原创 RS232C、RS422/RS485串行通信标准

摘自《监控组态软件及其应用》

一、RS232C串行接口标准简介

RS232C是1969年有电子工业协会（EIA）公布的标准，RS是推荐标准（recommended standard）的缩写。该标准的用途是定义数据终端设备（DTE)与数据通信设备（DCE）接口的电气特性。图1是个人计算机通过RS232C 、调制解调器访问远程计算机的应用框图。RS232C接口在个人计算通信中起着极为重要的作用。

图1 RS232C接口应用图例

1、RS232C信号特性、电缆长度及波特率

为了确保正确的发送二进制数据和正确的执行设备控制，RS232C标准为数据和管制信号提供了电压标准及范围。当RS232C的线路上没有通信的数据信号时，DTE端的发送信号保持－15V的电压。电压标准如表1所示

表1 交换电压标准

RS232C标准规定电缆长度限定在15m以内，串行数据传速率的范围为0～20000b/s。这一规定足以覆盖个人计算机使用的50～9600b/s范围。电缆长度也足以满足大多数个人计算机通信的要求。

2、RS232C引脚分配及定义

RS232C标准规定设备间使用带"D"型25针连接器的电缆通信。“D"型25芯标准连接器见图2所示。在这25根引线中，有20根要用作信号线，其他3根（11、18、25）未定以用途，2根（9、10）备用。

表2 对RS232C的25针连接器引脚定义进行了说明

     表 2 RS232C标准25针连接器引脚定义

但目前已经很少有人使用25针D型连接器了，一般都使用9针D型连接器，9针和25针连接器间的对应关系如表3所示

表3 9针连接器和25针连接器间的对应关系

3、RS232C数据线

RS232C的数据线有2根：发送数据线 TXD 和接收数据线RXD。与逻辑地线7结合起来工作，足以实现全双工和半双工的信息传输。信号是从DTE角度说明的，在DTE一方引脚2定义为TXD，引脚3定义为RXD。为了使DCE能很好地与DTE配合，协同进行发送与接收工作，在DCE一方引脚2定义为RXD，引脚3定义为TXD，为了能实现正确地传输，对这一点必须给予应有的注意。在使用RS232C标准插头实现连接之前，用户必须根据已有的DTE及DCE的具体说明，做好匹配的调整工作。

对数据线上所传输的数据格式、RS232C标准并没有严格的规定。所传输的数据速率是多少、有无奇偶校验位、停止位为多少、字符代码采用多少位等问题，应由发送方与接受自行商定，达成一致的协议。

4、RS232C的控制线

RS232C的控制线是为建立通信链接和维持通信链接而使用的信号。图3所示通信过程说明了RS232C控制线的功能

在图中，本地的数据终端设备DTE通过本地及远程的调制解调器，与远程的数据终端DTE进行通信，DTE与MODEM 之间采用的是RS232C接口。MODEM之间则是通过电话线进行数据交换，图3标出了通信过程和RS232C的控制信号出现的从上向下的顺序。

（1） DTE：数据终端准备好。DTE设备加电以后，并能正确实现通信的功能，向DCE发出DTR信号，表示数据终端已做好准备工作，可以进行通信。

（2） DSR ：数据设备准备好。数据设备是DCE通信的设备，如此的MODEM。MODEM加电以后，并能正常执行通信功能时，向DTE发出DSR信号，表示MODEM已准备好。这两个准备好信号，在通信的过程中首先要对他们进行测试，以了解通行对方的状态，以可靠的建立通信。但是如果通信的对方并不要求测试，就可以不发出此信号。

（3）RTS ：请求发送。当DTE有数据需要向远程DTE传输通信时，DTE在测得DSR有效，即MODEM接收到   信号时 ，根据提供的目的电话编码，向远程MODEM发出呼叫。远程RST收到此呼叫，首先发出2000HZ得短小短续得冲击声，以关闭电话线路得回声消除器，然后发出回答载波信号。本地MODEM接收此载波信号，确认已获得两对方的同意，它向远程MODEM发出原载波信号相对方表示是一个可用的MODEM同时用RS232C的第8引线发出数据载波信号DCD，向DTE表示已检测出有效的回答载波信号

（4）DCD：数据载波检测时MODEM发向DTE，表示已检测出对方载波信号。

（5）CTS：允许发送。每当一个MODEM辨认出对方MODEM已准备好运行接收时，他们便用CTS信号通知自己的DTE，表示这个通信通路已为传输数据作好准备，允许DTE进行数据的发送。至此通信链路才建立，开始通信。

在半双工的通信中，CTS是对DTE的RTS信号的答应，使DTE开始传输数据。在全双工的通信中，CTS一般保持很长时间，而对RTS并不要求保持很长时间，通信链路建立后，即可降下。

上述这些控制线，连同数据线及逻辑地线（引线7），即可构成基本的最长接线。

（6）RI：振铃指示线。如果MODEM具有自动应答能力，当对方通信传叫来时，MODEM用引线向DTE发出   信号，指示此呼叫。在电话呼叫振铃结束后，MODEM在DTE已准备好通信的条件（即DTE有效），立即向对方自动应答

5、RS23C的连接方法

在RS232C的机械结构中，有25个插针的连接器（DB-25）。数据采集和控制系统中如果有联网通信，和在本地和远程控制数据时，RS232C是数据终端设备和调制解调器之间的接口标准，所以数据终端设备和调制解调器各有对应的规格，通信会连接的双方必须配对。

终端与终端之间连接的例子如图4所示

（1）发送终端与接收终端连接，和接收端与发送端连接，各级端一旦处于工作状态，就可以不管对方的状态而发送或接收数据，由软件来去认数据的发送和接收。

（2）一方的RTS和另一方的CTS相连。这种情况挂钩联络是困难的，互相通信时，需要知道对方是否可以接收数据。但是这种连接方式只求通过发送请求将对方置与可发送状态。编制程序时，必须注意这个问题。

（3）通过检查DSR，能够确认对方是否输出了发送请求，把DTR置于ON，使对方知道可以接收，因而注意这个问题。另外，大规模集成电器与RS232C的连接方法很多,只要充分了解RS232C的接口规定，就可以迎刃而解。

二、RS422和RS485

随着通信技术的发展，对通信速率的要求越来越高，距离要求越来越远。根据RS232C标准，他的最高传输速率为20kb/s时，最远距离仅为15m，当然在使用中也可达到60m，但这远远不能满足上述发展对速度及距离所提出的新的要求。美国EIA学会与1977年在RS232C基础上提出了改进的标准RS449,现在的RS422和RS485都是从RS449派生出来的。

RS422是利用差分传输方式提高通信距离和可靠性的一种通信标准，它在发送端使用2根信号线发送同一信号（2根线的极性相反），在接收端对这两根线上的电压信号相减得到实际信号，这种方式可以有效的抗共模干扰，提高通信距离，最远可以传送1200m，原理图如图 5

图 5 RS422/RS485原理

 RS485的电器标准与RS422完全相同，但当RS485线路空闲（即不传送信号）时，线路处于高阻（或挂起）状态这时RS485线路就可以允许被其他设备占用，也就是说具有RS485通信接口的设备连成网络。根据RS485驱动芯片驱动能力的不同，一个RS485数据发送设备可以驱动32～256台RS485数据接收设备。当RS485网络上的设备多于2台时，就必须采用半双工方式进行通信，即数据发送和接收使用同一线路，发送时不允许接收数据进入线路，反之亦然，在RS485网络中只允许有一个设备是主设备，其余全部是从设备；或者无主设备，各个设备之间通过传递令牌获得总线控制权。

由于RS422/RS485具有诸多优点，现已被大量采用，但普通PC机很少直接配置RS422/RS485通信接口，只有工控机提供的ALL-IN-ONE，主板配置有RS422/RS485通信口，可以用跳线选择T通信的工作方式是RS422还是RS485。市场上有大量的RS422/RS485/RS232转换或可以直接插在PC机扩展槽上的RS422/RS485通信卡销售。

三、20mA电流环接口

另一种流行的串行连接方式是电流控制，而不像RS232C标准那样用电压控制。电流控制是把20mA电流作为逻辑“1”，零电流作为逻辑“0”。

电流还在许多方面比RS232C接口优越。它内在的双端传输具有对共模噪音的抑止作用，而且由于他采用隔离技术能消除接地回路引起的一些问题，因而他的连接距离比RS232C长的多。

EIA把RS232C接口作为正式标准，而20mA电流环的文件在目前还只是非正式标准。所以，大多说制造厂商都提供RS232C串行接口，这样这种连接得到了最广泛的使用。因为RS232C和电流接口之间只在电气连接上存在差别，所以两者可共用I/O接口，设计师常常为串行口提供2个不同的连接器来利用这个公共口。一个接到电流环，另一个接到RS232C。这就允许用户根据具体情况，决定采用2种接口中的一种。

市场上也有产品可以直接插在PC机扩展槽上的电流环通信卡销售。