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RS-232接口知识

  RS-232接口知识 

一、RS-232、RS-422与RS-485的由来
    RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-232在1962年发布,命名为EIA-232-E,作为工业标准,以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来,它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以"RS"作为前缀,所以在通讯工业领域,仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
    RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用,许多厂家都建立了一套高层通信协议,或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS-422控制协议是有差异的,视频服务器上的控制协议则更多了,如Louth、Odetis协议是公开的,而ProLINK则是基于Profile上的。


二、RS-232串行接口标准
    目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。

    收、发端的数据信号是相对于信号地,如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚(信号地)的电平,DB25各引脚定义参见图1。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5~+15V,负电平在-5~-15V电平。当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。其有关电气参数参见表1。

规定
RS232
RS422
R485
工作方式
单端
差分
差分
节点数
1收、1发
1发10收
1发32收
最大传输电缆长度
50英尺
400英尺
400英尺
最大传输速率
20Kb/S
10Mb/s
10Mb/s
最大驱动输出电压
+/-25V
-0.25V~+6V
-7V~+12V
驱动器输出信号电平(负载最小值)
负载
+/-5V~+/-15V
+/-2.0V
+/-1.5V
驱动器输出信号电平(空载最大值)
空载
+/-25V
+/-6V
+/-6V
驱动器负载阻抗(Ω)
3K~7K
100
54
摆率(最大值)
30V/μs
N/A
N/A
接收器输入电压范围
+/-15V
-10V~+10V
-7V~+12V
接收器输入门限
+/-3V
+/-200mV
+/-200mV
接收器输入电阻(Ω)
3K~7K
4K(最小)
≥12K
驱动器共模电压
-3V~+3V
-1V~+3V
接收器共模电压
-7V~+7V
-7V~+12V


                             表1


三、RS-232接口定义及连线
  RS-232接口又称之为RS-232口、串口、异步口或一个COM(通信)口。"RS-232"是其最明确的名称。 在计算机世界中,大量的接口是串口或异步口,但并不一定符合RS-232标准,但我们也通常认为它是RS-232口。 严格地讲RS-232接口是DTE(数据终端设备)和DCE(数据通信设备)之间的一个接口,DTE包括计算机、终端、串口打印机等设备。DCE通常只有调制解调器(MODEM)和某些交换机COM口是DCE。标准指出DTE应该拥有一个插头(针输出),DCE拥有一个插座(孔输出)。这经常被制造商忽视(如:WYSE终端就是孔输出DTE串口)但影响不大,只要搞清楚DCE、DTE就行了,然后按照标准接线图接线就不会错了。(DTE、DCE 引脚定义相同)RS-232接口引脚定义
附表1

25芯 9芯 信号方向来自 缩写 描述名
2 3 PC TXD 发送数据
3 2 调制解调器 RXD 接收数据
4 7 PC RTS 请求发送
5 8 调制解调器 CTS 允许发送
6 6 调制解调器 DSR 通讯设备准备好
7 5   GND 信号地
8 1 调制解调器 CD 载波检测
20 4 PC DTR 数据终端准备好
22 9 调制解调器 RI 响铃指示器

DTEDCE设备信号线电流方向图

     


四、 什么是RS-232-C接口?采用RS-232-C接口有何特点?传输电缆长度如何考虑?
   答:计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低,特别是在远程传输时,避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串行通讯时,要求通讯双方都采用一个标准接口,使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口(又称 EIA RS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是"数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准",该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。一般只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的信号内容见附表1所示

  附表1

引脚序号 信号名称 符号 流向 功能
2 发送数据 TXD DTE→DCE DTE发送串行数据
3 接收数据 RXD DTE←DCE DTE接收串行数据
4 请求发送 RTS DTE→DCE DTE请求DCE将线路切换到发送方式
5 允许发送 CTS DTE←DCE DCE告诉DTE线路已接通可以发送数据
6 数据设备准备好 DSR DTE←DCE DCE准备好
7 信号地     信号公共地
8 载波检测 DCD DTE←DCE 表示DCE接收到远程载波
20 数据终端准备好 DTR DTE→DCE DTE准备好
22 振铃指示 RI DTE←DCE 表示DCE与线路接通,出现振铃


  (1) 接口的电气特性
  在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即:逻 辑"1",-5- -15V;逻辑"0" +5- +15V 。噪声容限为2V。即 要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑"0",高到-3V的信号 作为逻辑"1"
  (2) 接口的物理结构
  RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即"发送数据"、"接收数据"和"信号地"。所以采用DB-9的9芯插头座,传输线采用屏蔽双绞线。
  (3) 传输电缆长度
  由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下,传输电缆长度应为50英尺,其实这个4%的码元畸变是很保守的,在实际应用中,约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的,所以实际使用中最大距离会远超过50英尺,美国DEC公司曾规定允许码元畸变为10%而得出附表2 的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆,型号为DECP.NO.9107723 内有三对双绞线,每对由22# AWG 组成,其外覆以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。
附表2 DEC 公司的实验结果

波特率 1 号电缆传输距离(英尺) 2 号电缆传输距离(英尺)
110 5000 3000
300 5000 3000
1200 3000 3000
2400 1000 500
4800 1000 250
9600 250 250

 


五、为什么RS-232通信接口容易损坏?

  答:RS-232接口标准是一种广泛的普及标准但此标准推出较早,在现代金融,保险,电信,电子化网络已暴露出明显的问题。一是:两串口设备间收发信号不隔离,经过较长电缆,且直接连一起,信号线上有直流电位差,使信号线易受外界干扰。另一个是:传输距离短一般为15米,即使在理想的条件下,电缆长度也不会超过60米。又因为多用户卡往往要接若干个终端,且串口数据线通过多用户卡都彼此相连,形成一个极易吸收干扰信号的网状天线。由于上述问题的存在,导致RS-232串口数据线对电压浪涌特别敏感。目前,非交流电源线路的浪涌所引起的损害占据全部浪涌损害的一大部分。仅仅几十伏的小幅度瞬变过程就可以通过串行端口毁坏计算机的主板、终端的RS-232的接口,其后果是:硬件损坏,数据丢失,通讯中断,以及由此引起停机所导致的损失。

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