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1、1,第一章 串口基本概念 第三节 串行通信接口标准,主讲教师: 张辉 办公地点：北科大机电楼1218A室 办公电话：010-62332730 联系电话：13671391346 Email: zhanghui56ustb.edu.,2,3,1.3.3 RS-485标准,1.3.2 RS-422标准,1.3.1 RS-232C标准,1.3.5 三个标准的区别,1.3.4 RS-422与RS-485的安装,4,串口标准发展概况,串口标准发展概况,5,串口标准发展概况,在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种，如：
2、 EIA RS-232-C RS-422-A EIA RS-423A EIA RS-485,6,串口标准发展概况,RS-232C,RS422,RS423,RS449,RS485,7,串口标准发展概况,1969年，RS-232C作为串行通信接口的电气标准定义了： 数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)和数据通信设备(Data Communications Equipment，DCE)间按位串行传输的接口信息； 合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。,优点：,8,串口标准发展概况,但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(
3、最大传输距离15 m)和传送速率不太高(最大位速率为20 kb/s)的问题。 而远距离串行通信必须使用MODEM，增加了成本。 在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(20 m)和远距离(2 km)之间的情况，这时RS-232C（25脚连接器)不能采用，用MODEM又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。,缺点：,9,串口标准发展概况,1977年，美国电子工业协会(electronic industry association，EIA)制定了RS-449。它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控
4、制信号。与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。,10,串口标准发展概况,为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点： RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，将传输速率提高到10 Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100 kb/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。,11,串口标准发展概况,RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，两者均是全双工的 ； 并设计成可连接RS-
5、232C和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段； 同时又提高位速率(最大为300 kb/s)和传输距离(最大为600 m)。,12,串口标准发展概况,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； 因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。 许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分
6、方便。,13,串口标准发展概况,串行通信由于接线少、成本低，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用，产品也越来越丰富多样。,14,1.3.1 RS-232C标准,1.3.1 RS-232C标准,15,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C标准的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA代表美国电子工业协会，RS（recommended standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），说明在此之前有RS-232A和RS-232B两个标准。,16,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C标准的全名是“数据终端设备和数据通信设备之间串行二进
7、制数据交换接口技术标准”，它是目前最常用的一种串行通信接口。1969年正式公布实施，在1970年由美国电子工业协会联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定。该标准规定了串行通信接口的连接电缆、机械特性、电气特性、信号功能及传送过程。,17,1.3.1 RS-232C标准,最初，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定义，还对各种信号的电平加以规定，适合于数据传输速率在020000 b/s范围内的通信；之后，IBM的PC机将RS-232 简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准；而工业控制的RS-232一般只使用RxD、TxD和GND三条线。
8、,25针,9针,3针,18,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端设备与数据通信设备而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求，但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的，因此，有时RS-232C标准会出现计算机不兼容的问题。RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。,19
9、,1.3.1 RS-232C标准,电气特性,20,1.3.1 RS-232C标准,EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号功能都作了规定。 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。,21,1.3.1 RS-232C标准,以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。 对于数据（信息码），逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；
10、 对于控制信号，接通状态（ON），即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)，即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(315)V之间。,22,1.3.1 RS-232C标准,EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL)以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法
11、可用分立元件，也可用集成电路芯片。,23,1.3.1 RS-232C标准,图113 MC1488和MC1489芯片的内部结构和引脚示意图,24,1.3.1 RS-232C标准,EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL)以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。连接器。,25,1.3.1 RS-232C标准,连接器的机械特性,26,1.3.1 RS-232C标准,由于RS-232C并未
12、定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同，,27,1.3.1 RS-232C标准,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： 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； 20 mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19，23，24）； 空6个（9，10，11，18，21，25）； 保护地（PE）1个，作为设备接地端（1）。,28,1.3.1 RS-232C标准,DB-25型连接器的外形及信号线分配如上图所示。注意，20
13、mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持。,29,1.3.1 RS-232C标准,在AT机及以后，不支持20 mA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-9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。,30,1.3.1 RS-232C标准,通常，一些设备与PC机的RS-232口相连时，由于不使用控制信号，因此，只需三条接口线，即发送数据TxD、接收数据TxD和信号地GND。RS-23
14、2 传输线采用屏蔽双绞线。,31,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15 m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500 pF，此时的通信速率低于20 kb/s。其实，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1020%的范围工作的，因此，实际传输的最大距离会远超过15 m。,最大直接传输距离,32,1.3.1 RS-232C标准,美国DEC公司曾规定允许码
15、元畸变为10%，采用两种电缆测得信号的最大传输距离，实验结果如表14所示。其中1#电缆为屏蔽电缆，内有三对双绞线，每对由22#AWG组成，外层覆以屏蔽网；2#电缆为不带屏蔽的电缆，内有22#AWG的四芯电缆。,表14 不同波特率下信号的最大传输距离,33,1.3.1 RS-232C标准,多年来，RS-232器件以及通信技术经过改进，RS-232通信距离已经大大增加。采用RS-232增强器后可以将普通的RS-232口的通信距离直接延长到1000 m。,34,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C的接口信号,35,1.3.1 RS-232C标准,RS-232C标准接口有25条线，4条数据线
16、、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。,36,1.3.1 RS-232C标准,数据装置准备好（data set ready，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 set ready，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。,(1) 联络控制信号线,37,1.3.1 RS-232C标准,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
