RS-232
在电信中, RS-232或推荐的标准232是最初于1960年引入的标准,用于数据的串行通信传输。它正式定义了DTE (数据终端设备)(例如计算机终端)和DCE (数据电路终止设备或数据通信设备)之间连接的信号。该标准定义了信号的电气特性和时机,信号的含义以及连接器的物理尺寸和引脚。该标准的当前版本是1997年发行的串行二进制数据互换的数据终端设备和数据电路终止设备之间的TIA-232-F接口。RS-232标准已在计算机串行端口中常用,并且仍然广泛使用用于工业通信设备。
符合RS-232标准的串行端口曾经是许多类型的计算机的标准功能。个人计算机不仅将它们用于与调制解调器的连接,还将其用于打印机,计算机鼠标,数据存储,不间断的电源和其他外围设备。
与后来的接口(例如RS-422 , RS-485和以太网)相比,RS-232具有较低的传输速度,最大的最大电缆长度,较大的电压摆动,较大的标准连接器,无多点功能和有限的多种功能。在现代个人计算机中, USB从其大多数外围界面角色中取代了RS-232。然而,由于它们的简单性和过去的无处不在,RS-232接口仍然使用- 尤其是在工业CNC机器,网络设备和科学仪器中,在该机构中,短距离,点对点,低速有线数据连接完全足够。
标准范围
截至1969年,电子工业协会(EIA)标准RS-232-C定义了:
该标准没有定义字符编码(即ASCII , EBCDIC或其他),字符框架(启动或停止位等),位零位传输顺序或错误检测协议的元素。字符格式和传输比特率是由串行端口硬件(通常是UART)设置的,它可能包含电路,将内部逻辑级别转换为RS-232兼容信号级别。该标准并未定义传输的比特率,只是它表示其旨在低于每秒20,000位的比特率。
历史
RS-232是由电子工业协会(EIA)于1960年首次作为建议的标准引入的。原始的DTE是机电电型电源器,原始DCE是(通常)调制解调器。当电子终端(智能和愚蠢)开始使用时,它们通常被设计为可以与电视节目互换,因此支持RS-232。
由于标准没有预见到计算机,打印机,测试仪器, POS终端等设备的要求,因此在其设备上实现RS-232兼容界面的设计师通常会用特殊的方式解释了标准的特质。由此产生的常见问题是连接器上电路的非标准引脚分配,以及不正确或缺失的控制信号。缺乏对标准的依从性产生了蓬勃发展的分组盒,补丁盒,测试设备,书籍和其他辅助设备,以连接不同的设备。与标准的常见偏差是以降低电压驱动信号。因此,一些制造商构建了提供+5 V和-5 V的发射器,并将其标记为“ RS-232兼容”。
后来的个人计算机(和其他设备)开始使用标准,以便它们可以连接到现有设备。多年来,与RS-232兼容的端口是许多计算机上串行通信(例如调制解调器连接)的标准功能(计算机充当DTE)。在1990年代后期,它一直在广泛使用。在个人计算机外围设备中,它在很大程度上被其他接口标准(例如USB)所取代。 RS-232仍用于连接外围设备,工业设备(例如PLC ),控制台端口和特殊用途设备的旧设计。
随着赞助组织更名,该标准已在其历史上被重命名多次,并且被称为EIA RS-232,EIA 232,最近作为TIA 232。电子工业协会以及1988年电信行业协会(TIA)以来。修订C在1969年8月的一份文件中发出。修订D于1986年发出。当前的修订是数据终端设备和使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终止设备之间的TIA-232 -F接口,自1997年发布。自1997年发布。修订C一直在定时,旨在通过CCITT标准ITU-T/CCITT v.24改善协调的细节,但是根据当前标准制造的设备将与较旧版本互操作。
相关的ITU-T标准包括V.24(电路标识)和ITU-T/CCITT v.28 (信号电压和时序特性)。
在EIA-232的修订D中,D-Subminiature连接器被正式包括在标准的一部分(仅在RS-232-C附录中引用)。电压范围扩展到±25伏,电路电容极限明确表示为2500 pf。 EIA-232的修订E引入了一种新的,较小的标准D-Shell 26针“ Alt A”连接器,并进行了其他更改以提高与CCITT标准v.24,V.28和ISO 2110的相容性.
规范文档修订历史记录:
- EIA RS-232(1960年5月)“数据终端设备和数据之间的接口”
- EIA RS-232-A(1963年10月)
- EIA RS-232-B(1965年10月)
- EIA RS-232-C(1969年8月)“数据终端设备和数据通信设备之间采用串行二进制数据交换的接口”
- EIA EIA-232-D(1986)
- TIA TIA/EIA-232-E(1991)“数据终端设备和数据通信设备之间采用串行二进制数据互换的接口”
- TIA TIA/EIA-232-F(1997年10月)
- ANSI/TIA-232-F-1997(R2002)
- TIA TIA-232-F(R2012)
标准的局限性
由于RS-232的使用超出了将终端与调制解调器互连的最初目的,因此已经开发了后继标准来解决局限性。 RS-232标准的问题包括:
- 较大的电压波动以及对正供应和负供应的需求增加了界面的功耗,并使电源设计变得复杂。电压摆动需求还限制了兼容接口的上限。
- 单端信号转导指的是公共信号接地限制了噪声免疫和传输距离。
- 未定义两个以上设备之间的多滴连接。虽然已经设计了多动“工作”,但它们的速度和兼容性却有局限性。
- 该标准无法解决将DTE直接连接到DTE或DCE与DCE的可能性。空调制解调器电缆可用于实现这些连接,但是这些连接不是由标准定义的,有些电缆使用与其他电缆不同的连接。
- 链接的两端的定义是不对称的。这使得新开发的设备有问题的作用。设计人员必须决定类似DTE的或类似DCE的接口以及要使用的连接器引脚分配。
- 界面的握手和控制线旨在用于拨号通信电路的设置和拆除;特别是,在许多设备中无法可靠地实现握手线进行流控制。
- 没有指定将电源发送到设备的方法。虽然可以从DTR和RTS线中提取少量电流,但这仅适用于小鼠等低功耗设备。
- 与当前的实践相比,标准中建议使用的25针D-SUB连接器很大。
在现代个人计算机中的角色
在《 PC 97硬件设计指南》中, Microsoft对原始IBM PC设计的RS-232兼容串行端口进行了弃用。如今,RS-232大多被USB在个人计算机中替换了本地通信。与RS-232相比,优势是USB更快,使用较低的电压,并且具有更易于连接和使用的连接器。与RS-232相比,USB的缺点是USB对电磁干扰(EMI)的免疫力差异得多,并且标准定义的最大电缆长度较短(RS-232的15米,RS-232对USB的3- 5米,取决于USB,取决于USB版本和活动电缆的使用)。与适当的线驱动器相关的RS-232电缆长度为2000米。
在实验室自动化或测量等领域,RS-232设备继续使用。某些类型的可编程逻辑控制器,可变频率驱动器,伺服驱动器和计算机化的数值控制设备可通过RS-232进行编程。计算机制造商通过重新引入了计算机上的DE-9M连接器或使适配器可用来响应这一需求。
RS-232端口也通常用于与无头系统(如服务器) (未安装监视器或键盘)等无头系统通信,在启动过程中尚未运行时,因此无法进行网络连接。具有RS-232串行端口的计算机可以与嵌入式系统(例如路由器)的串行端口进行通信,以替代通过以太网进行监视。
物理接口
在RS-232中,用户数据作为位时间序列发送。标准支持同步和异步传输。除了数据电路外,该标准还定义了用于管理DTE和DCE之间连接的许多控制电路。每个数据或控制电路仅在一个方向上运行,即从DTE到附加的DCE或反向发出信号。由于传输数据和接收数据是单独的电路,因此接口可以以完整的双面方式运行,从而支持两个方向的并发数据流。该标准不会在数据流或字符编码中定义字符框架。
电压水平
RS-232标准定义了与数据传输和控制信号线相对应的电压水平,逻辑零级别对应。有效信号在+3至+15伏的范围内,或相对于“共同地面”(GND)引脚的-3至-15伏范围;因此,-3和+3伏之间的范围不是有效的RS-232水平。对于数据传输线(TXD,RXD及其二次通道等效物),逻辑一个表示为负电压,信号条件称为“标记”。逻辑零以正电压为信号,信号条件称为“空间”。对照信号具有相反的极性:主断言或主动状态为正电压,而脱位或无活性状态为负电压。控制线的示例包括发送请求(RTS),清除发送(CTS), Data Terminal Ready (DTR)和Data Ready(DSR)。
数据电路 | 控制电路 | 电压 |
---|---|---|
0(空间) | 断言 | +3至+15 V |
1(标记) | 干燥 | -15至-3 V |
该标准指定25伏的最大开路电压:±5 V,±10 V,±12 V和±15 V的信号水平通常根据线驱动器电路可用的电压。一些RS-232驾驶员芯片具有内置电路,可从3或5伏电源中产生所需的电压。 RS-232驱动器和接收器必须能够承受无限期的短路或最高±25伏的任何电压水平。还控制了振荡速率或信号之间的信号变化的速度,也受到控制。
由于电压级别高于通常由集成电路使用的逻辑水平,因此需要特殊的间驱动电路来翻译逻辑水平。这些还保护设备的内部电路免受RS-232接口上可能出现的短路或瞬变的影响,并提供足够的电流以符合数据传输的降压率要求。
由于RS-232电路的两端取决于接地引脚为零伏特,因此在连接机械和计算机一端的地面销之间的电压时会出现问题,另一端的地面引脚并不为零。这也可能导致危险的地面环。使用共同地面限制RS-232与电缆相对较短的应用。如果两个设备相距遥远或在单独的电源系统上,则电缆两端的本地接地连接将具有不同的电压。这种差异将降低信号的噪音余量。平衡的差异连接(例如RS-422或RS-485)由于差异信号传导而耐受较大的地面电压差。
未使用的界面信号终止于地面,将具有未定义的逻辑状态。如果有必要将控制信号永久设置为已定义的状态,则必须将其连接到主张逻辑1或逻辑0级别的电压源,例如带有拉力电阻器。为此,一些设备在其接口连接器上提供了测试电压。
连接器
RS-232设备可以归类为数据终端设备(DTE)或数据电路终止设备(DCE);这在每个设备上定义了电线将发送和接收每个信号的设备。根据标准,雄性连接器具有DTE引脚功能,雌性连接器具有DCE PIN功能。其他设备可能具有连接器性别和销钉定义的任何组合。许多终端都是由雌性连接器制造的,但在两端都用带有雄性连接器的电缆出售。端子及其电缆满足标准中的建议。
该标准建议将d-subminiature 26针连接器达到修订c,并使其在修订时进行强制性。大多数设备仅实现标准中指定的二十个信号中的几个,因此,销钉较少的连接器和电缆足以足以使大多数连接,更紧凑,更便宜。个人计算机制造商用较小的DE-9M连接器代替了DB-25M连接器。对于个人计算机和相关设备,该连接器具有不同的引脚(请参阅串行端口引脚)。
25针D-SUB连接器的存在不一定指示符合RS-232-C的界面。例如,在原始IBM PC上,男性D-SUB是RS-232-C DTE端口(在保留引脚上具有非标准的电流环接口),但是同一PC上的女性D-SUB连接器是用于并行的“ Centronics”打印机端口。一些个人计算机将非标准电压或信号放在其串行端口的某些引脚上。
电缆
该标准不能定义最大电缆长度,而是定义了合规驱动电路必须耐受的最大电容。一项广泛使用的经验法则表明,除非使用特殊电缆,否则超过15 m(50 ft)的电缆将具有太多的电容。通过使用低电缆电缆,可以在较大的距离内保持通信,最高约300 m(1,000英尺)。对于更长的距离,其他信号标准(例如RS-422 )更适合更高速度。
由于标准定义并不总是正确地应用,因此通常有必要咨询文档,使用突破框测试连接,或使用试用和错误在互连两个设备时找到有效的电缆。连接完全符合标准的DCE设备和DTE设备将使用连接每个连接器中相同的销钉数字的电缆(所谓的“直线电缆”)。 “性别改变者”可用于解决电缆和连接器之间的性别不匹配。与不同类型的连接器连接设备需要一根电缆,该电缆根据下表连接相应的引脚。一端的电缆在一端,另一端为25个很常见。带有8p8c连接器的设备制造商通常提供带有DB-25或DE-9连接器的电缆(或有时可互换的连接器,以便它们可以与多个设备一起使用)。质量较差的电缆可能会通过数据和控制线(例如环指示器)之间的串扰引起虚假信号。
如果给定的电缆不允许数据连接,尤其是在使用性别改变器的情况下,则可能需要使用零调制解调器电缆。标准中未提及性别改变者和无效调制解调器电缆,因此没有官方批准的设计。
数据和控制信号
下表列出了常用的RS-232信号(规格中称为“电路”)及其在建议的DB-25连接器上的PIN分配(有关标准未定义的其他常用连接器,请参见串行端口引脚)。
电路 | 方向 | DB-25针 | |||
---|---|---|---|---|---|
姓名 | 典型目的 | 缩写 | DTE | DCE | |
数据终端准备就绪 | DTE准备接收,启动或继续致电。 | dtr | 出去 | 在 | 20 |
数据载体检测 | DCE正在从远程DCE接收载体。 | DCD | 在 | 出去 | 8 |
数据集准备好了 | DCE准备接收并发送数据。 | dsr | 在 | 出去 | 6 |
环指示器 | DCE在电话线上检测到了传入的环信号。 | RI | 在 | 出去 | 22 |
请求发送 | DTE请求DCE准备传输数据。 | RTS | 出去 | 在 | 4 |
准备接收 | DTE准备从DCE接收数据。如果在使用中,则假定RTS始终断言。 | rtr | 出去 | 在 | 4 |
清晰发送 | DCE准备接受DTE的数据。 | CTS | 在 | 出去 | 5 |
传输数据 | 将数据从DTE转移到DCE。 | TXD | 出去 | 在 | 2 |
收到的数据 | 将数据从DCE转移到DTE。 | rxd | 在 | 出去 | 3 |
共同点 | 上述所有电压参考。 | gnd | 常见的 | 7 | |
保护地面 | 连接到底盘地面。 | pg | 常见的 | 1 |
信号是从DTE的角度命名的。地面引脚是其他连接的共同回报,并建立了引用其他引脚上电压的“零”电压。 DB-25连接器在引脚1上包含第二个“保护地面”;这是在内部连接到设备框架接地的,不应在电缆或连接器中连接到信号接地。
环指示器
环指示器(RI)是从DCE发送到DTE设备的信号。它向终端设备指示电话线正在响起。在许多计算机串行端口中,当RI信号更改状态时会生成硬件中断。支持此硬件中断意味着可以将程序或操作系统告知RI PIN状态的变化,而无需该软件不断“调查” PIN的状态。 RI与以相反方式传递相似信息的另一个信号对应。
在外部调制解调器上,环指示灯引脚的状态通常耦合到“ AA”(自动答案)光,如果RI信号检测到环,则闪烁。断言的RI信号紧密遵循响铃模式,该模式可以允许软件检测独特的环模式。
环指示灯信号由一些较旧的不间断电源(UPS)使用,以向计算机发出电源故障状态。
可以将某些个人计算机配置为唤醒环,允许暂停接听电话的计算机。
RTS,CTS和RTR
最初定义了发送(RTS)和清除发送(CTS)信号的请求,以与半双链(一次单向)调制解调器(例如Bell 202)一起使用。这些调制解调器在不需要时禁用其发射器,并且必须在重新启用接收器时将同步序列发送给接收器。 DTE主张RTS表示希望传输到DCE的愿望,并作为回应DCE主张CTS授予许可,一旦与DCE同步在远端。这样的调制解调器不再常用。没有相应的信号表明DTE可以使用DCE暂时停止传入数据。因此,根据标准的较旧版本,RS-232对RTS和CTS信号的使用是不对称的。
该方案也用于当今RS-232至RS-485转换器。 RS-485是一个多访问总线,一次只能在其上传输一个设备,这是RS-232中未提供的概念。 RS-232设备主张RTS告诉转换器以控制RS-485总线,以便转换器以及RS-232设备可以将数据发送到总线上。
现代通信环境使用全双工(同时同时)调制解调器。在这种环境中,DTE没有理由拒绝RTS。但是,由于可能改变线路质量,数据处理等可能性,因此需要对称,双向流量控制。
各种设备制造商在1980年代后期开发和销售了对两个方向的流动控制的对称替代方案。它重新定义了RTS信号,意味着DTE准备从DCE接收数据。该方案最终通过定义一个新信号“ RTR(准备接收)”,即CCITT V.24电路133. TIA-232。 -e和相应的国际标准已更新,以表明在实施时,Circuit 133具有与RTS相同的PIN(请求发送),并且在使用133时,DCE将始终宣称RTS。 。
在此方案中,通常称为“ RTS/CTS流量控制”或“ RTS/CTS握手”(尽管技术正确的名称将是“ RTR/CTS”),DTE声称RTS准备从DCE接收数据时, DCE每当准备从DTE接收数据时就断言CTS。与原始的RT和CTS与半双链调制解调器的使用不同,这两个信号彼此独立运行。这是硬件流控制的示例。但是,在配备RS-232的设备上可用的选项的描述中,“硬件流控制”并不总是表示RTS/CTS握手。
必须准备使用此协议的设备来缓冲一些额外的数据,因为远程系统可能已经在本地系统de-serpers de-serpers rtr之前开始传输。
3线和5线RS-232
当不需要RS-232的完整设施时,通常使用最小的“ 3线” RS-232连接,该连接仅由发送数据,接收数据和地面组成。即使数据流是一种方式,甚至可以使用两线连接(数据和地面)(例如,如果没有通过RS进行配置,则定期发送重量读数或定期发送位置的GPS接收器的数字邮政标尺或GPS接收器-232是必要的)。除了双向数据之外,仅需要硬件流量控制时,将在5线版本中添加RTS和CTS行。
很少使用的功能
EIA-232标准指定了大多数实现中未使用的几个功能的连接。它们的使用需要25针连接器和电缆。
信号率选择
DTE或DCE可以指定使用“高”或“低”信号传导速率。速率以及哪个设备将选择速率,必须在DTE和DCE中配置。预处理设备通过将引脚23设置为ON选择高速率。
回环测试
许多DCE设备具有用于测试的回环功能。启用后,将信号回声回到发件人,而不是发送到接收器。如果得到支持,DTE可以通过将PIN 18设置为ON或远程DCE(将本地DCE连接到local DCE连接到)来输入回环模式,则可以发出本地DCE(已连接到回环模式21到ON。后者测试了通信链接以及两个DCE。当DCE处于测试模式时,它通过将引脚25设置为ON来表示DTE。
环回测试的常用版本不涉及任何一端的任何特殊功能。硬件回环只是将互补销连接在一起的电线(请参见Loopback )。
回环测试通常是使用称为BIT错误率测试仪(或BERT)的专用DTE进行的。
正时信号
一些同步设备提供了一个时钟信号,以同步数据传输,尤其是在较高的数据速率下。 DCE在第15和17号的DCE提供了两个正时信号。引脚15是发射器时钟,或发送正时(ST);当该时钟从OFF转换为ON时,DTE将下一个位放在数据线(引脚2)上(因此,当DCE注册位时,在ON到OFF过渡期间稳定)。引脚17是接收器时钟,或接收正时(RT);当该时钟从ON到OFF过渡时,DTE将从数据线(引脚3)读取下一点。
另外,DTE可以在引脚24上提供一个称为发射机正时(TT)的时钟信号,以获取传输数据。当时钟从OFF到ON转换时,数据会更改,并在ON到OFF过渡期间读取。 TT可以用来克服ST必须穿越长度和延迟的电缆的问题,在另一个未知延迟后从DTE中稍微回到DTE,并通过相同的未知电缆延迟将其返回到DCE。由于可以在DTE设计中固定传输位和TT之间的关系,并且两个信号都使用TT消除了相同的电缆长度。可以通过与适当的阶段更改循环返回ST与传输数据相一致,从而生成TT。 ST环回到TT,使DTE使用DCE作为频率参考,然后将时钟更正到数据正时。
次要通道
DTE和DCE设备可以选择实现辅助数据通道,与主通道的能力相同。 PIN分配如下:
讯号 | 别针 |
---|---|
共同点 | 7(与初级相同) |
次要传输数据(STD) | 14 |
次要收到的数据(SRD) | 16 |
发送(SRTS)的次要请求 | 19 |
次要发送(SCT) | 13 |
次级载体检测(SDCD) | 12 |
相关标准
其他串行信号标准可能不会与符合标准的RS-232端口互操作。例如,使用接近+5 V和0 V的TTL级别将标记水平放在标准的未定义区域中。有时将此类水平与NMEA 0183-相对的GPS接收器和深度查找器一起使用。需要诸如Max232之类的芯片来转换电压水平。
20 mA电流环的使用使用20 mA电流,而循环中的电流则以低为低;这种信号传导方法通常用于长距离和光学隔离的链接。将电流循环设备连接到合规的RS-232端口需要一个级别的转换器。电流循环设备可以提供超过符合设备的必备电压限制的电压。原始的IBM PC串行端口卡实现了20 mA电流环接口,该接口从未由其他与插件的设备进行模拟。
其他串行接口类似于RS-232:
- RS-422 - 类似于RS-232的高速系统,但具有差异信号传导
- RS-423 - 类似于RS-422的高速系统,但信号不平衡
- RS-449 - 使用RS-422和RS-423信号的功能和机械接口;从来没有像RS-232那样捕获,并且被EIA撤回
- RS-485 - RS-422的后代,可以用作多功能配置中的总线
- MIL-STD-188 - 像RS-232这样的系统,但具有更好的阻抗和增加时间控制
- EIA-530 - 使用RS-422或RS-423的高速系统中的EIA-232 PINOUT配置中的电气性能,从而将两者的最佳组合在一起;取代RS-449
- EIA/TIA-561 - 定义八位,八接口(8p8c)模块化连接器的RS-232 PINOUTS(可能不正确地称为RJ45连接器)
- EIA/TIA-562 - EIA/TIA-232的低压版本
- TIA-574 - 标准化9针D-Subminiature Connector PinOut,用于EIA-232电信机,始于IBM PC/AT
- EIA/TIA-694 - 类似于TIA/EIA-232-F,但支持高达512 kbit/s的较高数据速率
国际电信联盟发布标准ITR-R V.24(以前为CCITT标准v.24),“数据终端设备(DTE)和数据电路终止设备(DCE)之间的交换电路定义列表” EIA卢比232. V. 24中的那些未指定信号级别或时间安排。信号的电参数在ITU-RV.28中指定。
开发工具
在使用RS-232开发或故障排除系统时,仔细检查硬件信号对于发现问题很重要。这可以使用带有LED的简单设备来完成,以指示数据和控制信号的逻辑级别。 “ Y”电缆可用于允许使用另一个串行端口在一个方向上监视所有流量。串行线分析仪是一种类似于逻辑分析仪的设备,但专门用于RS-232的电压级别,连接器以及使用时钟信号。它收集,存储和显示数据和控制信号,使开发人员可以详细查看它们。有些只是将信号显示为波形;更详细的版本包括在ASCII或其他常见代码中解码字符的能力,以及解释RS-232上使用的常见协议,例如SDLC , HDLC , DDCMP和X.25 。串行线分析仪可作为独立单元,作为通用逻辑分析仪和示波器的软件和接口电缆,以及在共同的个人计算机和设备上运行的程序。