快速了解RS232串行通信

在计算机通信领域，RS232串行通信协议几十年来一直发挥着至关重要的作用。 本教程旨在全面了解 RS232 协议的基础知识、工作原理和应用。 那么，让我们开始吧！

1、概述

RS232，也称为推荐标准 232，是 20 世纪 60 年代推出的一种广泛使用的串行通信协议。 它为串行数据通信中设备的互换性和兼容性提供了指南。 RS232在计算机通信中发挥着至关重要的作用，并在各个行业中得到广泛采用。

它已成为计算机通信的基石，实现计算机、调制解调器和外围设备之间可靠的信息交换。 该标准规定了串行通信的电压电平、信号时序和连接器引脚分配。 尽管出现了较新的协议，RS232 由于其简单性和广泛的支持，在某些应用中仍然具有重要意义。

2、什么是串行数据通信？

串行数据通信是一种使用单个数据通道在两个设备或系统之间传输数据的方法。 它涉及通过通信链路依次发送数据位。 数据以连续的位流传输，每个数据单元（通常称为“字节”）由起始位和停止位构成。

这种方法通常用于各种通信协议，例如RS-232、UART、SPI和I2C，以远距离或在不同类型的设备之间传输数据。 如果串行数据与时钟信号同步，则称为同步串行数据通信；如果数据与时钟信号不同步，则称为异步数据通信。

3、什么是RS232？

RS232 是一种标准协议，定义了设备之间串行通信的电气和功能特性。 它使用简单的点对点连接，其中数据通过单线按顺序发送。

RS232 的工作原理是异步通信，这意味着数据以单独的位传输，而不需要连续的时钟信号。 RS232 能够以 1.492kbps 的速率进行长达 15 米的通信，而两个设备之间不会出现任何中断。

4、RS232应用

RS232 虽然在现代技术中不太流行，但仍然有一些实际应用。 以下是有关其使用的一些要点：

工业自动化：RS232 通常用于工业自动化系统，支持 PLC、HMI、传感器和执行器等设备之间的通信。

遗留系统：由于 RS232 的兼容性和广泛采用，各行业中的许多旧系统和设备都依赖 RS232 进行数据交换和控制。

销售 (POS) 系统：RS232 在 POS 系统中用于连接条码扫描仪、收银机和收据打印机等设备，确保无缝数据传输。

电信(Telecommunications)：RS232 可用于调制解调器、路由器和交换机等电信设备，允许通过串行连接进行配置和管理。

医疗设备：RS232 存在于患者监护系统和诊断设备等医疗设备中，促进数据传输和控制功能。

嵌入式系统：RS232 在嵌入式系统和基于微控制器的项目中很流行，提供了简单的编程和调试方法。

5、RS232如何工作？

考虑这样一个场景：您的计算机（DTE – 数据终端设备）使用 RS232 电缆连接到调制解调器（DCE – 数据通信设备）。 计算机想要将数据发送到调制解调器以便通过电话线传输。

RTS（准备发送）信号由数据终端设备（DTE）设备（例如计算机）用来通知数据通信设备（DCE）设备（例如调制解调器）它已准备好传输数据。 当 DTE 准备发送数据时，它将 RTS 线设置为逻辑高 (1) 电平。 DCE 接收该信号并通过激活清除发送 (CTS) 线路对其进行确认。

DCE 设备使用 CTS（清除发送）信号来指示它已准备好从 DTE 设备接收数据。 当 DCE 准备接收数据时，它将 CTS 线设置为逻辑高 (1) 电平。 DTE 接收该信号并可以继续传输数据。

TXD（传输数据）线由 DTE 用于向 DCE 传输数据。 DTE 通过 TXD 线路串行发送二进制数据位，一次一位。 数据按照 RS232 电压电平和协议进行编码和传输。

例如：假设我们要向计算机（DTE）发送8位信息（11001110）到调制解调器（DEC），那么首先我们将DTE的RST设置为高。 此时，DCE 清除其 CTS 并通知 DTA DCE 已准备好接收来自 DTE 的数据。 发送数据以星位开始，该位应为 0。发送起始位后，TX 线发送数据，本例中数据为 11001110。发送完数据位后发送奇偶校验位，但不强制发送。 发送一位或两位停止位来完成传输。 请记住，停止位应始终为 1。因此，总数据包将为 01100111011。

6、RS232协议基础

6.1 电压与逻辑表示

RS232 使用电压电平来表示二进制数据。 传统上，正电压代表逻辑0，范围为+5V至+15V，而负电压代表逻辑1，范围为-5V至-15V。 逻辑1称为“标记”，逻辑0称为“间隔”。 然而，现代 RS232 实现通常使用反逻辑，其中正电压代表逻辑 1，负电压代表逻辑 0。

6.2 数据编码

为了有效地传输数据，RS232 采用了一种称为数据编码的方法。 它将二进制数据转换为适合通过串行连接传输的格式。 常用的编码方案包括 ASCII（美国信息交换标准代码）和 Unicode。

6.3 起始位和停止位

RS232 为每个传输的数据字节添加起始位和停止位。 这些位为数据提供同步和成帧。 起始位指示数据字节的开始，通常称为 0，而停止位则标记其结束。 通常，RS232 使用一位起始位和一位或两位停止位。

6.4 奇偶校验位

奇偶校验位是数据通信中使用的基本错误检查机制。 它有四种变体：偶数、奇数、标记和间隔。 为了说明这一点，请考虑数字 011。在偶校验的情况下，奇偶校验位将设置为 0，而对于奇校验，则将设置为 1。

6.5 波特率

波特率决定了通过 RS232 连接传输数据的速度。 它代表每秒信号变化的数量。 RS232 通信的常见波特率包括 9600、19200 和 115200 比特每秒 (bps)。 较高的波特率可实现更快的数据传输，但可能需要更可靠的布线。

6.5 RS232电缆

RS232电缆，也称为串行电缆，用于在遵循RS232串行通信标准的设备之间建立连接。 该电缆可以在计算机、调制解调器、打印机和其他外围设备等设备之间传输数据和控制信号。

6.6 RS232 连接器类型

RS232 支持不同的连接器类型，包括 DB9 和 DB25。 DB9 连接器有 9 个引脚，而 DB25 连接器有 25 个引脚。 这些连接器确保设备之间安全可靠的物理连接。

这些电缆有两种类型，一种是公连接器 (DTE)，另一种是母连接器 (DCE)。 例如，DTE（数据传输设备）电缆用于PC和调制解调器之间的通信，DCE（数据通信设备）电缆用于调制解调器和PLC或微控制器之间的通信。

6.6.1 DB-9 连接器

DB9连接器也称为DE-9连接器，是一种常见的串行通信端口。 它具有排列成紧凑矩形形状的九个引脚。 DB9 连接器广泛用于各种应用，包括将鼠标、键盘和打印机等外围设备连接到计算机，以及调制解调器、路由器和工业设备等设备之间的串行通信 (RS232)。

DB-9连接器连接图

DB-9 连接器引脚分配

DB-9连接器引脚定义

引脚号	描述
1	载波检测（CD）
2	接收数据（RXD）
3	发送数据（TXD）
4	数据终端就绪 (DTR)
5	接地 (GND)
6	数据集就绪 (DSR)
7	请求发送 (RTS)
8	清除发送 (CTS)
9	环形指示器 (RI)

7、RS232的限制

虽然RS232已广泛用于串行通信，但它也有一定的局限性，导致近年来其受欢迎程度下降。 以下是 RS232 的一些限制：

传输距离有限：RS232通信在传输距离方面受到限制。 通常，RS232 的最大可靠距离约为 50 英尺（15 米）。 超出此距离，可能会发生信号衰减，从而导致数据传输错误。 这一限制使得 RS232 不太适合长距离通信要求。

较低的数据传输速率：与 USB、以太网或无线技术等现代替代技术相比，RS232 是一种相对较慢的通信协议。 它通常仅限于较低的数据传输速率，通常范围为 19.2 kbps（千位每秒）到 115.2 kbps。 对于需要高速数据传输的应用来说，这种限制可能会受到限制。

与现代接口不兼容：RS232 接口与许多现代设备不直接兼容，例如智能手机、平板电脑和笔记本电脑，这些设备通常缺少 RS232 端口。 这种不兼容性使得将 RS232 设备直接连接到这些较新的设备（无需额外的适配器或转换器）变得具有挑战性。

笨重和电缆限制：与现代电缆类型相比，RS232 电缆（尤其是带有 DB9 或 DB25 连接器的电缆）可能体积庞大且灵活性较差。 RS232 电缆的尺寸和限制可能会限制其在空间有限的紧凑型或便携式设备中的使用。

缺乏即插即用支持：RS232 通信通常需要手动配置和设置通信参数，例如波特率、奇偶校验和停止位。 与提供自动检测和配置的新型通信接口相比，缺乏即插即用支持可能会使初始设置和故障排除更加复杂。

尽管有这些限制，RS232 仍然在特定应用中有用，特别是在遗留系统、工业自动化以及与现有 RS232 设备的兼容性至关重要的场景中。 然而，对于许多现代应用来说，具有更高数据速率、更长传输距离和更方便接口的替代通信协议已成为优于 RS232 的首选。