一、RS232基礎(chǔ)知識

計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。

在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口（又稱EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。

RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)，代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它是在1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。

1、電氣特性

EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)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(tài)，正電壓）＝+3V～+15V信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V～-15V

根據(jù)設(shè)備供電電源的不同，+-5、+-10、+-12和+-15這樣的電平都是可能的。

2、連接器的機械特性

由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)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。最近，8管腳的RJ-45型連接器變得越來越普遍，盡管它的管腳分配相差很大。EIA/TIA 561標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種管腳分配的方法，但是由Dave Yost發(fā)明的被廣泛使用在Unix計算機上的Yost串連設(shè)備配線標(biāo)準(zhǔn) （"Yost Serial Device Wiring Standard"）以及其他很多設(shè)備都沒有采用上述任一種連線標(biāo)準(zhǔn)。下表中列出的是被較多使用的RS-232中的信號和管腳分配：

信號的標(biāo)注是從DTE設(shè)備的角度出發(fā)的，TD、DTR和RTS信號是由DTE產(chǎn)生的，RD、DSR、CTS、DCD和RI信號是由DCE產(chǎn)生的。

PC 機的RS-232 口為9 芯針插座。一些設(shè)備與PC 機連接的RS-232 接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號地GND”。

雙向接口能夠只需要3根線制作是因為RS-232的所有信號都共享一個公共接地。非平衡電路使得RS-232非常的容易受兩設(shè)備間基點電壓偏移的影響。對于信號的上升期和下降期，RS-232也只有相對較差的控制能力，很容易發(fā)生串話的問題。RS-232被推薦在短距離（15m以內(nèi)）間通信。由于非對稱電路的關(guān)系，RS-232接口電纜通常不是由雙絞線制作的。

3、傳輸電纜

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制。

例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。

由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50 英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出下面實驗結(jié)果。其中1 號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內(nèi)有三對雙絞線，每對由22# AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2 號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG 的四芯電纜。

4、鏈路層在RS-232標(biāo)準(zhǔn)中，字符是以一系列位元來一個接一個的傳輸。最長用的編碼格式是異步起停asynchronous start-stop格式，它使用一個起始位后面緊跟7或8 個數(shù)據(jù)比特，這個可能是奇偶位，然后是兩個停止位。所以發(fā)送一個字符需要10比特，帶來的一個好的效果是使全部的傳輸速率，發(fā)送信號的速率以10分劃。

串行通信在軟件設(shè)置里需要做多項設(shè)置，最常見的設(shè)置包括波特率、奇偶校驗和停止位。波特率是指從一設(shè)備發(fā)到另一設(shè)備的波特率，即每秒鐘多少比特bits per second (bit/s)。典型的波特率是300、1200、2400、9600、19200等bit/s。一般通信兩端設(shè)備都要設(shè)為相同的波特率，但有些設(shè)備也可以設(shè)置為自動檢測波特率。

奇偶校驗Parity是用來驗證數(shù)據(jù)的正確性。奇偶校驗一般不用，如果使用，那么既可以做奇校驗也可以做偶校驗。奇偶校驗是通過修改每一發(fā)送字節(jié)（也可以限制發(fā)送的字節(jié)）來工作的。如果不作奇偶校驗，那么數(shù)據(jù)是不會被改變的。在偶校驗中，因為奇偶校驗位會被相應(yīng)的置1或0（一般是最高位或最低位），所以數(shù)據(jù)會被改變以使得所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗位）中“1”的個數(shù)為偶數(shù)；在奇校驗中，所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗位）中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。奇偶校驗可以用于接受方檢查傳輸是否發(fā)送生錯誤——如果某一字節(jié)中“1”的個數(shù)發(fā)生了錯誤，那么這個字節(jié)在傳輸中一定有錯誤發(fā)生。如果奇偶校驗是正確的，那么要么沒有發(fā)生錯誤要么發(fā)生了偶數(shù)個的錯誤。

停止位是在每個字節(jié)傳輸之后發(fā)送的，它用來幫助接受信號方硬件重同步。

在串行通信軟件設(shè)置中D/P/S是常規(guī)的符號表示。8/N/1（非常普遍）表明8bit數(shù)據(jù)，沒有奇偶校驗，1bit停止位。數(shù)據(jù)位可以設(shè)置為7、8或者9，奇偶校驗位可以設(shè)置為無（N）、奇（O）或者偶（E），奇偶校驗位可以使用數(shù)據(jù)中的比特位，所以8/E/1就表示一共8位數(shù)據(jù)位，其中一位用來做奇偶校驗位。停止位可以是1、1.5或者2位的（1.5是用在波特率為60wpm的電傳打字機上的）。

5、傳輸控制當(dāng)需要發(fā)送握手信號或數(shù)據(jù)完整性檢測時需要制定其他設(shè)置。公用的組合有RTS/CTS，DTR/DSR或者XON/XOFF（實際中不使用連接器管腳而在數(shù)據(jù)流內(nèi)插入特殊字符）。

接受方把XON/XOFF信號發(fā)給發(fā)送方來控制發(fā)送方何時發(fā)送數(shù)據(jù)，這些信號是與發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸方向相反的。XON信號告訴發(fā)送方接受方準(zhǔn)備好接受更多的數(shù)據(jù)，XOFF信號告訴發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù)直到知道接受方再次準(zhǔn)備好。XON/XOFF一般不贊成使用，推薦用RTS/CTS控制流來代替它們。

XON/XOFF是一種工作在終端間的帶內(nèi)方法，但是必須兩端都支持這個協(xié)議，而且在突然啟動的時候會有混淆的可能。

XON/XOFF可以工作于3線的接口。RTS/CTS最初是設(shè)計為電傳打字機和調(diào)制解調(diào)器半雙工協(xié)作通信的，每次它只能一方調(diào)制解調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。終端必須發(fā)送請求發(fā)送信號然后等到調(diào)制解調(diào)器回應(yīng)清除發(fā)送信號。盡管RTS/CTS是通過硬件達到握手，但它有自己的優(yōu)勢。

6、RS-232標(biāo)準(zhǔn)的不足經(jīng)過許多年來RS-232 器件以及通信技術(shù)的改進，RS-232 的通信距離已經(jīng)大大增加。由于RS-232 接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點：

（1） 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL 電路連接。

（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。現(xiàn)在由于采用新的UART 芯片16C550 等，波特率達到115.2Kbps。

（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

（4） 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50 米，實際上也只能用在15米左右。

二、RS485基礎(chǔ)知識

針對RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)的局限性，人們又提出了RS-422,RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-485/422采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復(fù)。

1、RS-485的電氣特性驅(qū)動器能輸出±7V的共模電壓

接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ

輸入端的電容≤50pF在節(jié)點數(shù)為32個，配置了120Ω的終端電阻的情況下，驅(qū)動器至少還能輸出電壓1.5V（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)）發(fā)送端：邏輯"1"以兩線間的電壓差為+（2 至6） V 表示；邏輯"0"以兩線間的電壓差為-（2 至6）V 表示。接收器的輸入靈敏度為200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信號"0"；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信號"1"）

2、傳輸速率與傳輸距離RS-485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps，最大的通信距離約為1219M，傳輸速率與傳輸距離成反比，在10Kb/S的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離。

但是由于RS-485 常常要與PC 機的RS-232口通信，所以實際上一般最高115.2Kbps。又由于太高的速率會使RS-485 傳輸距離減小，所以往往為9600bps 左右或以下。

3、網(wǎng)絡(luò)拓撲

RS-485 接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點數(shù)據(jù)通信。

RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個節(jié)點串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。RS-485/422總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節(jié)點，最大的可以支持到400個節(jié)點。

4、連接器RS-485 的國際標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定RS485 的接口連接器標(biāo)準(zhǔn)、所以采用接線端子或者DB-9、DB-25 等連接器都可以。

三、RS422基礎(chǔ)知識

RS-422 的電氣性能與RS-485近似一樣。主要的區(qū)別在于：

（1）RS-485 有2 根信號線：發(fā)送和接收都是A 和B。由于RS-485 的收與發(fā)是共用兩根線，所以不能夠同時收和發(fā)（半雙工）。

（2）RS-422 有4 根信號線：兩根發(fā)送（Y、Z）、兩根接收（A、B）。由于RS-422 的收與發(fā)是分開的，所以可以同時收和發(fā)（全雙工）。

（3）支持多機通信的RS-422將Y-A 短接作為RS-485 的A、將RS-422 的Z-B 短接作為RS-485 的B可以這樣簡單轉(zhuǎn)換為RS-485。

很多人往往都誤認為RS-422串行接口是RS-485串行接口的全雙工版本，實際上，它們在電器特性上存在著不少差異，共模電壓范圍和接收器輸入電阻不同使得該兩個標(biāo)準(zhǔn)適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。RS-485串行接口的驅(qū)動器可用于RS-422串行接口的應(yīng)用中，因為RS-485串行接口滿足所有的RS-422串行接口性能參數(shù)，反之則不能成立。對于RS-485串行接口的驅(qū)動器，共模電壓的輸出范圍是-7V和+12V之間；對于RS-422串行接口的驅(qū)動器，該項性能指標(biāo)僅有±7V。RS-422串行接口接收器的最小輸入電阻是4KΩ；而RS-485串行接口接收器的最小輸入電阻則是12KΩ。

四、串口基礎(chǔ)知識

串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多數(shù)計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。

典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

1、波特率

這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。

2、數(shù)據(jù)位

這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。

3、停止位

用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。4、奇偶校驗位

在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。

五、握手基礎(chǔ)知識

RS-232通行方式允許簡單連接三線：Tx、Rx和地線。但是對于數(shù)據(jù)傳輸，雙方必須對數(shù)據(jù)定時采用使用相同的波特率。盡管這種方法對于大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)足夠，但是對于接收方過載的情況這種使用受到限制。這時需要串口的握手功能。在這一部分，我們討論三種最常用的RS-232握手形式：軟件握手、硬件握手和Xmodem。1、軟件握手

我們討論的第一種握手是軟件握手。通常用在實際數(shù)據(jù)是控制字符的情況，類似于GPIB使用命令字符串的方式。必須的線仍然是三根：Tx、Rx和地線，因為控制字符在傳輸線上和普通字符沒有區(qū)別，函數(shù)SetXModem允許用戶使能或者禁止用戶使用兩個控制字符XON和OXFF。這些字符在通信中由接收方發(fā)送，使發(fā)送方暫停。

例如：假設(shè)發(fā)送方以高波特率發(fā)送數(shù)據(jù)。在傳輸中，接收方發(fā)現(xiàn)由于CPU忙于其他工作，輸入buffer已經(jīng)滿了。為了暫時停止傳輸，接收方發(fā)送XOFF，典型的值是十進制19，即十六進制13，直到輸入buffer空了。一旦接收方準(zhǔn)備好接收，它發(fā)送XON，典型的值是十進制17，即十六進制11，繼續(xù)通信。輸入buffer半滿時，LabWindows發(fā)送XOFF。此外，如果XOFF傳輸被打斷，LabWindows會在buffer達到75％和90％時發(fā)送XOFF。顯然，發(fā)送方必須遵循此守則以保證傳輸繼續(xù)。2、硬件握手

第二種是使用硬件線握手。和Tx和Rx線一樣，RTS/CTS和DTR/DSR一起工作，一個作為輸出，另一個作為輸入。第一組線是RTS （Request to Send）和CTS（Clear to Send）。當(dāng)接收方準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，它置高RTS線表示它準(zhǔn)備好了，如果發(fā)送方也就緒，它置高CTS，表示它即將發(fā)送數(shù)據(jù)。另一組線是DTR（Data Terminal Ready）和DSR（Data Set Ready）。這些現(xiàn)主要用于Modem通信。使得串口和Modem通信他們的狀態(tài)。例如：當(dāng)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好接收來自PC的數(shù)據(jù)，它置高DTR線，表示和電話線的連接已經(jīng)建立。讀取DSR線置高，PC機開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一個簡單的規(guī)則是DTR/DSR用于表示系統(tǒng)通信就緒，而RTS/CTS用于單個數(shù)據(jù)包的傳輸。

在LabWindows，函數(shù)SetCTSMode使能或者禁止使用硬件握手。如果CTS模式使能，LabWindows使用如下規(guī)則：當(dāng)PC發(fā)送數(shù)據(jù)：RS-232庫必須檢測CTS線高后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)PC接收數(shù)據(jù)：如果端口打開，且輸入隊列有空接收數(shù)據(jù)，庫函數(shù)置高RTS和DTR。如果輸入隊列90％滿，庫函數(shù)置低RTS，但使DTR維持高電平。如果端口隊列近乎空了，庫函數(shù)置高RTS，但使DRT維持高電平。如果端口關(guān)閉，庫函數(shù)置低RTS和DTR。3、XModem握手

最后討論的握手叫做XModem文件傳輸協(xié)議。這個協(xié)議在Modem通信中非常通用。盡管它通常使用在Modem通信中，XModem協(xié)議能夠直接在其他遵循這個協(xié)議的設(shè)備通信中使用。在LabWindows中，實際的XModem應(yīng)用對用戶隱藏了。只要PC和其他設(shè)備使用XModem協(xié)議，在文件傳輸中就使用LabWindows的XModem函數(shù)。函數(shù)是XModemConfig，XModemSend和XModemReceive。