RS-232-C

RS-232-C是EIA發表的，是RS-232-B的修改版。本來是為連接模擬通信線路中的數據機等DCE及電傳印表機等DTE拉介面而標準化的。現在很多個人計算機也用RS-232-C作為輸入輸出介面，用RS-232-C作為介面的個人計算機也很普及。

RS-232-C的如下特點：採用直通方式，雙向通信，基本頻帶，電流環方式，串列傳輸方式，DCE-DTE間使用的信號形態，交接方式，全雙工通信。RS-232-C在ITU建議的V.24和V.28規定的25引腳連接器在功能上具有互換性。RS-232-C所使用的連接器為25引腳插入式連接器，一般稱為25引腳D-SUB。DTE端的電纜頂端接公插頭，DCE端接母插座。RS-232-C所用電纜的形狀並不固定，但大多使用帶屏蔽的24芯電纜。電纜的最大長度為15m。使用RS-232-C在20K位/秒以下的任何速率都能進行數據傳輸。

串列通信介面標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在 RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-232C標準是美國EIA（電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合於數據傳輸速率在0～20000b/s範圍內的通信。這個標準對串列通信介面的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規定。由於通信設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信介面中廣泛採用。

在討論RS-232C介面標準的內容之前，先說明兩點：

首先，RS-232-C標準最初是遠程通信連接數據終端設備DTE(Data Terminal Equipment）與數據通信設備DCE（Data Communication Equipment）而制定的。因此這個標準的制定，並未考慮計算機系統的應用要求。但目前它又廣泛地被借來用於計算機（更準確的說，是計算機介面）與終端或外設之間的近端連接標準。顯然，這個標準的有些規定及和計算機系統是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了解，我們對RS-232C標準與計算機不兼容的地方就不難理解了。

其次，RS-232C標準中所提到的“發送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由於在計算機系統中，往往是CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發送和接收。

RS -232C標準（協議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association）代表美國電子工業協會，RS（recommended standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標準還有有EIA-RS-232-C、EIA-RS-422-A、 EIA-RS-423A、EIA-RS-485。這裡只介紹EIA-RS-232-C（簡稱232，RS232）。例如，目前在IBM PC機上的COM1、COM2介面，就是RS-232C介面。

EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定。

在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V

邏輯0(SPACE)=+3～+15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：

信號有效（接通，ON狀態，正電壓）=+3V～+15V

信號無效（斷開，OFF狀態，負電壓）=-3V～-15V

以上規定說明了RS-323C標準對邏輯電平的定義。對於數據（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低於-3V，邏輯“0”（空號）的電平高於+3V；對於控制信號；接通狀態（ON）即信號有效的電平高於+ 3V，斷開狀態（OFF）即信號無效的電平低於-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大於3V時，電路可以有效地檢查出來，介於-3～+3V之間的電壓無意義，低於-15V或高於+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±（3～15）V之間。

EIA -RS-232C與TTL轉換：EIA-RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態，與TTL以高低電平表示邏輯狀態的規定不同。因此，為了能夠同計算機介面或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關係的變換。實現這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路晶元。目前較為廣泛地使用集成電路轉換器件，如MC1488、SN75150晶元可完成TTL電平到EIA電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現EIA電平到TTL電平的轉換。MAX232晶元可完成TTL←→EIA雙向電平轉換，圖1顯示了1488和1489的內部結構和引腳。MC1488 的引腳⑵、（4,5）、（9,10）和（12,13）接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、 4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體連接方法如圖2所示。圖中的左邊是微機串列介面電路中的主晶元UART，它是 TTL器件，右邊是EIA-RS-232C連接器，要求EIA高電壓。因此，RS-232C所有的輸出、輸入信號都要分別經過MC1488和MC1498轉換器，進行電平轉換后才能送到連接器上去或從連接器上送進來。

連接器：由於RS-232C並未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。

⑴DB-25：PC和XT機採用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號線，分為4組：

①非同步通信的9個電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22

②20mA電流環信號 9個（12，13，14，15，16，17，19,23，24）

③空6個（9，10，11，18，21，25）

④保護地（PE）1個，作為設備接地端（1腳）

DB-25型連接器的外形及信號線分配如圖3所示。注意，20mA電流環信號僅IBM PC和IBM PC/XT機提供，至AT機及以後，已不支持。⑵DB-9連接器

在AT 機及以後，不支持20mA電流環介面，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串列介面的連接器。它只提供非同步通信的 9個信號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設備連接，必須使用專門的電纜線。

電纜長度：在通信速率低於20kb/s時，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。

最大直接傳輸距離說明：RS -232C標準規定，若不使用MODEM，在碼元畸變小於4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個最大的距離是在碼元畸變小於4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小於4%的要求，介面標準在電氣特性中規定，驅動器的負載電容應小於2500pF。

RS-232C規標準介面有25條線，4條數據線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：

⑴聯絡控制信號線：

數據裝置準備好（Data set ready-DSR）——有效時（ON）狀態，表明MODEM處於可以使用的狀態。

數據終端準備好（Data Terminal Ready-DTR）——有效時（ON）狀態，表明數據終端可以使用。

這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態信號有效，只表示設備本身可用，並不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。

請求發送（Request to send-RTS）——用來表示DTE請求DCE發送數據，即當終端要發送數據時，使該信號有效（ON狀態），向MODEM請求發送。它用來控制MODEM是否要進入發送狀態。

允許發送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準備好接收DTE發來的數據，是對請求發送信號RTS的響應信號。當MODEM已準備好接收終端傳來的數據，並向前發送時，使該信號有效，通知終端開始沿發送數據線TxD發送數據。

這對RTS/CTS請求應答聯絡信號是用於半雙工MODEM系統中發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中作發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯絡信號，使其變高。

接收線信號檢出（Received Line detection-RLSD）——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數據。當本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠地）的 MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，並且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數字兩數據后，沿接收數據線RxD送到終端。此線也叫做數據載波檢出（Data Carrier dectection-DCD）線。

振鈴指示（Ringing-RI）——當MODEM收到交換台送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態），通知終端，已被呼叫。

⑵數據發送與接收線：

發送數據（Transmitted data-TxD）——通過TxD終端將串列數據發送到MODEM，（DTE→DCE）。

接收數據（Received data-RxD）——通過RxD線終端接收從MODEM發來的串列數據，（DCE→DTE）。

⑶地線

有兩根線SG、PG——信號地和保護地信號線，無方向。

上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了介面信號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處於有效（ON）狀態時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發送數據，則預先將DTR線置成有效（ON）狀態，等CTS線上收到有效（ON）狀態的回答后，才能在TxD線上發送串列數據。這種順序的規定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發送方向，這時線路才能開始發送。

2個數據信號：發送TXD；接收RXD。

1個信號地線：SG。

6個控制信號：

DSR??數傳機（即modem）準備好，Data Set Ready.

DTR??數據終端（DTE，即微機介面電路，如Intel8250/8251,16550）準備好，Data Terminal Ready。

RTS??DTE請求DCE發送（Request To Send）。

CTS??DCE允許DTE發送（Clear To Send），該信號是對RTS信號的回答。

DCD??數據載波檢出，Data Carrier Detection當本地DCE設備（Modem）收到對方的DCE設備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準備接收，並且由DCE將接收到的載波信號解調為數字信號，經RXD線送給DTE。

RI??振鈴信號 Ringing當DCE收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。

一、遠距離通信

第1和第2中情況是屬於遠距離通信（傳輸距離大於15m的通信）的例子，故一般要加數據機MODEM，因此使用的信號線較多。注意：在以下各圖中，DTE信號為RS-232-C信號，DTE與計算機間的電平轉換電路未畫出。

1、採用Modem(DCE）和電話網通信時的信號連接：

若在雙方MODEM之間採用普通電話交換線進行通信，除了需要2～8號信號線外還要增加RI（22號）和DTR（20號）兩個信號線進行聯絡.

DSR、DTR：數傳機（DCE）準備好、數據終端（DTE）準備好，只表示設備本身可用。

首先，通過電話機拔號呼叫對方，電話交換台向對方發出拔號呼叫信號，當對方DCE收到該信號后，使RI（振鈴信號）有效，通知DTE，已被呼叫。當對方“摘機”后，兩方建立了通信鏈路。

若計算機要發送數據至對方，首先通過介面電路（DTE）發出RTS（請求發送）信號。此時，若DCE（Modem）允許傳送，則向DTE回答CTS（允許發送）信號。一般可直接將RTS/CTS接高電平，即只要通信鏈路已建立，就可傳送信號。（RTS/CTS可只用於半雙工系統中作發送方式和接收方式的切換。

當DTE獲得CTS信號后，通過TXD線向DCE發出串列信號，DCE（Modem）將這些數字信號調製成模擬信號（又稱載波信號），傳向對方。

計算機向DTE“數據輸出寄存器”傳送新的數據前，應檢查Modem狀態和數據輸出寄存器為空。當對方的DCE收到載波信號后，向對方的DTE發出DCD信號（數據載波檢出），通知其DTE準備接收，同時，將載波信號解調為數據信號，從RXD線上送給DTE，DTE通過串列接收移位寄存器對接收到的位流進行移位，當收到1個字元的全部位流后，把該字元的數據位送到數據輸入寄存器，CPU可以從數據輸入寄存器讀取字元。

2、採用專用電話線通信：在通信雙方的MODEM之間採用電話線進行通信，則只要使用2～8號信號線進行聯絡與控制。不需要電話機、振鈴信號RI和DTR信號.

二、近距離通信：

當通信距離較近時，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯絡信號，只需三根線（發送線、接收線、信號地線）便可實現全雙工非同步串列通信，即是這裡要討論的第一種情況。

無Modem時，最大通信距離按如下方式計算：

RS-232C標準規定：當誤碼率小於4%時，要求導線的電容值應小於2500PF。對於普通導線，其電容值約為170PF/M。則允許距離L=2500PF/（170PF/M）=15M

這一距離的計算，是偏於保守的，實際應用中，當使用9600bps，普通雙絞屏蔽線時，距離可達30~35米。

1、零Modem 的最簡連線（3線制）

圖3是零MODEM方式的最簡單連接（即三線連接），圖中的2號線與3號線交叉連接是因為在直連方式時，把通信雙方都當作數據終端設備看待，雙方都可發也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請求發送RTS有效和數據終端準備好DTR有效就能開始發送和接收。

⑴RTS與CTS互聯：只要請求發送，立即得到允許

⑵DTR與DSR互聯：只要本端準備好，認為本端立即可以接收（DSR、數傳機準備好）。

2、零Modem標準連接：

如果想在直接連接時，而又考慮到RS-232C的聯絡控制信號，則採用零MODEM方式的標準連接方法，其通信雙方信號線安排如下1-2-3-4-5順序所演示的那樣。

無Modem的標準聯線（7線制）如圖所示：

從中可以看出，RS-232C介面標準定義的所有信號線都用到了，並且是按照DTE和DCE之間信息交換協議的要求進行連接的，只不過是把DTE自己發出的信號線送過來，當作對方DCE發來的信號，因此，又把這種連接稱為雙叉環回介面。

雙方的握手信號關係如下（註：甲方乙方並未在圖中標出）：

⑴當甲方的DTE準備好，發出DTR信號，該信號直接聯至乙方的RI（振鈴信號）和DSR（數傳機準備好）。即只要甲方準備好，乙方立即產生呼叫（RI）有效，並同時準備好（DSR）。儘管此時乙方並不存在DCE（數傳機）。

⑵甲方的RTS和CTS相連，並與乙方的DCD互連。即：一旦甲方請求發送（RTS），便立即得到允許（CTS），同時，使乙方的DCD有效，即檢測到載波信號。

⑶甲方的TXD與乙方的RXD相連，一發一收。

RS-232-C標準主要是DTE和DCE之間的連接定義，內容包括介面的電氣特性、機械特性等。RS-232-C的插頭分為DCE端和DTE端。傳統的RS-232-C介面標準有22根線，採用標準25芯D型插頭座。後來的PC上使用簡化了的9芯D型插座，在單片機應用中25芯插頭座已很少採用。這兩種類型中，25芯定義與9芯相關的RS-232-C串列標準介面信號定義見表1。雖然表1中9芯D型插頭座沒有定義保護地，但金屬外殼設備的保護地不應沒有，這裡顯然可以借用1或9。遇到接RS-232電纜的情況時，最用萬用表量一下。用握手線了。數據的發送流程是這樣的：在發送數據之前，發送端要給出請求發送信號CTS。接著接收端發出數據終端準備好信號DTR，發送端的DSR接收到對方的DTR以後，開始在TXD上送出數據。和數據機相連，通過電話線傳輸數據時，必須使用握手線，RS-232-C信號定義中的數據載波檢測（DCD）、振鈴指示等就是用於這一目的的。

表1 RS-232介面信號定義

表2 RS-232電氣特性