RS232串行通信的简介和使用说明

在这一课里，我们一起来学习RS-232C串行通信相关标准及单片机和电脑的RS-232C串行通信接口技术简介，为学习和开发单片机串口通信应用系统打好基础，希望大家在看完这篇文章后对串行通信有初步的认识。

【通信基本概念】

什么是通信？简单地说，不同的系统经由线路相互交换数据，就是通信。通信的主要目的是将数据从一端传送到另一端，达到数据交换的目的。例如，从人与人之间的对话、计算机与设备之间的数据交换到计算机与计算机间的数据传送，乃至于广播或卫星都是通信的一种，一个完整的通信系统包括发送端、接收端、转换数据的接口及传送数据的实际信道。

【通信的种类】

按照通信的形式可以分为两种，其中一种为并行传输的通信，即并行通信（Parallel Communication），另一种则为串行通信（Serisl Communication）。这两种通信方式的区别是，并行通信一次的传输数据量为8位（1个字节）；而串行通信则一次只能传输1位，传输1字节数据（8位）数据就需要8次才能传出去，因此，它们两者之间的数据传输速度就相差8倍。看到这里，估计有些朋友会问，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？！其实不能这么认为，两种通信方式各有特点，串行通信之所以存活了这么长时间，自然有它的长处。

串行通信一次只传输1位，相对来说，要处理的数据电压只有一个，因此比较不容易漏失数据，通信时候再加上一些校验防范措施后，串行通信的出错就更不容易了，串行通信端口（Serisl Communication Port）在系统控制的范畴中一直占有极其重要的角色，不仅没有因为时代的进步而被淘汰，反而失在规格上愈来愈向其极限挑战，下面我们重点来介绍RS-232C串行通信。

并行通信虽然可以在一次的数据传输中传送8位，但是数据电压在传送的过程中，容易因为线路及干扰因素使得电压准电位发生变化（主要为电压衰减和信号间相互干扰问题），因而使得传输数据发生错误，通信距离越长，问题越明显，因此并行通信主要用于传输距离较短的场合，如电脑主板的并口LPT1，主要和并行打印机通信。

【RS-232串行通信】

一、RS-232C标准介绍

RS-232C是由美国电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广泛的标准总线。RS-232C 标准（协议）的全称是EIA-RS-232C 标准，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美国电子工业协会，其中RS是Recommended Standard的缩写，代表推赠标准，232是标识符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在这之前，有过RS-232A、RS-232B标准，它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。现在，计算机上的串行通信端口（RS-232）是标准配置端口，已经得到广泛应用，计算机上一般都有1～2个标准RS-232C串口，即通道COM1和COM2。下图为计算机主板上的两个RS-232通信端口图片及端口属性，我们一般可以从计算机后面查看到本机的通信端口。

计算机的RS-232串行通信接口图片

如左图所示，我们可以从操作系统的设备管理器中查看电脑的通信端口属性，进入计算机的：控制面板 -》 系统 -》 硬件 -》 设备管理器 -》 端口，就可以看到自己电脑通信端口，在图中显示了这台计算机有1个ECP打印机并行通信端口LPT1和2个RS-232串行通信端口COM1和COM2。只要显示的端口名称前面没有黄色的惊叹号的话，就表示这个端口是可以使用的。

二、RS-232C电气特性

EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了明确规定。

在TXD和RXD引脚上电平定义：逻辑1（MARK） ＝ -3V～-15V

逻辑0（SPACE） ＝ ＋3～＋15V

在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制线上电平定义：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V～-15V

以上规定说明了RS-232C 标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”的传输的电平为-3V～-15V，逻辑“0”传输的电平为+3V～+15V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平为+3V～+15V，断开状态（OFF）即信号无效的电平为-3V～-15V，也就是当传输电平的绝对值大于3V 时，电路可以有效地检查出来；而介于-3～+3V之间的电压即处于模糊区电位，此部分电压将使得计算机无法准确判断传输信号的意义，可能会得到0，也可能会得到1，如此得到的结果是不可信的，在通信时候体现的是会出现大量误码，造成通信失败。因此，实际工作时，应保证传输的电平在±（3～15）V 之间。

三、RS-232C机械连接器及引脚定义

目前，大部分计算机的RS-232C通信接口都使用了DB9连接器，如上面图中所示，主板的接口连接器有9根针输出（RS-232公头），也有些比较旧的计算机使用DB25连接器输出，下面我们来介绍DB9和DB25输出接口的引脚定义。

RS-232C串口引脚定义表

9针RS-232串口（DB9）.25针RS-232串口（DB25）

引脚简写功能说明引脚简写功能说明

1CD载波侦测（Carrier Detect）8CD载波侦测（Carrier Detect）

2RXD接收数据（Receive）3RXD接收数据（Receive）

3TXD发送数据（Transmit）2TXD发送数据（Transmit）

4DTR数据终端准备（Data Terminal Ready）20DTR数据终端准备（Data Terminal Ready）

5GND地线（Ground）7GND地线（Ground）

6DSR数据准备好（Data Set Ready）6DSR数据准备好（Data Set Ready）

7RTS请求发送（Request To Send）4RTS请求发送（Request To Send）

8CTS清除发送（Clear To Send）5CTS清除发送（Clear To Send）

9RI振铃指示（Ring Indicator）22RI振铃指示（Ring Indicator）

四、RS-232C的通信距离和速度

RS-232规定最大的负载电容为2500pF，这个电容限制了传输距离和传输速率，由于RS-232C的发送器和接收器之间具有公共信号地（GND），属于非平衡电压型传输电路，不使用差分信号传输，因此不具备抗共模干扰的能力，共模噪声会耦合到信号中，在不使用调制解调器（MODEM）时，RS-232能够可靠进行数据传输的最大通信距离为15米，对于RS232远程通信，必须通过调制解调器进行远程通信连接。

现在个人计算机所提供的串行端口的传输速度一般都可以达到115200bps甚至更高，标准串口能够提供的传输速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等，在仪器仪表或工业控制场合，9600bps是最常见的传输速度，在传输距离较近时，使用最高传输速度也是可以的。传输距离与传输速度的关系成反比，适当地降低传输速度，可以延长RS-232的传输距离，提高通信的稳定性。

五、RS-232电平转换芯片及电路

RS-232C 规定的逻辑电平与一般微处理器、单片机的逻辑电平是不同的，例如：RS-232的逻辑“1”是以-3～-15V来表示的，而单片机的逻辑“1”是以+5V来表示的，两者完全不同。因此，单片机系统要和电脑的RS-232接口进行通信，就必须把单片机的信号电平（TTL电平）转换成计算机的RS-232C电平，或者把计算机的RS-232C电平转换成单片机的TTL电平，通信时候必须对两种电平进行转换。实现这种转换的方法可以使用分立元件，也可以使用专用RS-232电平转换芯片。目前较为广泛地使用专用电平转换芯片，如MC1488、MC1489、MAX232等电平转换芯片来实现EIA到TTL电平的转换。下面来介绍MAXIM公司的单电源电平转换芯片MAX232及接口电路。

如下面图中所示，MAX232是单电源双RS-232发送/接收芯片，采用单一 +5V电源供电，外接只需4个电容，便可以构成标准的RS-232通信接口，硬件接口简单，所以被广泛采用， 其主要特性如下：

主要特点：

1、符合所有的RS-232C技术规范

2、只要单一 +5V电源供电

3、片载电荷泵，具有升压、电压极性反转能力，能够产生 +10V 和 -10V电压V+、V-

4、低功耗，典型供电电流5mA

5、内部集成2个RS-232C驱动器

6、内部集成2个RS-232C接收器

单片机和计算机RS-232接口电路如下图所示，图中的C1、C2、C3、C4是电荷泵升压及电压反转部分电路，产生V+、V-电源供EIA电平转换使用，C5是VCC对地去耦电容，其值为0.1UF，电容C1～C5安装时必须尽量靠近MAX232芯片引脚，以提高抗干扰能力。

采用MAX232CPE 芯片的PC机与MCS-51单片机串行通信接口电路

下图是一个采用分立元件构成的简易RS-232串行通信接口电路，使用三极管进行电平转换，能够由于简单的通信，对于通信稳定性要求较高的应用，不建议使用分立元件，分立元件电路的稳定性，误码率较高，不能完全满足RS-232C的全部技术指标。优点是成本低廉，网上也可以看到部分网站产品使用分立元件构成。

采用分立元件的简易RS-232C通信接口电路

通过对前面的学习，我们对RS-232C串行通信标准已经有了初步的了解，同时也掌握了单电源双RS-232发送/接收芯片MAX232CPE的应用。有了这些基础，我们开发单片机和电脑RS232串口通信系统的接口设计也就简单了。只要给我们单片机实验板增加RS232电平转换电路，即可实现与计算机的串行通信，下面是采用MAX232CPE专用串口电平转换芯片的S51增强型单片机实验板和电脑通信的图片。