RS-232C接口的功能及应用场景分析

RS-232C是美国电子业协会EIA（Electronics Idustries Association）于1962年公布，并于1969年修订公布的串行接口标准，其中字母RS为Recommanded Standard（推荐标准），232为识别代号，C是标准的版本号。RS-232C定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口标准。DTE包括各种用户终端、计算机等设备，DCE指提供给用户的通信设备如MODEM、电传机等。

大多数计算机包含2个基于RS-232的串口，仪器仪表设备也配有RS-232串行通信接口。

（一）机械特性

标准的RS-232C接口规定采用25针连接器DB-25，并规定DTE的接插件为凸形，DCE的接插件为凹形。对不需要25针的系统来说，常用9针连接器DB-9。DB-25和DB-9连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义，如图5-20所示。DB-25连接器虽然有25个引脚，实际通信时，只需9个引脚，其定义见表5-1所列。

图5-20　RS-232接口

（a）DB-25连接器；（b）DB-9连接器

表5-1　RS-232C标准接口主要引脚定义

（二）电气特性

由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准。为了增加信号在线路上的传输距离和提高抗干扰能力，RS-232C采用了较高的传输电平，且为双极性、公共地和负逻辑，即规定逻辑“1”状态电平为-15～-5V，逻辑“0”状态电平为+5～+15V，其中-5～+5V用作信号状态的变迁区。而计算机均采用TTL逻辑电平，TTL电平规定低电平“0”在0～+0.8V之间，高电平“1”在+2.4～+5V之间，因此在TTL电路与RS-232C总线之间要进行电平的转换及正反逻辑的转换，否则将使TTL电路烧毁。

RS-232电平和TTL电平的转换广泛使用集成电路转换器件转换，如MCl488、SN75150芯片可完成TTL电平到RS-232电平的转换，MCl489、SN75154芯片可实现RS-232电平到TTL电平的转换，而MAX232芯片可完成TTL电平与RS-323电平双向转换。由于MCl488要求使用±12V高压电源，不太方便。MAX232内部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5V电源便可工作，使用十分方便。图5-21为使用MC1488和MC1489完成RS-232电平和TTL电平转换的示意图。

（三）RS-232C的连接

近距离与远距离通信时，所使用的信号线是不同的。所谓近距离是指传输距离小于15m的通信。在15m以上的远距离通信时，一般要加调制解调器MODEM，故所使用的信号线较多。

1.零MODEM接线

近距离通信时，不采用调制解调器MODEM（称为零MODEM方式），通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。近距离通信时的连接一般用不着使用载波检出和振铃信号。

图5-21　RS-232电平和TTL电平转换示意图(www.xing528.com)

图5-22（a）所示是最简单的情况，在通信中根本不要RS-232C的控制联络信号，只需使用3根线（发送线TxD、接收线RxD、公共信号地线GND）便可实现全双工异步串行通信。图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。但这种情况由于没有联络信号，必须要考虑两端的同步问题。当接收端还没有将前一个字符数据读走的时候，后一个字符又来了，就会覆盖掉前一个字符而造成通信错误。

图5-22　零MEDEM接线

（a）简单接线；（b）标准接线

图5-22（b）所示是零MODEM方式的标准连接方法。双方的发送数据（TxD）和接收数据（RxD）交叉连接，请求发送（RTS）与允许发送（CTS）交叉连接，数据通信设备准备就绪（DSR）与数据终端设备准备就绪（DTR）交叉连接。请求发送（RTS）端连接到对方的允许发送（CTS）端上，当它请求发送时，就使对方的允许发送有效，对方认为连接到其上的DCE设备允许发送数据了。双方都认为其对方是DCE设备。

数据通信设备准备就绪（DSR）端连接到对方的数据终端设备准备就绪（DTR）端，当它有效时，认为连接到其上的DCE设备已准备就绪，可以发送数据了。同样，双方都认为其对方是DCE设备。发送数据（TxD）端连接到对方的接收数据（RxD）端，在上述的联络信号的控制之下双方就可进行全双工传输或半双工传输了。

2.远距离通信

远距离通信时，一般要使用调制解调器MODEM，图5-23为通信双方MODEM之间采用普通电话交换线进行通信的示意图。

（四）RS-232C接口存在的问题

1.传输距离短，传输速率低

RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过15m（线路条件好时也不超过几十米），最高传送速率为20Kbps。

图5-23　RS-232C用于远距离通信

2.抗干扰能力差

RS-232C总线标准要求收发双方共地，通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰能力差。

3.RS-232C电平和TTL电平不一致

RS-232C接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。