RS串行接口总线详细介绍.pdf

1、 1 1RS232 串行接口总线串行接口总线 目目 录录 第一节第一节 RS232 串行接口系统描述3 RS232 串行接口系统描述3 第二节第二节 RS232 串行接口拓扑结构 3 串行接口拓扑结构 3 第三节第三节 物理接口 5 物理接口 5 3.1 电气特性 5 5 3.2 接口信号 6 6 3.3 机械特性 8 8 第四节第四节 电源 8电源 8 第五节第五节 RS232 接口协议 9接口协议 9 5.1 数据传送格式 9 9 5.2 流控制1010 5.3 差错检测1010 5.4 差错控制1010 第六节第六节 系统配置10系统配置10 6.1 端口地址和中断1010 6.2 串行

2、端口寄存器 11 11 6.3 DLAB1414 第七节第七节 数据流模型 14数据流模型 14 第八节第八节 RS232 串口接口设备15串口接口设备15 2 2 第一节 RS232 串行接口系统描述 第一节 RS232 串行接口系统描述 串行接口是微型计算机与外部设备的主要通信接口之一。只需要一条信号线就可以进行单向数据传送。由于线路简单，价格相对较低，目前得到广泛应用。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在 RS-232 标准的基础上经过改进而形成的。所以，以 RS-232C 为主来讨论。RS-323C 标准是美国 EIA(电子工业联合会）与 BELL 等公司一起开发的

3、 1969 年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在 020000b/s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与 RS-232C 制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。在讨论 RS-232C 接口标准的内容之前，先说明两点：首先，RS-232-C 标准最初是远程通信连接数据终端设备 DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备 DCE（Data Communication Equipment)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

4、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及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对 RS-232C 标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。其次，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。目前，PC 系列微机串行接口采用异步通信方式，按照 RS-232 接口标准进行数据传输。UART(Universal Asynchronous

5、Receiver/Transmitter)是实现数据字符的串并转换的单元。第二节 RS232 串行接口拓扑结构 第二节 RS232 串行接口拓扑结构 使用串行接口进行通信的器件可以分为两类。一类叫做 DCE(DATA COMMUNICATIONS EQUIPMENT)，另外一类叫做 DTE(DATA TERMINAL EQUIPMENT)。DCE 是类似 MODEM 一类的设备。而 DTE 就是计算机或者是计算终端。图 2.1 是典型的串行通信的拓扑结构图。3 3 图 2.1 串行通信拓扑结构 尽管微机系统中存在一些单向传输的器件，如只用于发送的游戏杆和只用于接收的打印机。但大多数的情况是全双

6、工，双向的通信。数据在 DTE 和 DCE 之间进行双向传输。无 MODEM 结构是用来连接两个 DTE 设备的。这通常作为一种较为经济的做法用于联网游戏或者在两台计算机之间使用 ZMODEM 协议或者 XMODEM 协议等进行数据传输。这也可以用于很多微处理器开发系统。图 2.2 是典型的无 MODEM 通信结构图。图 2.2 无 MODEM 模式的通信结构图 LOOPBACK 模式的结构在编写串口通信程序的时候使用非常方便。它将发送和接收线连接在一起。因此任何从串口传出的数据会立即回到同一断口的接收端。图 2.3 是典型的LOOPBACK 模式结构图。图 2.3 LOOP BACK 通信结

7、构图 DTE DTE DTE 4 4第三节 物理接口 第三节 物理接口 RS232 的物理接口包括电气特性和机械特性两部分。3.1 电气特性电气特性 EIA-RS-232C 对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在 TxD 和 RxD 上：逻辑 1(MARK)=-3v-15v 逻辑 0(SPACE)=+315v 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 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

8、，逻辑“0”（空号）的电平高于+3v；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。EIA-RS-232C 与 TTL 转换：EIA-RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。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

9、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。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如 MC1488、SN75150芯片可完成 TTL 电平到 EIA 电平的转换，而 MC1489、SN75154 可实现 EIA 电平到 TTL 电平的转换。MAX232 芯片可完成 TTLEIA 双向电平转换，图 3.1 显示了 1488 和 1489 的内部结构和引脚。MC1488 的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接 TTL 输入。引脚 3、6、8、11 输出端接 EIA-RS-232C。MC1498 的 14 的 1、4、10、13 脚接 EIA 输入，而 3、6、8、

10、11 脚接TTL 输出。具体连接方法如图 3.2 所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片 UART，它是 TTL 器件，右边是 EIA-RS-232C 连接器，要求 EIA 高电压。因此，RS-232C 所有的输出、输入信号都要分别经过 MC1488 和 MC1498 转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。图 3.1 UART 与连接器的连接方法 5 53.2 接口信号接口信号 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 Set

11、 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 Terminal 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。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-

12、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 Line detection-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

13、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 Carrier Detection-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，(DTEDCE)。接收数据(Received data-RxD)通过 RxD 线终端

14、接收从 MODEM 发来的串行数据，(DCEDTE)。（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。232 引脚 CCITT Modem 名称 说明

15、 用途 异步 同步 6 61 101 AA 保护地 设备外壳接地 PE PE 2 103 BA 发送数据 数据送 Modem TXD 3 104 BB 接收数据 从 Modem 接收数据 RXD 4 105 CA 请求发送 在半双工时控制发送器的开和关 RTS 5 106 CB 允许发送 Modem 允许发送 CTS 6 107 CC 数据终端准备好 Modem 准备好 DSR 7 102 AB 信号地 信号公共地 SG SG 8 109 CF 载波信号检测 Modem 正在接收另一端送来的信号 DCD 9 空 10 空 11 空 12 接收信号检测（2）在第二通道检测到信号 13 允许发送（

16、2）第二通道允许发送 14 118 发送数据（2）第二通道发送数据 15 113 DA 发送器定时 为 Modem 提供发送器定时信号 16 119 接收数据（2）第二通道接收数据 17 115 DD 接收器定时 为接口和终端提供定时 18 空 19 请求发送（2）连接第二通道的发送器 20 108 CD 数据终端准备好 数据终端准备好 DTR 21 空 22 125 振铃 振铃指示 RI 23 111 CH 数据率选择 选择两个同步数据率 24 114 DB 发送器定时 为接口和终端提供定时 25 空 3.3 机械特性机械特性 连接器：由于 RS-232C 并未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。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：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 20mA 电流环信号 9 个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）空 6