RS-232详解

RS-232是美国电子工业联盟制定的串行数据通信接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称RS232），它被广泛用于DCE（Data Communication Equipment ） 和 DTE（Data Terminal Equipment） 之间的连接。DCE可以理解为数据通信端，比如modem设备；DTE可以理解为数据终端，比如电脑。最早的台式电脑都会保留9针的232接口，用于串口通信，目前基本被USB接口取代。现在RS232接口常用于仪器仪表设备，PLC以及嵌入式领域当作调试口来使用。

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发展历史

具体标准协议是收费的，有兴趣的可以去TIA Standards store购买。
EIA:Electronic Industry Association 美国电子工业联盟
RS:Recommended standard 推荐标准
A/B/C/D/E/F:修改版本
TIA:Telecommunications Industry Association 美国电信工业协会-EIA的一个分支
ANSI:American National Standards Institute 美国国家标准协会

• EIA RS-232（1960）
• EIA RS-232-A（1963）
• EIA RS-232-B（1965）
• EIA RS-232-C（1969）
• EIA RS-232-D（1986）
• TIA TIA/EIA-232-E (1991)
• TIA TIA/EIA-232-F (1997)
• ANSI/TIA-232-F-1997（R2002）
• TIA TIA-232-F（R2012）

协议详细定义了信号的电气特性、时序、逻辑电平和连接器的物理尺寸及引脚定义功能，下面将分别讲述。

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接口形态

按照引脚数量分类有两种：

1. 25pin–DB25 协议标准推荐的接口类型
   由于接口物理尺寸较大，很少使用，此处不做具体介绍。
2. 9pin—DE9（通常误叫做DB9） 自IBM PC/AT开始改用9针连接器起，目前是主流接口形态。9针RS232接口按照接口类型，又可以分为：

• 公头（Male）：带针脚
  

• 母座（Female）:带孔座
  

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接口定义
下图是公头9针RS232接口详细定义：

引脚编号	引脚定义	传输方向	说明
1	DCD-Data Carrier Detect	⬅	载波检测通知给DTE
2	RXD-Receive Data	⬅	接收数据
3	TXD-Transmit Data	➡	发送数据
4	DTR-Data Terminal Ready	➡	DTE告诉DCE准备就绪
5	GND	–	–
6	DSR-Data Set Ready	⬅	DCE告诉DTE准备就绪
7	RTS-Request to Send	➡	请求发送-DTE向DCE大宋数据请求
8	CTS-Clear to Send	⬅	清除发送-DCE通知DTE可以传数据
9	RI-Ring Indicator	⬅	振铃指示-DCE通知DTE有振铃信号

其中DTR/DSR和RTS/CTS用于硬件流控。
DTR/DSR状态表明DTE和DCE处于可用状态，有时候设备上电这两个信号即有效，表示设备本身可用使用，但要开始进行数据传输通讯，则需要RTS/CTS流控信号。
RTS即DTE发送数据时，该信号有效（ON），向DCE请求发送数据；CTS是对请求发送RTS信号的响应，当DCE已经准备好接收数据时，该信号有效（ON），通知DTE可用使用TXD发送数据了。比如A向B发送数据简单如下逻辑：

1. A先设置RTS为1，表示要发数据给B
2. B检测到RTS为1，先看看自己是否准备好：
   如果准备好，就设置CTS为1表示A可用发数据给B了
   如果没有准备好，继续处理自己的数据。弄完了，再将CTS设置为1，让A发数据
3. A发现CTS置1了，将数据通过TXD信号线发送出去
4. A每发送一次数据给B之前，都会继续上面的逻辑
5. A发送完数据后，就将RTS置0，表示数据发送完毕

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硬件连接
连接分为3种：

• 9线式连接示意图：
  

• 5线式连接示意图：
  

• 3线式连接示意图：
  

注：3线连接中，DTE使用TXD和RXD两条数据线，无法实现硬件流控功能，在做大量数据传输应用时，建议使用5线或9线连接方式。

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电平及时序

RS232采用负逻辑电平，定义如下：

电平状态	电压
0(space)	+3 ~ +15V
1(mark)	-15 ~ -3V
非法状态	-3 ~ +3V

下图是使用RS232接口按照UART串口协议进行传输，UART协议具体请参考 UART详解。图中
传输的数据为0100 1011b 即0x4B，按照1bit开始位，8bit数据位，1bit停止位格式传输。

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最大通讯距离及速率
协议最初规定设备最大速率为20kbps，对于16550A UART最大速率为1.5Mbps。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。对于普通导线，其电容值约为 170pF/m,则允许距离 L=2500pF/（170pF/m）=15m。当速率下降时，传输距离会成倍增加，下表是Texas Instruments 在不同速率下对应的传输线缆长度：

速率（bps）	最大线缆长度（m）
19200	15.24
9600	152.4
4800	304.8
2400	914.4

注：协议规定最大速率为20kbps，现在看来这个速率已经很低了。一些芯片制造商已经做出了高速率的芯片驱动，具体速率上限请查看器件手册。

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参考

1. RS-232 -wikipedia
2. RS232 introduction