RS232C接口技术详解

RS 232C接口技术详解

RS232C接口是数据通信中最重要的、而且是完全遵循数据通信标准的一种接口。它的作用是定义DTE设备（终端、计算机、文字处理机和多路复用机等）和DCE设备（将数字信号转换成模拟信号的调制解调器）之间的接口。

图1为数据通信的模型。调制解调器（DCE）的一端通过标准插座和传输设施连接在一起，调制解调器的另一端通过接口与终端（DTE）连接在一起。R S - 2 3 2 - C是美国电子工业协会（ Electrical Industrial Association，E I A）于1 9 7 3年提出的串行通信接口标准，主要用于模拟信道传输数字信号的场合。EIA协会促进了标准化工作，故RS323C常简称为EIA接口

1．         RS232C的电气特性

  接口的电气特性用来确定该接口的电压电平和电压变化的定时关系。RS232C标准给出以下定义：

比-3V更低的电压电平=二进制1=传号

比+3V更高的电压电平=二进制0=空号

在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V

              逻辑0(SPACE)=+3～＋15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V

DTE和DCE都必须用同一个电压电平表示。这些电气特性确定了RS232C接口所能实现的距离和数据率。信号的传输距离在RS232C中并没有明确标明。然而所规定的连接DTE与DCE设备的电缆允许的最大容量。采用双绞线时，通常表示距离极限为50英尺。（频带MODEM传输时，异步方式速率最高为115.2Kbps,同步方式最高为128Kbps;基带MODEM用同步方式，速率为64Kbps---2Mbps，很少用异步方式）. R S - 2 3 2 - C与CCITT 的V. 2 8建议很相近。CCITT V. 2 4接口的电气特性由CCITT V. 2 8给出，V. 2 4的电气特性和R S - 2 3 2 - C的相同。

2．         RS232C机械特性

 RS232C接口的机械特性与DTE、DCE实际的物理连接有关。

机械特性规定如下：RS232C是一个25个插脚的连接器，引线都作了具体安排；这些引线在每一端都被捆扎成一根带有端接插头的电缆；DTE和DCE必须各具有一个阴阳属性相反的插头，以便与该电缆连接。R S - 2 3 2 - C的机械接口一般有9针、1 5针和2 5针3种类型。标准的R S - 2 3 2 - C接口使用2 5针的D B连接器（插头、插座）。R S - 2 3 2 - C在D T E设备上用作接口时一般采用D B 2 5 M插头（针式）结构，插头两个螺钉中心距离为4 7 . 0  mm；而在D C E（如M o d e m）设备上用作接口时采用D B 2 5 F插座（孔式）结构。特别要注意的是，在针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的排列顺序（顶视）是不同的，使用时要务必小心。

下面分别介绍两种连接器

（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：

①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22

②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）

③空6个（9，10，11，18，21，25）

④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）

（2）DB-9连接器

在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。9针接头定义：PIN 1 DCD ,PIN2 RXD,PIN3TXD PIN4 DTR,PIN5 GND ,PIN6 DSR,PIN7 RTS,PIN 8CTS，9 RI.

3．         RS232C功能特性

DTE和DCE之间的连接必须包含数据传输引线、信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能。(V.24 标准的功能与RS232C相同，RS232在北美和日本使用，V.24在欧洲使用。)

RS-232C的接口信号

RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是：

（1）联络控制信号线：

数据装置准备好（Data setready-DSR)——有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态。

数据终端准备好(Data setready-DTR)——有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。

这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。

请求发送(Request to send-RTS)——用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。

允许发送（Clear to send-CTS）——用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。

这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS联络信号，使其变高。

接收线信号检出(Received Linedetection-RLSD)——用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrierdectection-DCD）线。

振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫。

（2）数据发送与接收线：

发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。

接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。

（3）地线

有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线，无方向。

上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置成有效(ON)状态，等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。

2个数据信号：发送TXD；接收RXD。

1个信号地线：SG。

6个控制信号：

DSR��数传机（即modem）准备好，DataSet Ready.

DTR��数据终端（DTE，即微机接口电路，如Intel8250/8251,16550）准备好，DataTerminal Ready。

RTS��DTE请求DCE发送(Request ToSend)。

CTS��DCE允许DTE发送（Clear ToSend）,该信号是对RTS信号的回答。

DCD��数据载波检出，Data CarrierDetection当本地DCE设备（Modem）收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收， 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RXD线送给DTE。

RI��振铃信号 Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。

4. 过程特性

为了更好地说明R S - 2 3 2 – C 物理接口的过程特性，我们将以两台计算机通过公用电话网进行数据交换的工作过程来阐述R S - 2 3 2 - C各个信号线的动作，即R S - 2 3 2 - C物理层接口的过程特性。计算机通过公用电话网进行通信的连接方式如图1所示。在计算机与M o d e m之间的物理层接口是R S - 2 3 2 - C。

第一步，将计算机和M o d e m分别加电，计算机将“数据终端就绪”（Data Terminal Ready，D T R）信号线（第2 0针）置为“O N”状态，而M o d e m则将“数据设备就绪”（Data Set Ready，D S R）信号线(第6针)置为“O N”状态，此时M o d e m处于命令方式(空闲状态)。

第二步，计算机A通过“发送数据”（Transmit Data，T x D）信号线(第2针)发出拨号命令给Modem A，通知Modem A摘机并拨号。

第三步，Modem B检测到振铃信号后，通过“振铃指示”（Ring Indicator，R I）信号线(第2 2针)通知计算机B对呼叫进行应答。而计算机B通过“数据终端就绪”（D T R）信号线(第2 0针)允许Modem B自动应答Modem A的拨号呼叫，即Modem B发出摘机信号(音频信号)。

第四步，当Modem A收到Modem B返回的应答音频信号后，随即向Modem B发送载波，而Modem B收到载波后，通过“载波检测”（Carrier Detection，C D）信号线（第8针）通知计算机B线路接通，同时回应以自身的载波给Modem A。而当Modem B检测到Modem A发出的载波后，

它也通过载波检测C D（Carrier Detection）信号线（第8针）通知计算机A线路接通。此时计算机A和计算机B接通，M o d e m进入联机状态（即数据方式），通信双方可以进入数据通信。

第五步，计算机A通过“发送数据”（T x D）信号线（第2针）将数据发送给Modem A，Modem A将该二进制数据调制成一串不同频率的音频信号通过公用电话网发送给Modem B，Modem B则从音频信号中解调出原始数据并通过“接收数据”（Receive Data，R x D）信号线（第3针）将数据送给计算机B上。而计算机B向计算机A发送数据的过程与此相同。计算机在发送数据过程中，要求“请求发送”（Request To Send，RT S）信号线（第4针）为“ O N”状态；而在接收数据过程中，要求“载波检测”（C D）信号线（第8针）为“O N”状态。

第六步，计算机A通过将“请求发送”（RT S）信号线置为” O F F”状态以通知Modem A数据发送结束。Modem A检测到RT S信号为“ O F F”状态后，停止发送载波，并置“允许发送”（C T S）信号线为“ O F F”状态以响应计算机A。而Modem B检测不到载波后自动恢复到待机状态，并置“载波检测”（C D）信号线（第8针）为“O F F”状态，通知计算机B不能接收数据。

第七步，计算机A置D T R信号线（第2 0针）为“O F F”状态，通知Modem A拆线。Modem A收到D T R的“O F F”信号后撤除与电话线的连接，并将D S R信号线置为“ O F F”状态作为回答。

另外，在计算机发送数据到M o d e m的过程中，如果M o d e m的接收速度太慢，则M o d e m可以通过降下C T S信号通知计算机暂停发送数据。而且两个M o d e m建立载波连接后将继续保持载波连接，当载波消失或中断几十分之一秒后，连接被终止。

必须注意的一点是，两个M o d e m在进行真正数据传输之前，必须首先交换如何向对方发送数据的信息，这一过程叫做交接过程。两个M o d e m必须就以下事项协调一致：传输速度、组成数据包的位数、包的起始位/停止位、奇偶校验以及半双工/全双工等。

5、空M o d e m电缆

R S - 2 3 2 - C接口电路在实际系统中应用广泛。除了作为D T E与D C E之间的连接标准外，常用于设备之间的直接连接。例如，个人计算机与个人计算机的直接通信，计算机与C RT终端以及打印机的通信等。这种直接通过R S - 2 3 2 - C接口将两个D T E连接起来的方法称为空M o d e m（n u l l m o d e m）连接方式。

两台计算机或终端通过M o d e m远程连接时，计算机或终端都被作为D T E使用，用标准接口电缆和D C E（如M o d e m）相连。当两台计算机仍想采用R S - 2 3 2 - C标准接口直接互连时就会产生问题（ Windows 98操作系统中两台计算机通过串口直接连接的电缆就是R S - 2 3 2 - C空M o d e m电缆）。R S - 2 3 2 - C标准接口使用的连接器是D B 2 5的插头和插座（ D T E端为D B 2 5 M连接器，即插头；D C E端为D B 2 5 F连接器，即插座），其中第2脚为“发送数据”线、第3脚为“接收数据”线。

若将两台计算机用R S - 2 3 2 - C标准接口电缆直接连接（ R S - 2 3 2 - C标准接口电缆一头为D B 2 5 M插头连接器，接D C E端；另一头为D B 2 5 F插座连接器，接D T E端），不仅因为两台计算机（ D T E）的连接器都是插头而无法用R S - 2 3 2 - C标准接口电缆连接，而且还有接线脚的连接问题。例如，两台计算机都使用第2脚来发送数据，使用第3脚来接收数据，结果出现“顶牛”现象。

为了解决这些问题，通常采用空M o d e m电缆连接方式。简单型空M o d e m电缆，如图2 所示，保持两台计算机作为D T E的接口不做任何改变，只是将两台计算机的R S - 2 3 2 - C接口的“发送数据”线和“接收数据”线交叉连接，而地线直接对接即可。这样两台计算机就可以通过R S -2 3 2 - C标准接口直接进行通信。

图2  异步传输时的R S - 2 3 2 - C空M o d e m电缆

复杂型空M o d e m电缆可用于多根接口线连接的情况，其接线情况如图2B 所示。“发送数据”（T x D）线和“接收数据”（R x D）线是交叉连接的，这样就保证了数据的正确收发。由于使用空M o d e m电缆直接连接时也支持全双工特性， RT S和C T S不再具有与M o d e m连接时那样的功能，为了让发送请求总是许可的，将RT S信号返回作为C T S信号，同时把RT S信号直接接到另一端的C D信号，这是因为RT S信号的出现在功能上类似于通信信道中的载波检测。D S R信号线和D T R信号线也是交叉连接的。另外，有时我们也可以将D T R信号线交叉连到C I信号线上，表示当一个D T E设备给出D T R信号时，就可以表示另一端收到了C I信号。

前面所讲的用空M o d e m电缆直接连接的方式都是基于异步传输的。同步传输时，就要涉及定时电路。由于有的M o d e m既提供发送时钟又提供接收时钟；而有的M o d e m只提供接收时钟，不提供发送时钟，因此这时需要D T E提供定时信息，且D T E必须具有发送时钟源。R S - 2 3 2 - C接口标准中，“接收码元定时”信号由M o d e m的锁相环提供，加到D B 2 5连接器的第1 7脚上。“发送码元定时”信号是由M o d e m还是由D T E提供，与使用的M o d e m有关。当由M o d e m提供时，这个信号加到D B 2 5连接器的第1 5脚上。当由D T E提供时，这个信号加到D B 2 5连接器的第2 4脚上。同步MODEM在第15脚发送频率和它的比特速率相同的方波信号，终端用这种信号作为在管脚2上发送数据的时钟；当同步MODEM从电话线上受到数据信号，在管脚17上发送频率与其比特速率相同的方波信号，同时数据信号通过管脚3送到终端上。有些终端能向DCE提供定时信号，DTE通过管脚24发送时钟信号，作为发送器信号码元定时。

如果不使用M o d e m，把两个同步传输的D T E连到一起时，在定时方面就会遇到困难。因此，在使用空M o d e m电缆连接两个设备时，应保证至少有一个设备带有时钟信号源。对于M o d e m，这种时钟可以称为外部时钟，即可理解为是“非M o d e m”时钟。

如果只有一个设备带有时钟源时，含有外部时钟的设备通常在第2 4脚（有些设备是在第1 5脚）上输出时钟信号。我们通过空M o d e m电缆将两个D T E设备的第1 5脚和第1 7脚与第2 4脚的时钟信号线连接起来，如图3 - 4所示。这样两个同步的D T E设备在没有M o d e m的情况下就可进行直接通信。但这种单端提供时钟信号的连接方式，因为1个时钟信号驱动器要驱动4个接收器，所以负载较重。

如果两个同步D T E设备各自都带有时钟源，假设它们都分别从2 4脚输出时钟。则我们可以通过空M o d e m电缆分别将一设备的第2 4脚与同一设备的第1 5脚和另一设备的第1 7脚连接，如图4 所示（同步传输方式下的空M o d e m电缆的其他连线情况与前面讲述异步传输空M o d e m电缆的连线情况是相同的，只是增加了同步传输时所必需的时钟线的对接）。

图4 两个D T E具有时钟源时的连接

请注意，空M o d e m电缆不同于一般标准R S - 2 3 2 - C连接电缆，标准R S - 2 3 2 - C电缆由于两端的连接器不同，因而它有方向性。而空M o d e m电缆没有方向性，其任一端均可与计算机或终端等D T E设备相连，而计算机或终端的接口均和原来与M o d e m连接时的接口相同。

6 连接参考（说明 短划左边的数字代表左边的阵脚号，

顿号间针脚直接短接）

直连：

DTE（F25）-DCE（M25）

1-1，2-2，3-3，4-4，5-5，6-6，7-7，8-8，20-20

DTE(F9)—DCE(M9)

1-1,2-2,3-3, 4-4,5-5, 6-6, 7-7,8-8,9-9

DTE（F9）-DCE（M25）

3-2，2-3，7-4，8-5，6-6，5-7，1-8，4-20，9-22

DTE（F25）--DCE（M9）

2-3，3-2，4-7，5-8，6-6，7-5，8-1，20-4，22-9

同步直连

DTE（F25）-DCE（M25）

2-2，3-3，4-4，5-5，6-6，7-7，8-8，15-15，17-17，

20-20，24-24

交叉：

DTE（F25）-DTE（F25）

2-3，3-2， 20-6、8，7-7，6、8-20，4-5，5-4

或者 2-3，3-2，7-7 两边各自4、5，6、8、20

或 2-3，3-2，7-7，4、5-8，6-20，8-4、5，20-6

或2-3，3-2，7-7，4-8，5、6-20，8-4，20-5、6

DTE（F9）-DTE（F25）

2-2，3-3，4-6、8，5-7，6、1-20，7-5，8-4

DTE（F9）-DTE（F9）

2-3，3-2，4-6、1，5-5，6、1-4，7-8，8-7

同步交叉连接

DTE（F25）-DTE（F25）

1-1，2-3，3-2，4、5-8，6-20，7-7，8-4、5，15、17、24—15、17，20-6

回路连接

DTE （F9）

1-4-6，2-3，7-8

DTE （F25）

2-3，4-5，6-8-20