计算机近距离的RS232通信与网上计算机远程通信的对比研究.docx

1、计算机近距离的RS232通信与网上计算机远程通信的对比研究计算机近距离的RS232通信与网上计算机远程通信的对比研究1、设计题目此次课程设计的题目为计算机近距离的RS232通信与网上计算机远程通信的对比研究2、设计要求及目的研究计算机RS232近距离串行通信的工作原理和工作协议，对比研究INTERNET通信工作原理和工作协议。3、研究论文正文一、计算机通信相关介绍通信基本概念什么是通信？简单地说，不同的系统经由线路相互交换数据，就是通信。通信的主要目的是将数据从一端传送到另一端，达到数据交换的目的。例如，从人与人之间的 对话、计算机与设备之间的数据交换到计算机与计算机间的数据传送，乃至于广播或

2、卫星都是通信的一种，一个完整的通信系统包括发送端、接收端、转换数据的接 口及传送数据的实际信道。通信的种类按照通信的形式可以分为两种，其中一种为并行传输的通信，即并行通信（Parallel Communication），另一种则为串行通信（Serisl Communication）。 这两种通信方式的区别是，并行通信一次的传输数据量为8位（1个字节）；而串行通信则一次只能传输1位，传输1字节数据（8位）数据就需要8次才能传出 去，因此，它们两者之间的数据传输速度就相差8倍。看到这里，估计有些朋友会问，既然并行通信的速度是串行通信的8倍，是不是串行通信就不好了？！其实不 能这么认为，两种通信方式

3、各有特点，串行通信之所以存活了这么长时间，自然有它的长处。并行通信虽然可以在一次的数据传输中传 送8位，但是数据电压在传送的过程中，容易因为线路及干扰因素使得电压准电位发生变化（主要为电压衰减和信号间相互干扰问题），因而使得传输数据发生错 误，通信距离越长，问题越明显，因此并行通信主要用于传输距离较短的场合，如电脑主板的并口LPT1，主要和并行打印机通信。串行通信一次只传输1位，相对来说，要 处理的数据电压只有一个，因此比较不容易漏失数据，通信时候再加上一些校验防范措施后，串行通信的出错就更不容易了，串行通信端口（Serisl Communication Port）在系统控制的范畴中一直占有极

4、其重要的角色，不仅没有因为时代的进步而被淘汰，反而失在规格上愈来愈向其极限挑战。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

5、： 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。

6、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。二、RS-232-C串行通信RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（ecommeded standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-4

7、23A、EIA�RS-485。 这里只介绍EIA�RS-232-C（简称232，RS232）。 例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。1.电气特性 EIA-RS-232C对电器特性、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图1 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

8、）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平告语+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系的变换。实现这

9、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、11脚接TTL输出。具体连接方法如图2所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片UAR

10、T，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22、连接器的机械特性：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）2，3，4，5，6，7，8，20，2220mA电流环信号 9

11、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脚）DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持图3（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。电缆

12、长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。最大直接传输距离说明：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15m（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2500pF。3、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 set ready

13、-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。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

14、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

15、，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 dectection-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。

16、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，Data Set Ready.DTR��数据终端（DTE，即

17、微机接口电路，如Intel8250/8251,16550）准备好，Data Terminal Ready。RTS��DTE请求DCE发送(Request To Send)。CTS��DCE允许DTE发送（Clear To Send）,该信号是对RTS信号的回答。DCD��数据载波检出，Data Carrier Detection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

18、机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。 三、INTERNET通信工作原理和工作协议基础介绍地址和协议的概念 Internet的本质是电脑与电脑之间互相通信并交换信息，只不过大多是小电脑从大电脑获取各类信息。这种通信跟人与人之间信息交流一样必须具备一些条 件，比如：您给一位美国朋友写信，首先必须使用一种对方也能看懂的语言，然后还得知道对方的通信地址，才能把信发出去。同样，电脑与电脑之间通信，首先也 得使用一种双方都能接受的语言-通信协议，然后还得知道电脑彼此的地址，通过协议和地址，电脑与电脑之间就能交流信息，这就形成了网络。TCP/IP协议 Internet就是由许多小的网络

19、构成的国际性大网络，在各个小网络内部使用不同的协议，正如不同的国家使用不同的语言，那如何使它们之间能进行信息交流呢？这就要靠网络上的世界语-TCP/IP协议。详细介绍请参考TCP/IPIP地址 语言（协议）我们是有了，那地址怎么办呢？没关系，用网际协议地址（即IP地址）就可解决这个问题。它是为标识Internet上主机位置而设置的。 Internet上的每一台计算机都被赋予一个世界上唯一的32位Internet地址（Internet Protocol Address，简称IP Address），这一地址可用于与该计算机机有关的全部通信。为了方便起见，在应用上我们以8bit为一单位，组成四组十进

20、制数字来表示每一台主机的位 置。 一般的IP地址由4组数字组成，每组数字介于0-255之间，如某一台电脑的IP地址可为：202.206.65.115，但不能为202.206.259.3。域名地址 尽管IP地址能够唯一地标识网络上的计算机，但IP地址是数字型的，用户记忆这类数字十分不方便，于是人们又发明了另一套字符型的地址方案即所谓的域名地 址。IP地址和域名是一一对应的，我们来看一个IP地址对应域名地址的例子，譬如：河北科技大学的IP地址是202.206.64.33，对应域名地址为 。这份域名地址的信息存放在一个叫域名服务器（DNS，Domain Name Server）的主机内，使用者只需了

21、解易记的域名地址，其对应转换工作就留给了域名服务器DNS。DNS就是提供IP地址和域名之间的转换服务的服务 器。域名地址的意义 域名地址是从右至左来表述其意义的，最右边的部分为顶层域，最左边的则是这台主机的机器名称。一般域名地址可 表示为：主机机器名.单位名.网络名.顶层域名。如：，这里的dns是河北科技大学的一个主机的机器名，hebust 代表河北科技大学大学，edu代表中国教育科研网，cn代表中国，顶层域一般是网络机构或所在国家地区的名称缩写。 域名由两种基本类型组成：以机构性质命名的域和以国家地区代码命名的域。常见的以机构性质命名的域，一般由三个字符组成，如表示商业机构的“com”,表示

22、教育机构的“edu”等。以机构性质或类别命名的域如下表： 域名含义com商业机构edu教育机构gov政府部门mil军事机构net网络组织int国际机构（主要指北约）org其他非盈利组织以国家或地区代码命名的域，一般用两个字符表示，是为世界上每个国家和一些特殊的地区设置的，如中国为“cn”、香港为“hk”、日本为“jp”、美国为 “us”等。但是，美国国内很少用“us”作为顶级域名，而一般都使用以机构性质或类别命名的域名。统一资源定位器统一资源定位器又叫URL(Uniform Resource Locator)，是专为标识Internet网上资源位置而设的一种编址方式，我们平时所说的网页地址指的

23、即是URL，它一般由三部分组成：传输协 议：/主机IP地址或域名地址/资源所在路径和文件名，如今日上海联线的URL为：http:/china- /news/wnw.html，这里http指超文本传输协议，china-是其Web服务器域名地址，shanghai/news 是网页所在路径，wnw.html才是相应的网页文件。标识Internet网上资源位置的三种方式：IP地址：202.206.64.33域名地址：URL：http:/china-下面列表是常见的URL中定位和标识的服务或文件：http：文件在WEB服务器上file：文件在您自己的局部系统或匿名服务器上ftp：文件在FTP服务器上go

24、pher：文件在gopher服务器上wais：文件在wais服务器上news：文件在Usenet服务器上telnet：连接到一个支持Telnet远程登录的服务器上Internet的工作原理有了TCP/IP协议和IP地址的概念，我们就很好理解Internet的工作原理了：当一个用户想给其他用户发 送一个文件时，TCP先把该文件分成一个个小数据包，并加上一些特定的信息（可以看成是装箱单），以便接收方的机器确认传输是正确无误的，然后IP再在数 据包上标上地址信息，形成可在Internet上传输的TCP/IP数据包。使用TCP/IP传送数据当 TCP/IP数据包到达目的地后，计算机首先去掉地址标志，利

25、用TCP的装箱单检查数据在传输中是否有损失，如果接收方发现有损坏的数据包，就要求发送端重新发送被损坏的数据包，确认无误后再将各个数据包重新组合成原文件。 就这样，Internet通过TCP/IP协议这一网上的世界语和IP地址实现了它的全球通信的功能。四、RS232近距离串行通信的工作原理和工作协议一、远距离通信第1和第2中情况是属谠毒嗬胪牛 渚嗬氪笥?5m的通信）的例子，故一般要加调制解调器MODEM，因此使用的信号线较多。注意：在以下各图中，DTE信号为RS-232-C信号，DTE与计算机间的电平转换电路未画出。1、采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接：若在双方MODEM之间采用

26、普通电话交换线进行通信，除了需要28号信号线外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个信号线进行联络，如图1所示。图1 DSR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）准备好，只表示设备本身可用。首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方DCE收到该信号后，筊I（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫。当对方“摘机”后，两方建立了通信链路。若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（DTE）发出RTS（请求发送）信号。此时，若DCE（Modem）允许传送，则向DTE回答CTS（允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS接高电平，即只要通信链路已建立，就可

27、传送信号。（RTS/CTS可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。当DTE获得CTS信号后，通过TXD线向DCE发出串行信号，DCE（Modem）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。计算机向DTE“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查Modem状态和数据输出寄存器为空。当对方的DCE收到载波信号后，向对方的DTE发出DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE，DTE通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取

28、字符。2、采用专用电话线通信：在通信双方的MODEM之间采用电话线进行通信，则只要使用28号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号RI和DTR信号，其信号线的连接如图2那样。图2二、近距离通信：当通信距离较近时，可不需要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，即是这里要讨论的第一种情况。无Modem时，最大通信距离按如下方式计算：RS-232C标准规定：当误码率小于4%时，要求导线的电容值应小于2500PF。对于普通导线，其电容值约

29、为170PF/M。则允许距离L=2500PF/（170PF/M）=15M这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用9600bps，普通双绞屏蔽线时，距离可达3035米。 1、零Modem 的最简连线（3线制）图3是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接），图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。图3（1）RTS与CTS互联：只要请求发送，立即得到允许（2）DTR与DSR互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机

30、准备好）。2、零Modem标准连接：如果想在直接连接时，而又考虑到RS-232C的联络控制信号，则采用零MODEM方式的标准连接方法，其通信双方信号线安排如下1-2-3-4-5顺序所演示的那样。无Modem的标准联线（7线制）如图所示：从中可以看出，RS-232C接口标准定义的所有信号线都用到了，并且是按照DTE和DCE之间信息交换协议的要求进行连接的，只不过是把DTE自己发出的信号线送过来，当作对方DCE发来的信号，因此，又把这种连接称为双叉环回接口。双方的握手信号关系如下（注：甲方乙方并未在图中标出）：（1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在DCE（数传机）。（2）甲方的RTS和CTS相连，并与乙方的DCD互连。即：一旦甲方请求发送（RTS），便立即得到允许（CTS），同时，使乙方的DCD有效，即检测到载波信号。（3）甲方的TXD与乙方的RXD相连，一发一收。 1 2 3