从简单的电话线模拟通信到典型的数据交换USB电缆,我们在通信领域已经走了很长的路。 RS232 是这段旅程中的第一个里程碑。这是1962年环境影响评估无线电部门采用的电子机械打字机和数字数据交换调制解调器的标准。它使数据交换比模拟信道更可靠.标准设定的电压水平使其不受噪声干扰,并降低了数据交换中的误差。
随着技术的发展,许多电子设备,如计算机, 打印机 测试仪器等制造商感到有必要在这些电子设备之间交流信息。例如计算机和打印机或两台计算机之间的数据交换。但没有标准或方法来完成这项任务。 RS232 是当时唯一可用于数据交换的标准。因此,他们考虑在电子设备中采用这一标准进行数字数据交换。但该标准无法满足要求,因为它是专门为调制解调器和电话通讯机开发的。
克服了这个问题,设计人员开始实现一个与设备兼容的RS232接口。就像惠普的计算机一样,只能使用惠普的外围设备。正因为如此,市场上充斥着不同的制造商,他们有自己的设备标准。这导致了一些常见的问题,如连接器上电路的非标准销分配,以及不正确的或缺失的控制信号。由于不遵守标准,使不同设备连接的出线箱、贴片箱、测试设备、书籍等行业蓬勃发展。因此,为了消除设备方面的所有差异,制造商辛迪加建立了一个发射机,提供+5V和-5V,并将其标记为"RS-232"兼容,而且它们一直到现在都是一样的。该标准在最初的标准之后已多次修订,并由电子行业协会更新。标准的名称也从RS232改为EA232。电子工业协会公布了三项修改,最近一项是1997年采用的电子工业232F。
什么是RS232-"推荐标准232"
RS-232是连接计算机及其外围设备的标准通信协议,可以进行串行数据交换。简单地说,RS232定义了设备之间数据交换路径的电压。它规定了共同电压和信号电平,共同销线配置和最小,控制信号量。如前所述,本标准是根据电子机械电话通讯系统和调制解调器系统的规范设计的。没有定义在计算机和打印机之间进行数据传输时作为基本特征的元素,如字符编码、字符框架、错误检测协议等。没有这种方法,就不能在计算机和打印机之间传输数据。为了克服这一问题,一个称为UART的称为通用异步接收机/发射机的单一集成电路与RS232结合使用。
整个安排就是这样的。
Fig. 1: 利用RS232协议在PC机和设备之间进行串行数据交换的图表
从图中可以清楚地看到,UART、线路驱动和RS232是系统中三个独立的部分,每个部分都有自己的特点。UART和行驱动器是RS232中提高串行数据交换系统质量的部件。
环境影响评估给出了一个标准定义,将RS-232定义为"数据终端设备和数据通信设备之间的接口"。典型的RS232系统如下所示。
Fig. 2: 典型RS232系统的图像说明
DTE -数据终端设备的DTE是一种终端仪器,它将用户信息转换为信号或重新接收信号。它是站的功能单元,作为数据源或数据接收器,并根据链接协议提供通信控制功能。在DTE中使用男性连接器,并具有插销配置。
DCE -数据通讯设备的DCE标志。它位于DTE和数据传输电路之间,例如调制解调器。DCE设备使用的女性连接器表面有孔,以保持男性连接器。
DTE和DCE设备之间的通信至少需要三个信号。这些信号是传输线路、接收线路和地面。这两种设备通过握手相互交流。它允许DTE和DCE设备系统在发送数据之前相互确认。
握手 是指在数据实际传输之前,DTE设备向DCE设备发送信号以建立设备之间的连接的过程。它设置了两个设备之间建立的通信通道的参数之前,正常通信通道开始。它遵循实际建立的渠道,并先于正常的信息传输. 握手可以将相对异构的系统或设备连接到通信通道上,而无需人为干预来设定参数。 在RS232中使用同样的概念,允许两个设备在实际信息交换之前相互通信。
所有这些术语组合在一起,提供了从DTE到DCE的RS232系统的全貌,其中有UART、行驱动和RS232作为它们之间的连接。
实施RS232标准
Fig. 3: 解释设备中RS232实现的块图
RS-232接口与UART通用异步接收机/发射机相结合。它是集成在处理器或控制器内的集成电路.它接收字节并以顺序的方式在一个框架中传输单个位。 框架是定义的结构,它携带有意义的数据位或字节序列。 它有一个开始位,后面是8个数据位,一个奇偶位和一个停止位。一旦数据被转换为比特独立的行驱动器被用来将UART的逻辑级别转换为RS-232逻辑。最后,这些信号在RS-232的指定电压水平沿接口电缆传输。数据是在RS232上连续发送的。每一位都是一个接一个的。
这种传输模式要求接收器知道实际数据位何时到达，以使其自身与到来的数据同步。因此，逻辑0被作为起始位发送。帧中的起始位向接收器发出新字符即将到来的信号。一旦接收器确认，接下来的五到八个比特被发送，这表示字符。随后是用于错误检测的奇偶校验位。奇偶校验位用于指定位集中的偶数或奇数。为了进行错误检测，我们在数据字中添加了一个额外的位。发送器根据发送的信息计算比特的值，接收器也执行相同的计算。
它将奇偶校验值与计算值进行核对。停止位帮助接收器识别消息的末尾。起始位总是具有空格值，而停止位具有标记值。现在，如果接收器检测到一个值，而不是标记何时应该存在停止位，它就知道存在同步错误。这导致接收UART中出现成帧错误。然后，设备尝试在新的传入位上重新同步。
在另一端，线路驱动器接口再次将其转换为UART兼容的逻辑电平。在目的地，第二个UART将比特重新组装成字节。这就是RS232使数据交换兼容和可靠的原因。
标准RS232规格
RS232是一个完整的标准 . 它不仅通过定义电气特性,而且还通过功能和机械来确保完美的兼容性。例如电压等级、转轮速率、信令速率、可插入连接器、针识别等。所有的规范都在这个框图中概述了它们的值和例子.
Fig. 4: 概述标准RS232规格的块图
本节详细介绍标准中每个特征的理解.
电气特性
它包括电压等级的规范；转换速率和耐压水平。RS232引脚输出信号由相对于公共的电压电平表示。它规定最大电路电压为25伏。在发射器侧，驱动器输出指定电压+3v至+15v为高电平，-3v至-15v为低电平。以相同的方式，接收器输出的高电平电压为+3v至+15v，低电平电压为-3v至-15v。应当知道，接收器逻辑提供+2v噪声裕度。+3v和-3v之间的死区设计用于吸收线路噪声。
在RS232规范中，低电平-3v至15v被定义为逻辑“1”处于ON状态，并被称为“标记”，而高电平+3v至+15v被定义为由逻辑“0”处于OFF状态，并称为“间隔”。RS232标准还限制了最大转换速率，从而减少了两个信号之间的串扰。回转率被定义为输出电压相对于时间的变化率。RS232中允许的最大转换速率为30v/微秒，这减缓了上升和下降时间并减少了串扰。
驱动RS-232兼容接口的电路必须能够承受对地或高达25伏的任何电压电平的无限短路。一些计算机设备忽略负电平并接受零电压电平作为OFF状态。输出信号电平通常在+12V和-12V之间波动。
RS232逻辑规格图
Fig. 5: 用RS232显示电气特性的图表
机械特性
这个区域涉及到机械接口.
最初使用的是标准的25针连接器。它指定了能够容纳所有信号的最小连接器尺寸。 已经预先定义了每个销,以允许主机和外围系统之间的兼容性 .数据终端设备使用男性连接器,数据通信设备使用女性连接器销。 与连接器有关的另一个重要概念是性别类型。在电气和机械行业,每一个连接器成对.一个是男性连接器,另一个是女性连接器。男性连接器的表面有伸出的销,而女性连接器的表面有孔,以保持男性连接器。在RS232中,DTE也有男性的D-25连接器,而DCE有女性的D-25连接器。通过指定共同电压和信号电平、共同针线配置和最小控制信号量,将D-B25男性和D-B25女性连接器结合使用两个连接DTE和DCE。
图6：基于RS232的系统中D-SUB 25公连接器的图像
一种25位连接器被广泛使用,但现在它是一种9销连接器,在许多应用中被使用。在大多数情况下,这是相当足够的,因为在RS232-25引脚连接器上的许多线路很少使用。9路连接器能够提供大多数应用程序所需的所有连接,并允许应用程序按照要求传输和接收必要的信号。
下面是一个25针和一个9针连接器。
Fig. 7: 25针和9针连接器中的针号
功能特征
这是涉及RS232规范的第三个领域。它定义了接口中使用的不同信号的功能。这些信号分为数据、公共、控制和定时四个类别。表中使用的术语很少,如回圈、开环或挂钩和辅助通道。
回环 -这是一种在开关中心对线路进行传输测试的方法。回环允许用户测试自己的网络,以确保其正常运行。
脱钩 -在拨号或通信期间使用电话或其他使用仪器时发生的情况。它最初指的是有单独耳机(接收器)的电话,它挂在开关钩上,直到用户想使用它。
第二通道 -这些是数据通道,具有与第一个通道相同的能力。例如 二级传输数据(性病)、二级接收数据(SRD)、二级发送请求(SRT)、二级发送清晰(SCts)和二级载波检测(SDCD)。
下表显示不同信号及其功能
Fig. 8: 第RS232号清单
正如我们看到的,标准提供了大量的控制信号.仅有少数几个应用程序需要所有的定义信号,否则仅有少数信号得到使用,就像典型的调制解调器只使用8个信号一样,有些可能只需要4个,2个数据,2个握手,而其他可能只使用数据信号,而不握手。
握手
在RS232中握手通常被称为"Rts/CTS"握手。数据终端设备确认Rts密码,以表示希望传输到DCE,然后DCE通过CTS密码回回响应给予许可。从今以后,调制解调器在不需要的时候就会禁用其发射器,当它们在最新版本的RS232E标准中再次启用时,必须将同步信号传送给接收器,握手重新定义为CTS(明确可以发送)不再是对Rts的响应,但它表明DTE允许DTE设备使用。用类似的方式,rts表示DTE允许DCE发送数据。Rts和CTS由DTE和DCE控制,相互独立。 介绍了一种具有八条信号线的详细握手系统。
Fig. 9: 显示RS232中握手系统细节的块图
当数据载波检测关闭时,它向本地终端显示,远程DTE没有打开其rts,本地终端可以获得对线路的控制。当该电路在本地运行时,它向本地终端表明,远程调制解调器从其终端接收到了一个Rts,远程DTE控制载波线路。RXD代表从调制解调器到DTE接收数据。TXD将数据从DTE传输到调制解调器。当终端准备好通过其调制解调器建立通信通道时,通常会出现DRD数据终端现成销。但是当drr不想接收来自远程终端的呼叫时,电路就会关闭。两个调制解调器开关在其数据集上的现成电路时,已在两个站点之间建立通信路径。
现在,当终端准备好传输时,它会切换发送电路的请求,指示本地调制解调器准备发送数据。此请求被传递到远程调制解调器.Rts控制数据传输的方向。一旦终端准备好在CTS电路上传输本地调制解调器开关,表明它已经准备好接收DTE的数据。它还获得了对电话线的控制权。接下来,当调制解调器收到呼叫时,环形指示器开关打开/关闭,通知DTE有呼叫来表示远程调制解调器正在请求拨号。这是一个简单的有八个信号线的握手系统。一旦终端准备好在CTS电路上传输本地调制解调器开关,表明它已经准备好接收DTE的数据。
它还获得了对电话线的控制权。接下来,当调制解调器收到呼叫时,环形指示器开关打开/关闭,通知DTE有呼叫来表示远程调制解调器正在请求拨号。这是一个简单的有八个信号线的握手系统。一旦终端准备好在CTS电路上传输本地调制解调器开关,表明它已经准备好接收DTE的数据。它还获得了对电话线的控制权。接下来,当调制解调器收到呼叫时,环形指示器开关打开/关闭,通知DTE有呼叫来表示远程调制解调器正在请求拨号。这是一个简单的有八个信号线的握手系统。
结论
RS232成为个人计算机的标准功能,用于连接调制解调器、打印机、鼠标、数据存储和其他外围设备。尽管有许多新的发展,但RS232仍在应用中。首要原因是标准的简单性。它允许用户直接与串口通信.由于使用昂贵但老化的设备,有实验室、自动化、测量等方面的需求。使用RS232要比更换设备便宜得多。不仅是旧的设备,还有现代化的自动化设备,如伺服驱动器、数控设备等.通过RS232可编程。东芝还重新引入了笔记本电脑上的DE9M连接器。具有RS-232的串行端口用于与无头系统(如在启动期间没有安装键盘的服务器)进行通信。一些嵌入式系统使用RS232串口进行通信,作为一种替代的网络模式监控。
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