串口通信接口标准（三）——RS232
一、串口通信接口标准简介
串行数据通信接口标准主要有RS-232、RS-422与RS-485，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。
RS-232在1970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，它是为改进RS-232通信距离短(最大传输距离15m)、速率低(最大位速率为20Kb/s)的缺点而提出的。RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺≈1200米（速率低于100Kbps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。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，将它们联网也十分方便。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”（recommeded standard）推荐标准作为前缀，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（电压，阻抗）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。
二、RS-232串行通信接口标准
RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry AssociaTIon）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。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”。
传统的RS-232-C总线标准采用标准25芯D型插头座（DB25），包含了两个信号通道，即主通道和副通道。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，在多数情况下主要使用主通道。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，如采用三条信号线（接收线、发送线和信号地）能实现简单的全双工通信过程。
后来使用简化为9芯D型插座（DB9）现在应用中25芯插头座已很少采用。
为了保证码元畸变小于4%的要求，按RS-232-C标准规定，驱动器的负载电容应小于 2500pF。驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m（50英尺）；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其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。
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。
收、发两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。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20Kbps。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。
1 电气特性
RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定，如下：
在TXD和RXD数据线上：
（1）逻辑1的电平为-3V~-15V
（2）逻辑0的电平为+3~+15V的电压
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
（1）信号有效（接通，ON状态）为+3~+15V的电压
（2）信号无效（断开，OFF状态）为-3~-15V的电压
规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V，接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”，将低到-3 V的信号作为逻辑“1
以上规定说明RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态。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；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。
也就是说，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± (3～15) V之间。
2 机械特性
常用的串口接头有两种，一种是9针串口（简称DB-9），一种是25针串口（简称DB-25）。
RS-232C标准接口有25条线，其中，4条数据线、11条控制线、3条定时线以及7条备用和未定义线。那么，这些信号线在9针串口和25针串口的管脚上是如何分配的呢？9针串口和25针串口信号线分配下图所示。
每种接头都有公头和母头之分，其中带针状的接头是公头，而带孔状的接头是母头。9针串口的外观如下图所示。
可以看出，在9针串口接头中，公头和母头的管脚定义顺序是不一样，这一点需要特别注意。那么，这些管脚都有什么作用呢？9针串口和25针串口常用的9根管脚的功能说明如下图所示。
RS232标准采用的接口常用的一般是9针D型插头。
| 编号 | 信号方向 | 缩写 | 名称描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | 调制解调器 | DCD(又名CD) | 载波检测 |
| 2 | 调制解调器 | RXD | 接收数据 |
| 3 | PC | TXD | 发送数据 |
| 4 | PC | DTR | 数据终端准备 |
| 5 | GND | 信号地线 | |
| 6 | 调制解调器 | DSR | 通讯设备准备好 |
| 7 | PC | RTS | 请求发送 |
| 8 | 调制解调器 | CTS | 允许发送（发送清除） |
| 9 | 调制解调器 | RI | 响（振）铃指示器 |
(1)数据载波检出(Data Carrier detection，DCD)——用来表示数据通信设备（DCE）已接通通信链路，告知数据终端设备（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，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字数据后，沿接收数据线RXD送到终端。此线也叫作接收线信号检出( Received Line Signal Detection，RSD)线。
(2)接收数据( Received data，RXD)——通过RXD线终端接收从 MODEM发来的串行数据(DCE→DTE)。
接收信号（RXD），数据终端设备（DTE）通过该信号线接收从数据通信设备（DCE）发来的串行数据。
(3)发送数据( Transmitted data，TXD)——通过TXD终端将串行数据发送到 MODEM(DTE→DCE)。
发送数据（TXD），数据终端设备（DTE）通过该信号线将串行数据发送到数据通信设备（DCE）。
(4)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。
数据终端准备好（DTR），有效状态（ON）表示数据终端设备处于可以使用状态。
(5)地线-GND。
地线（SG、PG），分别表示信号地和保护地信号线。
(6)数据装置准备好( Data Set ready，DSR)——有效状态(ON)，表明通信设备处于可以使用的状态。
(7)请求发送( Request to Send，RTS)——用来表示数据终端设备（DTE）请求数据通信设备（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。
(8)清除发送( 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。
允许发送（CTS），用来表示数据通信设备（DCE）已经准备好了数据，可以向数据终端设备（DTE）发送数据，是对请求发送信号RTS的响应。
(9)振铃指示( Ringing，R)——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。
振铃指示（RI），当数据通信设备收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON），通知终端，已被呼叫。
RS422与RS485放在下一章《串口通信接口标准学习（四）——RS422、RS485》继续了解。
参考：
【1】https://baike.baidu.com/item/RS-232/2022036?fromtitle=rs232&fromid=3555506&fr=aladdin
【2】https://blog.csdn.net/bekars/article/details/1392586
【3】http://m.elecfans.com/article/663969.html