分析串行接口标准的历史和发展

RS-232-C是上世纪60年代美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。为什么RS - 232应用的如此广泛？而不是通用串行总线(USB)或者其他,也不是更现代化的数据通信标准?问十几个工程师，你可能会得到十几个不同的答案。

唯一可能一致的答案是RS - 232为众多电子工程师所熟悉。该标准可以追溯到超过五十多年前,被人熟知的还有EIA RS - 232,EIA 232,以及TIA 232(分别是电子工业联盟和电信行业协会的标准)。

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而且现在不仅只有古老的(从电子行业的角度来看)有着悠久历史的RS - 232规范,。还有RS- 422、RS - 423、RS - 485(16岁),I2C(32岁),串行外围接口(SPI)等等。

相比之下,USB是一个相对年轻的通讯标准。1994年开始有7家公司开始开发USB。(其中有三个公司——康柏电脑、Digital Equipment、和北电已经不复存在,然而他们的技术在整个行业内仍在使用。)USB 1.0规范在1996年1月首次发行,并且随后的USB 1.1版本被广泛采用。USB 2.0和USB 3.0版本分别在2000年和2008年发布。

1串行接口标准的历史

RS - 232(“RS”代表“推荐标准”)在1962年由EIA的无线电部门引入的，作为在数据终端设备(如电脑终端)和数据通信设备(后来重新定义为数据电路终接设备)之间的串行通信数据标准,典型的调制解调器。RS- 232串行端口最早用于IBM个人电脑和其他早期台式电脑。该标准于1969年修订,然后1986年,和1997年修订,以适应应用程序在使用中的变化,一开始是在1960年代的机电电传打字机和调制解调器和聪明或者愚蠢的电子终端,在1980年代发展个人电脑及其外设,然后是在工厂里的可编程逻辑控制器(PLC)和其他产品中使用。

图1:ADI全隔离单片封装表面贴装RS- 232收发器，集成了DC / DC转换器(来源:ADI公司)

RS- 422是为了扩展RS- 232的范围连接可以达到1500米远(约4900英尺)。类似的RS- 423标准可以覆盖到1200米(约3900英尺)。RS - 422是用在苹果的麦金托什电脑上，直到1998年当iMac出来后才开始使用USB连接。

RS- 485可以覆盖到1220米(约4000英尺)用于自动化系统(包括PLC)、建筑自动化、计算机设备、铁路和剧场的照明系统。

2为什么设计工程师仍在使用RS - 232？

随着科技的进步，一些工程师为什么依然还选择RS - 232来而不是USB呢?一个原因是成本的考虑。如果一个公司不是一个USB-IF成员（USB的行业组织USB的logo商标许可费用是两年3500美元）并且从USB-IF手中购买一个供应商的标志是5000美元。而实现RS- 232不需要任何许可费或组织会费。

当然,应用和速度也是选择RS - 232时的关键因素。

“尽管新的数字接口标准仍在发展,不起眼的RS- 232串口仍然是一个非常受欢迎的数据传输方式。既强大又容易使用，对于那些苛刻要求的数字接口来说，RS - 232接口仍然是一个有吸引力的备胎，”美信在其网站上指出。

图2:MAX220、MAX232 和MAX232A管脚配置和典型的工作电路。(来源:Maxim Integrated)

RS- 232规范可以支持的数据率高达920 kbps。一个RS- 232是在数据终端设备(DTE)设备和数据通信设备(DCE)设备之间的点对点连接。RS - 232的一个主要缺陷就是其可支持的最大电缆长度为50英尺,但通常可以通过采用另外介质来传输串行数据弥补这个短板。

RS- 422的速率可以达到10Mbps,它在多站配置中提供了一个令人难以置信的快速串行数据率，可允许多达10路负载。它使用电压差使其适合噪声环境。RS - 485规范也允许数据速率达到10Mbps，但它不同于RS- 422，因为它提供了一个多点配置,允许支持多个驱动程序和多个接收器。并且，由于其是双向接口，rRS- 485可以支持多达32路负载。

目前RS - 232应用于嵌入式电子产品、工业控制系统、网络设备以及科学仪器等用途。虽然USB接口在个人电脑和移动设备上占优势，然而串行端口——在早期的PC曾经非常流行，却仍在现代电子产品中使用。现在，整个物联网方案要求技术不仅是低功耗要求，而且设计和实施要简单。即使不是数十亿,也有上百万的传感器和传感器中心将与互联网连接，并且这些连接必须是一致的和可靠的。

RS - 232技术在Arduino社区一直受欢迎,包括一批设计师、发烧友、业余爱好者和其他利用Arduino编程语言、开发环境和开源代码的人。预安装Arduino板子可从Mouser.com网站下载。Arduino提供免费的硬件参考设计工具，该工具可以为那些想要组装自己的单面板的人提供下载，并有一个教程，讲关于在电脑上使用MAX3323进行电平转换的单路RS- 232驱动/接收器芯片(或类似的半导体器件)和串行连接Arduino电路板的软件。本教程提供一步一步的指导包括如何准备这个面包板和编写一个简单的程序,从而实现串行数据通信。

Arduino论坛举办多个有关RS - 232讨论,比如使RS- 232控制实验室设备,连接GPS传感器,与医疗设备进行通信、与GSM TC35调制解调器进行通信,以及控制一台电视机。

在5月举行的“RS232连接Arduino”的论坛调查吸引了其他进行开源Arduino技术工作工程师的一连串反应。要将大部分现代PC与Arduino电路板进行连接，一个RS 232 -to- USB适配器电缆是必备的，并不是所有这些适配器都在使用RS- 232。论坛帖子指出该电缆驱动程序不能在Windows 7或者Windows 8(特别是Windows 8)上运行,需要认真地考虑如何把Arduino板子连接到大多数近年来生产的PC,这些PC只有USB接口而没有RS- 232接口。

RS - 422和RS - 485标准比RS- 232在发送信号的距离和数据传输速度两方面更具有一些优势，而能提供更多的优势和特性的是I2C和SPI规范。I2C最初被皇家飞利浦电子的飞利浦半导体芯片作为内部集成电路（利浦电子芯片制造商现在改名为NXP半导体）它在2006年从飞利浦剥离出来，其他半导体制造商在1990年代也接受了该协议如Intersil、摩托罗拉半导体产品部门(现在是飞思卡尔半导体)、NEC、西门子半导体(现在的英飞凌科技)、SGS-Thomson(现在的意法半导体)和德州仪器。英特尔在1995年定义系统管理总线(也称为SMBus或SMB)作为I2C串行总线协议的一个子集。SMBus还有一种变体被称为电源管理总线或PMBus变体。SPI建立在先前的串行接口集基础上比I2C或SMBus提供更高的吞吐量,但是它也有一些缺点比如与I2C相比，对于IC封装要求更多的管脚。

3通信接口——过去,现在和未来

当然这些年也有很多其他类型的通信接口（其中有的是来也匆匆,去也匆匆，如FireWire-苹果开发的串行总线接口）。除了USB还有Ethernet、Fibre Channe,InfiniBand,乐器数字接口(MIDI),外围组件互连（PCI）和PCI Express,小型计算机系统接口SCSI(紧挨着是并行SCSI和串行Attached SCSI)和ATA(紧接着是并行ATA和串行ATA),等等。

USB尤其是USB 3.0,明显快于RS- 232,但也更复杂。RS- 232只有在短距离传输才能彰显它的优点。USB工作在5 V,而RS- 232能在工作在最高15V的范围内。对于设计工程师来说RS - 232的简单性是一个卖点，它能应付大量电子子系统的各种错综复杂需求。使数据尽可能简单的通过串行通信进行传输——对于电脑,手机和可穿戴设备等这就是一种让人有怀旧感的技术。

所以，虽然也出现了新的行业标准,但由于成本、速度和应用程序等因素导致如RS- 232串行接口标准RS - 422和RS- 485等古董型标准仍成为工程师多年来最喜欢的通信技术。