串口通信基本接线方法.docx
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串口通信基本接线方法
串口通信基本接线方法
龚建伟 2001.6.20
目次：
1.DB9和DB25的常用信号脚说明
2.RS232C串口通信接线方法
3.串口调试中要注意的几点
目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时（<12m），可以用电缆线直接连接标准RS232端口（RS422,RS485较远），若距离较远，需附加调制解调器（MODEM）。
最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连，以回答前段网友的咨询。
1.DB9和DB25的常用信号脚说明
9针串口（DB9）
25针串口（DB25）
针号
功能说明
缩写
针号
功能说明
缩写
1
数据载波检测
DCD
8
数据载波检测
DCD
2
接收数据
RXD
3
接收数据
RXD
3
发送数据
TXD
2
发送数据
TXD
4
数据终端准备
DTR
20
数据终端准备
DTR
5
信号地
GND
7
信号地
GND
6
数据设备准备好
DSR
6
数据准备好
DSR
7
请求发送
RTS
4
请求发送
RTS
8
清除发送
CTS
5
清除发送
CTS
9
振铃指示
DELL
22
振铃指示
DELL
2.RS232C串口通信接线方法（三线制）
首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：
同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连
∙同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；
∙两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）
9针－9针
25针－25针
9针－25针
2
3
3
2
2
2
3
2
2
3
3
3
5
5
7
7
5
7
上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：
接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼些交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。
3.串口调试中要注意的几点：
∙不同编码机制不能混接，如RS232C不能直接与RS422接口相连，市面上专门的各种转换器卖，必须通过转换器才能连接；
∙线路焊接要牢固，不然程序没问题，却因为接线问题误事；
∙串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果；
∙强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。
有关RS232和RS485接口的问答
来自中国工控网
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EIARS-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。
（1）接口的信号内容实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用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
（2）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”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
（3）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。
（4）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2DEC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
2.什么是RS-485接口？
它比RS-232-C接口相比有何特点？
答：
由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1）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。
（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。
针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：
1.RS-485的电气特性：
逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。
接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
2.RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
3.RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
4.RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。
而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。
即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。
3.采用RS485接口时，传输电缆的长度如何考虑？
答：
在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。
下图所示的最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧时所得出。
（曲线引自GB11014-89附录A）。
由图中可知，当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，假定最大允许的信号损失为6dBV时，则电缆长度被限制在1200M。
实际上，图中的曲线是很保守的，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。
当使用不同线径的电缆。
则取得的最大电缆长度是不相同的。
例如：
当数据信号速率为600Kbit/S时，采用24AWG电缆，由图可知最大电缆长度是200m，若采用19AWG电缆（线径为0。
91mm）则电缆长度将可以大于200m；若采用28AWG电缆（线径为0。
32mm）则电缆长度只能小于200m。
RS-232、RS-422与RS-485标准及应用
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-422与RS-485串行接口标准
1．平衡传输
RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图2。
通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。
另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。
“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。
当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。
接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。
参见图3。
2．RS-422电气规定
RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。
图5是典型的RS-422四线接口。
实际上还有一根信号地线，共5根线。
图4是其DB9连接器引脚定义。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。
即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。
接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。
RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。
RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。
在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输电缆的最远端。
RS-422有关电气参数见表1
3．RS-485电气规定
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，参见图6。
而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。
参见图7。
RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k剑鳵S-422是4k健；旧峡梢运礡S-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。
RS-485有关电气规定参见表1。
RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。
在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输总线的两端。
四、RS-422与RS-485的网络安装注意要点
RS-422可支持10个节点，RS-485支持32个节点，因此多节点构成网络。
网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。
在构建网络时，应注意如下几点：
1．采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。
图8所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（a，c，e）和正确的连接方式（b，d，f）。
a，c，e这三种网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。
2．应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。
下列几种情况易产生这种不连续性：
总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。
总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
图8
五、RS-422与RS-485传输线上匹配的一些说明
对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。
但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。
那么在什么情况下不用考虑匹配呢？
理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。
但这在实际上难以掌握，美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：
当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。
例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns（24AWGPVC电缆），那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16米，采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。
一般终端匹配采用终接电阻方法，前文已有提及，RS-422在总线电缆的远端并接电阻，RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。
终接电阻一般在RS-422网络中取100Ω，在RS-485网络中取120Ω。
相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。
这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。
另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配，如图9。
利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。
但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。
还有一种采用二极管的匹配方法，如图10。
这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的。
节能效果显著。
六、RS-422与RS-485的接地问题
电子系统接地是很重要的，但常常被忽视。
接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。
RS-422与RS-485传输网络的接地同样也是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。
否则接口损坏率较高。
很多情况下，连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。
而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有下面二个原因：
1．共模干扰问题：
正如前文已述，RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。
但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如RS-422共模电压范围为-7～+7V，而RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。
当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。
以图11为例，当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。
那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。
RS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。
2．（EMI）问题：
发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
由于上述原因，RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。
一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。
这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。
这是最通常的接地方法。
值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。
当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。
笔者认为，可以采取以下三种措施：
（1）如果干扰源内阻不是非常小，可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。
接地电阻的增加可能会使共模电压升高，但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信。
（2）采用浮地技术，隔断接地环路。
这是较常用也是十分有效的一种方法，当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场设备）浮置起来（也就
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