.這是DTE和DCE設備之間的常用連接。注意電纜從一個連接器到另一連接器的連接。

          盡管不是RS-232標準的正式組成部分,但大多數使用該接口的串行設備也使用所謂的通用異步接收器發送器(UART)。該IC通常與線路驅動器和接收器電路分開,實現一種基本通信協議,該協議每次最多傳輸8位。它執行串行到并行和并行到串行的轉換,添加開始和停止位以表示數據字的開始和結束,奇偶校驗位錯誤檢測以及數據速率的建立。

          數據通常是ASCII字符,但是最多可以傳輸8位的任何數據字(圖4)。UART通??梢耘渲脼樘幚聿煌淖珠L(5至8位),添加1、1.5或2個停止位,并包括奇數,偶數或無奇偶校驗位。數據速率從75位/秒到115.2 kbit / s是可選的。

          圖4

          目前,TIA-232標準已部署在各種低數據速率短距離應用中。它在嘈雜的環境中使用的設備特別有效,例如工廠,過程控制工廠和公用事業場所。電纜長度通常小于50英尺。常見的設備包括低速調制解調器,工業控制設備,例如可編程邏輯控制器(PLC),計算機數控(CNC)機床,機器人,嵌入式控制計算機,醫療儀器和設備以及嵌入式控制器開發系統。

        通常,RS232最適合短距離低速要求。它簡單且成本低廉,并且可以使用許多組件(如線路驅動器和接收器,UART和連接器)來構建接口。一些驅動程序允許短線的數據速率達到2或3 Mbit/s。大多數接口芯片都包含一個電荷泵DC-DC轉換器,該轉換器可提供正負電源電壓,從而使IC可通過3.3V或5V單電源工作。