RS232C/RS422/RS485串行通信标准

RS232C、RS422/RS485串行通信标准

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

电压逻辑状态信号状态接口控制功能

+3V～+15V0间隔接通

－3V～－15V1标志断开

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

引脚号名称名称缩写信号方向说明

1frame groundFG

屏蔽地线

2transmitted dataTXD从DTE至DCE传送数据线

3received dataRXD从DCE至DTE接受数据线

4request to sendRTS从DTE至DCE请求发送

5clear to sendCTS从DCE至DTE允许发送

6data set readyDSR从DCE至DTE数据设备（DCE）准备好

7signal groundSG

信号逻辑地线

8data carrier detectDCD从DCE至DTE数据载波检测

9reserved

备用

10reserved

备用

11unassigned

未定义

12secondary data carrier detectDCD从DCE至DTE数据载波检测（二次通道）

13secondary clear to sendCTS从DCE至DTE允许发送（二次通道）

14secondary transmintted dataTXD从DTE至DCE传送数据（二次通道）

15transmit clockTXC从DCE至DTE传送时钟

16secondary received dataRXD从DCE至DTE接受数据线（二次通道）

17received clockRXC从DTE至DCE接受时钟

18unassigned

未定义

19secondary request sendRTS从DTE至DCE请求发送（二次通道）

20data terminal readyDTR从DTE至DCE数据终端准备好

21signal quality detectSQD从DCE至DTE信号质量检测

22ring indicatorRI从DCE至DTE振铃指示

23data rate selectDRS从DTE至DCE数据速率选择。它是针对21引脚改变的答应

24external transmit clock　从DTE至DCE外部发送时钟

25unassigned

未定义

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

9针连接器25针连接器

18

23

32

420

57

66

74

85

922

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。