基本介紹
- 中文名：異步傳輸標準接口
- 外文名：RS-232
- 型式：(DB-9)與(DB-25)
- RS-232-C：驅動器允許有2500pF的電容負載
歷史和作用,接口標準,協定標準,電氣特性,機械特性,接口信號,接線,傳輸電纜長度,同類匯流排,接口定義,25芯,9芯,缺點,RS-232其他串列通信方式比較,
歷史和作用
在串列通訊時，要求通訊雙方都採用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連線起來進行通訊。RS-232-C接口(又稱EIARS-232-C)是目前最常用的一種串列通訊接口。(“RS-232-C”中的“-C”只不過表示RS-232的版本，所以與“RS-232”簡稱是一樣的)
它是在1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、數據機廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用於串列通訊的標準。它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串列二進制數據交換接口技術標準”該標準規定採用一個25個腳的DB-25連線器，對連線器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。後來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連線器，從而成為事實標準。而工業控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。
接口標準
RS-232-C是美國電子工業協會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串列物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C匯流排標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。
在多數情況下主要使用主通道，對於一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條傳送線、一條接收線及一條地線。
RS-232-C標準規定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，採用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用於20m以內的通信。具體通訊距離還與通信速率有關，例如，在9600pbs時，普通雙絞禁止線時，距離可達30-35米。
rs232（9針）接口
rs232（9針）接口其次，RS-232C標準中所提到的“傳送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由於在計算機系統中，往往是CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能傳送和接收。
協定標準
RS-232C 標準（協定）的全稱是 EIA-RS-232C 標準，其中EIA (Electronic Industry Association）代表美國電子工業協會，RS（recommended standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規定連線電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標準還有EIARS-422A、EIA RS-423A、EIARS-485。這裡只介紹EIA RS-232C（簡稱232，RS232）。例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。
電氣特性
EIA-RS-232C對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定。
在TxD和RxD上：
邏輯1(MARK)=-3V～-15V
邏輯0(SPACE)=+3～+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：
信號有效（接通，ON狀態，正電壓）=+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態，負電壓）=-3V～-15V
以上規定說明了RS-232C標準對邏輯電平的定義。對於數據（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低於-3V，邏輯“0”（空號）的電平高於+3V；對於控制信號；接通狀態（ON）即信號有效的電平高於+3V，斷開狀態（OFF）即信號無效的電平低於-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大於3V時，電路可以有效地檢查出來，介於-3～+3V之間的電壓無意義，低於-15V或高於+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在-3V～-15V或+3V～+15V之間。
EIA RS-232C 與TTL轉換：EIA RS-232C 是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連線，必須在EIA RS-232C 與TTL電路之間進行電平和邏輯關係的變換。實現這種變換的方法可用分立元件，也可用積體電路晶片。目前較為廣泛地使用積體電路轉換器件，如MC1488、SN75150晶片可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232晶片可完成TTL←→EIA雙向電平轉換。
機械特性
（1）DB-25：PC和XT機採用DB-25型連線器。DB-25連線器定義了25根信號線，分為4組：
①異步通信的9個電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
②20mA電流環信號 9個（12，13，14，15，16，17，19,23，24）
③空6個（9，10，11，18，21，25）
④保護地（PE）1個，作為設備接地端（1腳）
注意，20mA電流環信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以後，已不支持。
（2）DB-9：
在AT機及以後，不支持20mA電流環接口，使用DB-9連線器，作為提供多功能I/O卡或主機板上COM1和COM2兩個串列接口的連線器。它只提供異步通信的9個信號。DB-9型連線器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連線器的DCE設備連線，必須使用專門的電纜線。
電纜長度：在通信速率低於20kb/s時，RS-232C 所直接連線的最大物理距離為15m（50英尺）。
最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規定，若不使用MODEM，在碼元畸變小於4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個最大的距離是在碼元畸變小於4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小於4%的要求，接口標準在電氣特性中規定，驅動器的負載電容應小於2500pF。
接口信號
RS-232C 的功能特性定義了25芯標準連線器中的20根信號線，其中2條地線、4條數據線、11條控制線、3條定時信號線，剩下的5根線作備用或未定義。常用的只有10根，它們是：
（1）聯絡控制信號線：
數據傳送準備好（Data set ready-DSR）——有效時（ON）狀態，表明MODEM處於可以使用的狀態。
數據終端準備好（Data terminal ready-DTR）——有效時（ON）狀態，表明數據終端可以使用。
這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態信號有效，只表示設備本身可用，並不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。
請求傳送（Request to send-RTS）——用來表示DTE請求DCE傳送數據，即當終端準備要接收MODEM傳來的數據時，使該信號有效（ON狀態），請求MODEM傳送數據。它用來控制MODEM是否要進入傳送狀態。
允許傳送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準備好接收DTE發來的數據，是與請求傳送信號RTS相應的信號。當MODEM準備好接收終端傳來的數據，並向前傳送時，使該信號有效，通知終端開始沿傳送數據線TxD傳送數據。
這對RTS/CTS請求應答聯絡信號是用於半雙工MODEM系統中傳送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯絡信號，使其變高。
接收線信號檢出（Received Line detection-RLSD）——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數據。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，並且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數字量數據後，沿接收數據線RxD送到終端。此線也叫做數據載波檢出（Data Carrier dectection-DCD）線。
振鈴指示（Ringing-RI）——當MODEM收到交換台送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態），通知終端，已被呼叫。
（2）數據傳送與接收線：
傳送數據（Transmitted data-TxD）——通過TxD終端將串列數據傳送到MODEM，（DTE→DCE）。
接收數據（Received data-RxD）——通過RxD線終端接收從MODEM發來的串列數據，（DCE→DTE）。
（3）地線 ：
GND、Sig.GND——保護地和信號地，無方向。
上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處於有效（ON）狀態時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要傳送數據，則預先將DTR線置成有效（ON）狀態，等CTS線上收到有效（ON）狀態的回答後，才能在TxD線上傳送串列數據。這種順序的規定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為傳送方向，這時線路才能開始傳送。
2個數據信號：傳送TXD；接收RXD。
1個信號地線：SG。
6個控制信號：
DSR數據傳送準備好，Data Set Ready。
DTR數據終端準備好，Data Terminal Ready。
RTSDTE請求DCE傳送（Request To Send）。
CTSDCE允許DTE傳送（Clear To Send），該信號是對RTS信號的回答。
DCD數據載波檢測（Data Carrier Detection），當本地DCE設備（Modem）收到對方的DCE設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準備接收， 並且由DCE將接收到的載波信號解調為數位訊號， 經RXD線送給DTE。
RI振鈴信號（Ringing），當DCE收到對方的DCE設備送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。
接線
在工程當中經常會用到232口，一般是圓頭8針與D型9針兩種串口。在一定的條件下，必須要自己製作一個相應的"圓頭或者是D型的"232串口。
首先，串口傳輸數據只要有接收數據針腳和傳送針腳就能實現：同一個串口的接收腳和傳送腳直接用線相連，兩個串口相連或一個串口和多個串口相連
同一個串口的接收腳和傳送腳直接用線相連對9針串口和25針串口，均是2與3直接相連；
兩個不同串口（不論是同一台計算機的兩個串口或分別是不同計算機的串口）
DB9-DB9
2-3,3-2,5-5
DB25-DB25
2-3,3-2,7-7
DB9-DB25
2-3,3-2,5-7
8針圓形串口接線：2"邏輯地"，4"TXD",7"RXD"。
9針D型串口：2"RXD"，3"TXD"，5"邏輯地"。
RS-232-C的電氣接口電路
RS-232-C的電氣接口電路採取的是不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊，其傳送電平與接收電平的差只有2～3V，所以共模抑制能力較差，容易受到共地噪聲和外部干擾的影響，再加上信號線之間的分布電容，因此其傳送距離最大為約15米，最高數據傳輸速率為20kb/s。此外RS-232-C的接口電路的信號電平較高，容易損壞接口電路的晶片，與TTL電路的電平也不兼容，影響其通用性。為了彌補RS-232-C的不足，提高數據傳輸率和延長通信距離，EIA於1977年制訂了RS－499串列通信標準，這個標準對RS-232-C的不足做了改進和補充。RS-422A是RS-499的標準子集之一。
傳輸電纜長度
由RS-232-C標準規定在碼元畸變小於4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際套用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10%-20%的範圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規定容許畸變為10%而得出下面實驗結果。其中1號電纜為禁止電纜，其外覆以禁止線。2號電纜為不帶禁止的電纜。
DEC公司的實驗結果
波特率bps 1號電纜傳輸距離(米) 2號電纜傳輸距離(米)
110 1500 900
300 1500 900
1200 900 900
2400 300 150
4800 300 75
9600 75 75
同類匯流排
RS-485採用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處於傳送狀態，因此，傳送電路須由使能信號加以控制。
RS-422與RS-485接口差異
RS-422的電氣性能與RS-485完全一樣。主要的區別在於：
RS-422有4根信號線：兩根傳送（Y、Z）、兩根接收（A、B）。由於RS-422的收與發
是分開的所以可以同時收和發（全雙工）。
RS-485有2根信號線：傳送和接收都是A和B。由於RS-485的收與發是共用兩根線所
以不能夠同時收和發（半雙工）。
接口定義
25芯
1 禁止地線
2 傳送數據 TXD
3 接收數據 RXD
4 傳送請求RTS
5 傳送清除 CTS
6 數據準備好 DSR
7 信號地 SG
8 載波檢測 DCD
9 傳送返回（+)
10 未定義
11 數據傳送（-)
12~17 未定義
18 數據接收（+)
19 未定義
20數據終端準備好 DTR
21 未定義
22 振鈴 RI
23~24 未定義
25 接收返回（-)
Pin 1 Protective Ground
Pin 2 Transmit Data
Pin 3 Received Data
Pin 4 Request To Send
Pin 5 Clear To Send
Pin 6 Data Set Ready
Pin 7 Signal Ground
Pin 8 Received Line Signal Detector
(Data Carrier Detect)
Pin 20 Data Terminal Ready
Pin 22 Ring Indicator
9芯
針腳 | 信號 | 定義 | 作用 |
1 | DCD | 載波檢測 | Received Line Signal Detector(Data Carrier Detect) |
2 | RXD | 接收數據 | Received Data |
3 | TXD | 傳送數據 | Transmit Data |
4 | DTR | 數據終端準備好 | Data Terminal Ready |
5 | SGND | 信號地 | Signal Ground |
6 | DSR | 數據準備好 | Data Set Ready |
7 | RTS | 請求傳送 | Request To Send |
8 | CTS | 清除傳送 | Clear To Send |
9 | RI | 振鈴提示 | Ring Indicator |
25芯接口 | 9芯接口 |
2 | 3 |
3 | 2 |
4 | 7 |
5 | 8 |
6 | 6 |
7 | 5 |
8 | 1 |
20 | 4 |
22 | 9 |
缺點
（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的晶片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連線。
（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在15米左右。
RS-232其他串列通信方式比較
RS232 與USB的特點和比較
RS-232與USB都是串列通信，但無論是底層信號、電平定義、機械連線方式，還是數據格式、通信協定等，兩者完全不同。 RS-232是一個流行的接口。在MS-DOS中，四個串列接口稱為COM1、COM2、COM3和COM4，而絕大部分windows應用程式最多可以有4個外設，但是如果用戶要擴充更多外設時，就必須要用插入式串列卡或者外部開關盒實現。 RS-232點對點連線，一個串口只能連線一個外設。
而USB是一種多點、高速的連線方式，採用集線器能實現更多的連線。USB接口的基本部分是串列接口引擎SIE，SIE從USB收發器中接收數據位，轉化為有效位元組傳送給SIE接口；反之，SIE接口也可以接收位元組轉化為串列位送到匯流排。由於PC機串口的最高速率僅為115.2kbps，會形成一個速度瓶頸。RS-232系統包括2個串列信號路徑，其方向相反，分別用於傳輸命令和數據，而命令和狀態必須與數據交織在一起；而USB支持分離的命令和數據通道並允許獨立的狀態報告。 USB是一種方便、靈活、簡單、高速的匯流排結構，與傳統的RS-232接口相比，主要有以下特點：
(1) USB採用單一形式的連線頭和連線電纜，實現了單一的數據通用接口。USB統一的4針插頭，取代了PC機箱後種類繁多的串/並插頭，實現了將計算機常規I/O設備、多媒體設備(部分)、通信設備(電話、網路)以及家用電器統一為一種接口的願望。
(2) USB採用的是一種易於擴展的樹狀結構，通過使用USB Hub擴展，可連線多達127個外設。USB免除所有系統資源的要求，避免了安裝硬體時發生連線埠衝突的問題，為其它設備空出硬體資源。
(3) USB外設能自動進行設定，支持即插即用與熱插拔。
(4) 靈活供電。USB電纜具有傳送電源的功能，支持節約能源模式，耗電低。USB匯流排可以提供電壓+5v、最大電流500mA的電源，供低功耗的設備作電源使用，不需要額外的電源。
(5) USB可以支持四種傳輸模式：控制傳輸、同步傳輸、中斷傳輸、批量傳輸，可以適用於很多類型的外設。
(6)通信速度快。USB支持三種匯流排速度，低速1.5Mbps、全速12Mbps和高速480Mbps。
(7)數據傳送的可靠性。USB採用差分傳輸方式，且具有檢錯和糾錯功能，保證了數據的正確傳輸。
(8)低成本。USB簡化了外設的連線和配置的方法，有效地減少了系統的總體成本，是一種廉價的簡單實用的解決方案，具有較高的性能價格比。
RS-232套用範圍廣泛、價格便宜、編程容易並且可以比其它接口使用更長的導線，隨著USB連線埠的越來越普遍，將會出現更多的把USB轉換成RS-232或其它接口的轉換裝置。但是RS-232和類似的接口仍將在諸如監視和控制系統這樣的套用中得到普遍的套用。對習慣使用RS-232的開發者和產品可以考慮設計USB/RS-232轉換器，通過USB匯流排傳輸RS-232數據，即PC端的套用軟體依然是針對RS-232串列連線埠編程的，外設也是以RS-232為數據通信通道，但從PC到外設之間的物理連線卻是USB匯流排，其上的數據通信也是USB數據格式。採用這種方式的好處在於：一方面保護原有的軟體開發投入，已開發成功的針對RS-232外設的套用軟體可以不加修改地繼續使用；另一方面充分利用了USB匯流排的優點，通過USB接口可連線更多的RS-232設備，不僅可獲得更高的傳輸速度，實現真正的即插即用，同時解決了USB接口不能遠距離傳輸的缺點(USB通訊距離在5米內。
