在這一課里，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)RS-232C串行通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及單片機(jī)和電腦的RS-232C串行通信接口技術(shù)簡(jiǎn)介，為學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)單片機(jī)串口通信應(yīng)用系統(tǒng)打好基礎(chǔ)，希望大家在看完這篇文章后對(duì)串行通信有初步的認(rèn)識(shí)。

【通信基本概念】

什么是通信？簡(jiǎn)單地說(shuō)，不同的系統(tǒng)經(jīng)由線路相互交換數(shù)據(jù)，就是通信。通信的主要目的是將數(shù)據(jù)從一端傳送到另一端，達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的。例如，從人與人之間的對(duì)話、計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換到計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送，乃至于廣播或衛(wèi)星都是通信的一種，一個(gè)完整的通信系統(tǒng)包括發(fā)送端、接收端、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的接口及傳送數(shù)據(jù)的實(shí)際信道。

【通信的種類(lèi)】

按照通信的形式可以分為兩種，其中一種為并行傳輸?shù)耐ㄐ?，即并行通信（Parallel Communication），另一種則為串行通信（Serisl Communication）。這兩種通信方式的區(qū)別是，并行通信一次的傳輸數(shù)據(jù)量為8位（1個(gè)字節(jié)）；而串行通信則一次只能傳輸1位，傳輸1字節(jié)數(shù)據(jù)（8位）數(shù)據(jù)就需要8次才能傳出去，因此，它們兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸速度就相差8倍。看到這里，估計(jì)有些朋友會(huì)問(wèn)，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？！其實(shí)不能這么認(rèn)為，兩種通信方式各有特點(diǎn)，串行通信之所以存活了這么長(zhǎng)時(shí)間，自然有它的長(zhǎng)處。

串行通信一次只傳輸1位，相對(duì)來(lái)說(shuō)，要處理的數(shù)據(jù)電壓只有一個(gè)，因此比較不容易漏失數(shù)據(jù)，通信時(shí)候再加上一些校驗(yàn)防范措施后，串行通信的出錯(cuò)就更不容易了，串行通信端口（Serisl Communication Port）在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極其重要的角色，不僅沒(méi)有因?yàn)闀r(shí)代的進(jìn)步而被淘汰，反而失在規(guī)格上愈來(lái)愈向其極限挑戰(zhàn)，下面我們重點(diǎn)來(lái)介紹RS-232C串行通信。

并行通信雖然可以在一次的數(shù)據(jù)傳輸中傳送8位，但是數(shù)據(jù)電壓在傳送的過(guò)程中，容易因?yàn)榫€路及干擾因素使得電壓準(zhǔn)電位發(fā)生變化（主要為電壓衰減和信號(hào)間相互干擾問(wèn)題），因而使得傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，通信距離越長(zhǎng)，問(wèn)題越明顯，因此并行通信主要用于傳輸距離較短的場(chǎng)合，如電腦主板的并口LPT1，主要和并行打印機(jī)通信。

【RS-232串行通信】

一、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹

RS-232C是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線。RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱(chēng)是EIA-RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，其中RS是Recommended Standard的縮寫(xiě)，代表推贈(zèng)標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在這之前，有過(guò)RS-232A、RS-232B標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)上的串行通信端口（RS-232）是標(biāo)準(zhǔn)配置端口，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)上一般都有1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口，即通道COM1和COM2。下圖為計(jì)算機(jī)主板上的兩個(gè)RS-232通信端口圖片及端口屬性，我們一般可以從計(jì)算機(jī)后面查看到本機(jī)的通信端口。

計(jì)算機(jī)的RS-232串行通信接口圖片

如左圖所示，我們可以從操作系統(tǒng)的設(shè)備管理器中查看電腦的通信端口屬性，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的：控制面板 -》 系統(tǒng) -》 硬件 -》 設(shè)備管理器 -》 端口，就可以看到自己電腦通信端口，在圖中顯示了這臺(tái)計(jì)算機(jī)有1個(gè)ECP打印機(jī)并行通信端口LPT1和2個(gè)RS-232串行通信端口COM1和COM2。只要顯示的端口名稱(chēng)前面沒(méi)有黃色的驚嘆號(hào)的話，就表示這個(gè)端口是可以使用的。

二、RS-232C電氣特性

EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了明確規(guī)定。

在TXD和RXD引腳上電平定義：邏輯1（MARK） ＝ -3V～-15V

邏輯0（SPACE） ＝ ＋3～＋15V

在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制線上電平定義：

信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V

信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V～-15V

以上規(guī)定說(shuō)明了RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”的傳輸?shù)碾娖綖?3V～-15V，邏輯“0”傳輸?shù)碾娖綖?3V～+15V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平為+3V～+15V，斷開(kāi)狀態(tài)（OFF）即信號(hào)無(wú)效的電平為-3V～-15V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V 時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)；而介于-3～+3V之間的電壓即處于模糊區(qū)電位，此部分電壓將使得計(jì)算機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確判斷傳輸信號(hào)的意義，可能會(huì)得到0，也可能會(huì)得到1，如此得到的結(jié)果是不可信的，在通信時(shí)候體現(xiàn)的是會(huì)出現(xiàn)大量誤碼，造成通信失敗。因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證傳輸?shù)碾娖皆凇溃?～15）V 之間。

三、RS-232C機(jī)械連接器及引腳定義

目前，大部分計(jì)算機(jī)的RS-232C通信接口都使用了DB9連接器，如上面圖中所示，主板的接口連接器有9根針輸出（RS-232公頭），也有些比較舊的計(jì)算機(jī)使用DB25連接器輸出，下面我們來(lái)介紹DB9和DB25輸出接口的引腳定義。

RS-232C串口引腳定義表

9針RS-232串口（DB9）.25針RS-232串口（DB25）

引腳簡(jiǎn)寫(xiě)功能說(shuō)明引腳簡(jiǎn)寫(xiě)功能說(shuō)明

1CD載波偵測(cè)（Carrier Detect）8CD載波偵測(cè)（Carrier Detect）

2RXD接收數(shù)據(jù)（Receive）3RXD接收數(shù)據(jù)（Receive）

3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（Transmit）2TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（Transmit）

4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（Data Terminal Ready）20DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（Data Terminal Ready）

5GND地線（Ground）7GND地線（Ground）

6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（Data Set Ready）6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（Data Set Ready）

7RTS請(qǐng)求發(fā)送（Request To Send）4RTS請(qǐng)求發(fā)送（Request To Send）

8CTS清除發(fā)送（Clear To Send）5CTS清除發(fā)送（Clear To Send）

9RI振鈴指示（Ring Indicator）22RI振鈴指示（Ring Indicator）

四、RS-232C的通信距離和速度

RS-232規(guī)定最大的負(fù)載電容為2500pF，這個(gè)電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于RS-232C的發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地（GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號(hào)傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)中，在不使用調(diào)制解調(diào)器（MODEM）時(shí)，RS-232能夠可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笸ㄐ啪嚯x為15米，對(duì)于RS232遠(yuǎn)程通信，必須通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信連接。

現(xiàn)在個(gè)人計(jì)算機(jī)所提供的串行端口的傳輸速度一般都可以達(dá)到115200bps甚至更高，標(biāo)準(zhǔn)串口能夠提供的傳輸速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等，在儀器儀表或工業(yè)控制場(chǎng)合，9600bps是最常見(jiàn)的傳輸速度，在傳輸距離較近時(shí)，使用最高傳輸速度也是可以的。傳輸距離與傳輸速度的關(guān)系成反比，適當(dāng)?shù)亟档蛡鬏斔俣?，可以延長(zhǎng)RS-232的傳輸距離，提高通信的穩(wěn)定性。

五、RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片及電路

RS-232C 規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不同的，例如：RS-232的邏輯“1”是以-3～-15V來(lái)表示的，而單片機(jī)的邏輯“1”是以+5V來(lái)表示的，兩者完全不同。因此，單片機(jī)系統(tǒng)要和電腦的RS-232接口進(jìn)行通信，就必須把單片機(jī)的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的RS-232C電平，或者把計(jì)算機(jī)的RS-232C電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的TTL電平，通信時(shí)候必須對(duì)兩種電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法可以使用分立元件，也可以使用專(zhuān)用RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。目前較為廣泛地使用專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換芯片，如MC1488、MC1489、MAX232等電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)EIA到TTL電平的轉(zhuǎn)換。下面來(lái)介紹MAXIM公司的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232及接口電路。

如下面圖中所示，MAX232是單電源雙RS-232發(fā)送/接收芯片，采用單一 +5V電源供電，外接只需4個(gè)電容，便可以構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信接口，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用， 其主要特性如下：

主要特點(diǎn)：

1、符合所有的RS-232C技術(shù)規(guī)范

2、只要單一 +5V電源供電

3、片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 -10V電壓V+、V-

4、低功耗，典型供電電流5mA

5、內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器

6、內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C接收器

單片機(jī)和計(jì)算機(jī)RS-232接口電路如下圖所示，圖中的C1、C2、C3、C4是電荷泵升壓及電壓反轉(zhuǎn)部分電路，產(chǎn)生V+、V-電源供EIA電平轉(zhuǎn)換使用，C5是VCC對(duì)地去耦電容，其值為0.1UF，電容C1～C5安裝時(shí)必須盡量靠近MAX232芯片引腳，以提高抗干擾能力。

采用MAX232CPE 芯片的PC機(jī)與MCS-51單片機(jī)串行通信接口電路

下圖是一個(gè)采用分立元件構(gòu)成的簡(jiǎn)易R(shí)S-232串行通信接口電路，使用三極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，能夠由于簡(jiǎn)單的通信，對(duì)于通信穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用，不建議使用分立元件，分立元件電路的穩(wěn)定性，誤碼率較高，不能完全滿(mǎn)足RS-232C的全部技術(shù)指標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，網(wǎng)上也可以看到部分網(wǎng)站產(chǎn)品使用分立元件構(gòu)成。

采用分立元件的簡(jiǎn)易R(shí)S-232C通信接口電路

通過(guò)對(duì)前面的學(xué)習(xí)，我們對(duì)RS-232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了初步的了解，同時(shí)也掌握了單電源雙RS-232發(fā)送/接收芯片MAX232CPE的應(yīng)用。有了這些基礎(chǔ)，我們開(kāi)發(fā)單片機(jī)和電腦RS232串口通信系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)也就簡(jiǎn)單了。只要給我們單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板增加RS232電平轉(zhuǎn)換電路，即可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的串行通信，下面是采用MAX232CPE專(zhuān)用串口電平轉(zhuǎn)換芯片的S51增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板和電腦通信的圖片。