RS-232接口知識 

一、RS-232、RS-422與RS-485的由來
    RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準,最初都是由電子工業協會(EIA)制訂并發布的,RS-232在1962年發布,命名為EIA-232-E,作為工業標準,以保證不同廠家產品之間的兼容。RS-422由RS-232發展而來,它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點,RS-422定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mb/s,傳輸距離延長到4000英尺(速率低于100kb/s時),并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范,被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍,EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準,增加了多點、雙向通信能力,即允許多個發送器連接到同一條總線上,同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性,擴展了總線共模范圍,后命名為TIA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以"RS"作為前綴,所以在通訊工業領域,仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。
    RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定,而不涉及接插件、電纜或協議,在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。因此在視頻界的應用,許多廠家都建立了一套高層通信協議,或公開或廠家獨家使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄像機的RS-422控制協議是有差異的,視頻服務器上的控制協議則更多了,如Louth、Odetis協議是公開的,而ProLINK則是基于Profile上的。


二、RS-232串行接口標準
    目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊。

    收、發端的數據信號是相對于信號地,如從DTE設備發出的數據在使用DB25連接器時是2腳相對7腳(信號地)的電平,DB25各引腳定義參見圖1。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動,在發送數據時,發送端驅動器輸出正電平在+5~+15V,負電平在-5~-15V電平。當無數據傳輸時,線上為TTL,從開始傳送數據到結束,線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。由于發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上雙絞線上的分布電容,其傳送距離最大為約15米,最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點(即只用一對收、發設備)通訊而設計的,其驅動器負載為3~7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。其有關電氣參數參見表1。

規定
RS232
RS422
R485
工作方式
單端
差分
差分
節點數
1收、1發
1發10收
1發32收
最大傳輸電纜長度
50英尺
400英尺
400英尺
最大傳輸速率
20Kb/S
10Mb/s
10Mb/s
最大驅動輸出電壓
+/-25V
-0.25V~+6V
-7V~+12V
驅動器輸出信號電平(負載最小值)
負載
+/-5V~+/-15V
+/-2.0V
+/-1.5V
驅動器輸出信號電平(空載最大值)
空載
+/-25V
+/-6V
+/-6V
驅動器負載阻抗(Ω)
3K~7K
100
54
擺率(最大值)
30V/μs
N/A
N/A
接收器輸入電壓范圍
+/-15V
-10V~+10V
-7V~+12V
接收器輸入門限
+/-3V
+/-200mV
+/-200mV
接收器輸入電阻(Ω)
3K~7K
4K(最小)
≥12K
驅動器共模電壓
-3V~+3V
-1V~+3V
接收器共模電壓
-7V~+7V
-7V~+12V


                             表1


三、RS-232接口定義及連線
  RS-232接口又稱之為RS-232口、串口、異步口或一個COM(通信)口。"RS-232"是其最明確的名稱。 在計算機世界中,大量的接口是串口或異步口,但并不一定符合RS-232標準,但我們也通常認為它是RS-232口。 嚴格地講RS-232接口是DTE(數據終端設備)和DCE(數據通信設備)之間的一個接口,DTE包括計算機、終端、串口打印機等設備。DCE通常只有調制解調器(MODEM)和某些交換機COM口是DCE。標準指出DTE應該擁有一個插頭(針輸出),DCE擁有一個插座(孔輸出)。這經常被制造商忽視(如:WYSE終端就是孔輸出DTE串口)但影響不大,只要搞清楚DCE、DTE就行了,然后按照標準接線圖接線就不會錯了。(DTE、DCE 引腳定義相同)RS-232接口引腳定義
附表1

25芯 9芯 信號方向來自 縮寫 描述名
2 3 PC TXD 發送數據
3 2 調制解調器 RXD 接收數據
4 7 PC RTS 請求發送
5 8 調制解調器 CTS 允許發送
6 6 調制解調器 DSR 通訊設備準備好
7 5   GND 信號地
8 1 調制解調器 CD 載波檢測
20 4 PC DTR 數據終端準備好
22 9 調制解調器 RI 響鈴指示器

DTEDCE設備信號線電流方向圖

     


四、 什么是RS-232-C接口?采用RS-232-C接口有何特點?傳輸電纜長度如何考慮?
   答:計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低,特別是在遠程傳輸時,避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時,要求通訊雙方都采用一個標準接口,使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口(又稱 EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是"數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準",該標準規定采用一個25個腳的 DB25連接器,對連接器的每個引腳的信號內容加以規定,還對各種信號的電平加以規定。一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內容見附表1所示

  附表1

引腳序號 信號名稱 符號 流向 功能
2 發送數據 TXD DTE→DCE DTE發送串行數據
3 接收數據 RXD DTE←DCE DTE接收串行數據
4 請求發送 RTS DTE→DCE DTE請求DCE將線路切換到發送方式
5 允許發送 CTS DTE←DCE DCE告訴DTE線路已接通可以發送數據
6 數據設備準備好 DSR DTE←DCE DCE準備好
7 信號地     信號公共地
8 載波檢測 DCD DTE←DCE 表示DCE接收到遠程載波
20 數據終端準備好 DTR DTE→DCE DTE準備好
22 振鈴指示 RI DTE←DCE 表示DCE與線路接通,出現振鈴


 。1) 接口的電氣特性
  在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即:邏 輯"1",-5- -15V;邏輯"0" +5- +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯"0",高到-3V的信號 作為邏輯"1"
 。2) 接口的物理結構
  RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即"發送數據"、"接收數據"和"信號地"。所以采用DB-9的9芯插頭座,傳輸線采用屏蔽雙絞線。
 。3) 傳輸電纜長度
  由RS-232C標準規定在碼元畸變小于4%的情況下,傳輸電纜長度應為50英尺,其實這個4%的碼元畸變是很保守的,在實際應用中,約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的,所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺,美國DEC公司曾規定允許碼元畸變為10%而得出附表2 的實驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜,型號為DECP.NO.9107723 內有三對雙絞線,每對由22# AWG 組成,其外覆以屏蔽網。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。
附表2 DEC 公司的實驗結果

波特率 1 號電纜傳輸距離(英尺) 2 號電纜傳輸距離(英尺)
110 5000 3000
300 5000 3000
1200 3000 3000
2400 1000 500
4800 1000 250
9600 250 250

 


五、為什么RS-232通信接口容易損壞?

  答:RS-232接口標準是一種廣泛的普及標準但此標準推出較早,在現代金融,保險,電信,電子化網絡已暴露出明顯的問題。一是:兩串口設備間收發信號不隔離,經過較長電纜,且直接連一起,信號線上有直流電位差,使信號線易受外界干擾。另一個是:傳輸距離短一般為15米,即使在理想的條件下,電纜長度也不會超過60米。又因為多用戶卡往往要接若干個終端,且串口數據線通過多用戶卡都彼此相連,形成一個極易吸收干擾信號的網狀天線。由于上述問題的存在,導致RS-232串口數據線對電壓浪涌特別敏感。目前,非交流電源線路的浪涌所引起的損害占據全部浪涌損害的一大部分。僅僅幾十伏的小幅度瞬變過程就可以通過串行端口毀壞計算機的主板、終端的RS-232的接口,其后果是:硬件損壞,數據丟失,通訊中斷,以及由此引起停機所導致的損失。


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