IEEE488总线详解

IEEE488总线

IEEE 488是一种并行的外总线，它是20世纪70年代由HP公司制定的。HP公司为了解决各种仪器仪表与各类计算机的接口时，由于互相不兼容而带来的连接麻烦，而研制了通用接口总线HP—IB总线。1975年IEEE以IEEE 488标准总线予以推荐，1977年国际电工委员会 (IEC)也对该总线进行认可与推荐，定名为IEC—IB。所以这种总线同时使用了IEEE—488，IEC—IB (IEC接口总线)，HP—IB (HP接口总线)或GP—IB (通用接口总线)多种名称。由于IEEE 488总线的推出，当用IEEE 488标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不要再加一大堆复杂的控制电路，IEEE 488系统以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统。因此IEEE 488总线是当前工业上应用最广泛的通信总线之一。

　一、 IEEE 488总线使用的约定

　(1) 数据传输速率≤1 MB/s。

　(2) 连接在总线上的设备 (包括作为主控器的微型机)≤15个。

　(3) 设备间的最大距离≤20 m。

　(4) 整个系统的电缆总长度≤220 m，若电缆长度超过220 m，则会因延时而改变定时关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器

　(5) 所有数据交换都必须是数字化的。

　(6) 总线规定使用24线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于+0.8V的电平表示逻辑“1”；用大于2V的电平表示逻辑“0”。

　二、系统上设备的工作方式

　　IEEE 488总线接口结构如图8.22所示 .利用IEEE 488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以采用串行连接，也可以采用星形连接。

　　　　

　　　　　　　　　　　　图8.22 IEEE 488总线接口结构

　　在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下3种方式工作。

　(1) “听者”方式这是一种接收器，它从数据总线上接收数据，一个系统在同一时刻，可以有两个以上的“听者”在工作。可以充当“听者”功能的设备有： 微型计算机、打印机、绘图仪等。

　(2) “讲者”方式这是一种发送器，它向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的“讲者”，但任一时刻只能有一个讲者在工作。具有“讲者”功能的设备有： 微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。

　(3) “控制者”方式这是一种向其它设备发布命令的设备，例如对其它设备寻址，或允许“讲者”使用总线。控制者通常由微型机担任。一个系统可以有不止一个控制者，但每一时刻只能有一个控制者在工作。

　　 在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能，而有的设备只具有接收功能，如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者，而当进行数据传送时，某一时刻只能有一个发送器发送数据，允许多个接收器接收数据。也就是可以进行一对多的数据传送。

　　一般应用中，例如，微型机控制的数据测量系统，通过IEEE 488将微型机和各种测试仪器连接起来，这时，只有微型机具备控制、发、收3种功能，而总线上的其它设备都没有控制功能，但仍有收、发功能。当总线工作时，由控制者发布命令，规定哪个设备为发送器、哪个为接收器，而后发送器可以利用总线发送数据，接收器从总线上接收数据。

　三、 IEEE 488总线信号定义说明

　　IEEE 488总线使用24线组合插头座，其各引脚定义列于表8.7

表8.7 IEEE 488信号定义

引脚	符号	说明	引脚	符号	说明
1	D0	低4位数据线	13	D4	高四位数据线
2	D1		14	D5
3	D2		15	D6
4	D3		16	D7
5	EOI	结束或识别线	17	REN	远程控制
6	DAV	数据有效线	18	GND	地
7	NRFD	未准备好接收数据线	19	NGD
8	NDAC	数据未接收完毕线	20	GND
9	IFC	接口清零线	21	GND
10	SRQ	服务请求线	22	GND
11	ATN	监视线	23	GND
12	GND	机壳线	24	GND

　　IEEE 488的信号线除8条地线外，有以下3类信号线。

　(1) D7～D0数据总线，这是8条双向数据线，除了用于传送数据外，还用于“听”、“讲”方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在D7~D0上可以传送数据、设备地址和命令。这是因为该总线没有设置地址线和命令线，这些信息要通过数据线上的编码来产生。

　(2) 字节传送控制线，在IEEE 488总线上数据传送采用异步握手 (挂钩)联络方式。即用DAV，NRFD和NDAC 3根线进行握手联络。

DAV (Data Avaible)——数据有效线。当由发送器控制的数据总线上的数据有效时，发送器置DAV为低电平 (逻辑1)，指示接收器可以从总线上接收数据。

NRFC (Not Ready for Data)——未准备好接收数据线，只要连接在总线上被指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数据，接收器就置NRFD线为有效低电平，示意发送器不要发出数据。当所有接收器都准备好时，NRFD变为高电平。

NDAC (Not Data Accepted)——未接收完数据，当总线上被指定为接收器的设备，有任何一个尚未接收完数据，它就置NDAC线为低电平，示意发送器不要撤销当前数据。只有当所有接收器都接收完数据后，此信号才变为高电平。

　(3) 接口管理线。

IFC (Interface Clear)——接口清零线。该线的状态由控制器建立，并作用于所有设备。当它为有效低电平时，整个IEEE 488总线停止工作，发送器停止发送，接收器停止接收。使系统处于已知的初始状态。它类似于复位信号RESET。可用计算机的复位键来产生IFC信号。

SRQ (Service Request)——服务请求线。它用来指出某个设备请求控制器的服务，所有设备的请求线是“线或”在一起的，因此任何一个设备都可以使这条线有效，来向控制器请求服务。但请求能否得到控制器的响应，完全由程序安排，当系统中有计算机时，SRQ是发向计算机的中断请求线。

ATN (Attenntion Line)——监视线。它由控制器驱动，用它的不同状态对数据总线上的信息作出解释。
当ATN=“1”时，表示数据线上传送的是地址或命令，这时只有控制器能发送信息，其它设备都只能接收信息。
当ATN=“0”时，表示数据总线上传送的是数据。

EOI (End or Identify)——结束或识别线。该线与ATN线一起指示是数据传送结束，还是用来识别一个具体设备。当ATN=“0”时，这是进行数据传送，当传送最后一个字节使EOI=“1”，表示数据传送结束，当ATN=“1”，若EOI=“1”时，则表示数据总线上是设备识别信息，即可得到请求服务的设备编码。

REN (Remote Enable)——远程控制线。该信号为低电平时，系统处于远程控制状态，设备面板开关，按键均不起作用；若该信号为高电平，则远程控制不起作用，本地面板控制开关，按键起作用。

　四、 IEEE 488总线传送数据时序

　　IEEE 488总线上数据传送采用异步方式，即每传送一个字节数据都要利用DAV，NRFD和NDAC 3条信号线进行握手联络。数据传送的时序图如图8.23所示

　　　

　　　　　　　　　　　　　图8.23 3线握手时序图

　　从时序图可见，总线上每传送一个字节数据，就有一次DAV，NRFD和NDAC 3线握手过程。

　　图8.23中，“①”表示原始状态讲者置DAV为高电平；听者置NRFD和NDAC两线为低电平。“②”表示讲者测试NRFD，NDAC两线的状态，若它们同时为低电平时，则讲者将数据送上数据总线D7~D0。“③”表示中虚线表示一个设备接着一个设备陆续做好了接收数据准备 (如打印机“不忙”)。“④”表示所有接收设备都已准备就绪，NRFD变为高电平。“⑤”表示当NRFD为高电平，而且数据总线上的数据已稳定后。讲者使DAV线变低，告诉听者数据总线上的数据有效。“⑥”表示听者一旦识别到这点，便立即将NRFD拉回低电平，这意味着在结束处理此数据之前不准备再接收另外的数据。“⑦”表示听者开始接收数据，最早接收完数据的听者欲使NDAC变高 (如图中虚线示)。但其它听者尚未接收完数据，故NDAC线仍保持低电平。“⑧”表示只有当所有的听者都接收完毕此字节数据后，NDAC线才变为高电平。“⑨”表示讲者确认NDAC线变高后，就升高DAV线。“”表示讲者撤销数据总线上的数据。“”表示听者确认DAV线为高后置NDAC为低，以便开始传送另一数据字节。至此完成传送一个数据字节的3线握手联络全过程。以后按上述定时关系重复进行。从数据传送的过程可见，IEEE 488总线上数据传送是按异步方式进行的，总线上若是快速设备，则数据传送就快，若是慢速设备，则数据传送就慢。也就是说数据传送的定时是很灵活的。这意味着可以将不同速度的设备同时挂在IEEE 488总线上。

8.4.2 VXI总线

　　目前在自动测试系统中IEEE 488总线虽仍然广泛使用，但由于它的数据总线只有8位宽，系统的最高速传率只有1MB/s，体积也较大。因此往往不能适应现代科技和生产对测试系统的需要。1987年Clolrado Data Systems, Hewlett Packard, Racaldana, Tektronix和Wavetek等公司的工程技术代表组成一个特别委员会。根据VME总线、EUROCARD标准和IEEE 488·2等标准，制定开放性仪器总线结构所必需的附加标准。1987年7月这个委员会宣布了VXI总线标准。VXI是VME bus extension for instrumentation的缩写，即VME总线在仪器领域的扩展。VXI的问世是测量和仪器领域中发生的重大事件。它是一种模块化仪器总线，是一种在世界范围内完全开放的，适合于多供货厂商的标准总线，它吸取VME计算机系统总线的高速通信和IEEE 488总线易于组成测试系统的优点，而且集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长。具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、软件标准化高、兼容性强、可扩性好和器件可重复使用等优点。组建系统灵活方便，能充分利用计算机的效能，易于利用数字信号处理的新原理和新方法以及构成虚拟仪器的优点，并便于接入计算机网构成信息采集，传输和处理的一体化网络。VXI技术把计算机技术、数字接口技术和仪器测量技术有机的结合起来。这种总线推出后，在世界上得到迅速的推广，它以很快的速度进入测试市场，自问世以来，销售额逐年增长。
VXI被IEEE确定为正式标准IEEE 1155。

　　下面对VXI总线进行简略描述。

　(1) 系统最多可以包含256个器件 (或称装置)，每个器件都具有惟一的逻辑地址单元。

　(2) 它有A，B，C和D4种尺寸的模块，A级最小 (高10 cm×深16 cm)，D级最大 (36.7 cm×34 cm)，其中C级 (23.335 cm×34 cm)应用最多。C级的宽度为3 cm或其整数倍，即大体上相当于一本大型书籍的尺寸。组建系统时，可以像插放或更换书架上的书籍一样灵活方便地插放或更换模块。

　(3) 一个模块是一个VXI器件，但也允许灵活处理。系统中以每一个主机箱为单位构成一个子系统。一般一个主机箱可以放置5~13块模块，主机箱的的背板为高质量的多层印制电路板，其上印制着VXI总线。模块通过连接器与总线连接。有P1，P2和P33种连接器。每种连接器是3排，共96个引脚。其中P1是必需的，而P2和P3是可选择的。在主机箱的背板上安装着连接器的插座，模块上安装着连接器的插头，由主机箱向模块提供模拟和数字电路所需的7种电源和冷却能力。

　(4) 对VXI总线的控制分两种，一种是主机箱的外部控制者；另一种是嵌入主机箱的内部控制者。此外系统还有资源管理和零槽功能模块。前者负责系统的配置和管理系统的正常工作，后者主要给系统提供公共资源。当采用外部控制者时，可以通过IEEE 488，RS232C多系统扩展总线MXI，VME总线和计算机本地网等多种方式连接，这时资源管理者和零槽器件往往做成一个模块，通过上述方式与外部控制者连接。当采用嵌入式控制者时，易于组成高速、便携的灵巧系统，这种内嵌式微机往往同时具有资源管理者和零槽器件的功能。

　(5) VXI总线中地址线有16位、24位、32位3种，数据线32位，在数据线上数据的传输速率可达40 MB/s，当在相邻模块间用本地总线传输时，速率更可大幅度提高。此外VXI总线中还定义了多种控制线、中断线、时钟线、触发线、识别线和模拟线等。

　(6) 在VXI总线规范文本中，对主机箱及模块的机械规程、供电、冷却、电磁兼容、系统控制、资源管理和通信规程等都做了明确规定。

8.4.3 SCSI总线

　　SCSI是Small Computer System Interface的缩写，即小型计算机系统接口。它用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、CDROM、可重写光盘、扫描仪、通信设备和打印机等外部设备的连接。目前广泛用于微型计算机中主机与硬磁盘和光盘如CDROM的连接，成为最重要、最有潜力的新总线标准。

　一、SCSI总线的主要特点

　　SCSI是一种低成本的通用多功能的计算机与外部设备并行外总线，可以采用异步传送，当采用异步传送8位的数据时，传送速率可达1.5 MB/s。也可以采用同步传送，速率达5 MB/s。其下一代SCSI—2 (fast SCSI)速率为10 MB/s；Ultra SCSI传输速率为20 MB/s；Ultra—Wide SCSI (即数据为32位宽)传送速率高达40 MB/s。
SCSI的启动设备 (命令别的设备操作的设备)和目标设备 (接受请求操作的设备)通过高级命令进行通信，不涉及外设的物理层如磁头、磁道、扇区等物理参数，所以不管是与磁盘或CDROM接口，都不必修改硬件和软件，所以是一种连接很方便的通用接口，它也是一种智能接口，对于多媒体集成接口此标准更显重要。
当采用单端驱动器和单端接收器时，允许电缆长达6 m，若采用差动驱动器和差动接收器时，允许电缆可长达25 m。总线上最多可挂接8台总线设备 (包括适配器和控制器)。但在任何时刻只允许两个总线设备进行通信。目前数据宽度有8位和32位两种。当前与硬盘和CDROM连接多用8位。下面以8位的SCSI为例进行信号定义说明。

　二、SCSI信号定义说明

　　SCSI总线信号可以采用单端驱动器和单端接收器进行信号传送，也可以采用差动驱动器和差动接收器进行信号传送。但两者在信号定义上有区别，下面分别介绍。

　1. 单端SCSI总线信号定义

　　单端SCSI总线采用50芯扁平电缆或25对双绞线，也可以采用圆型电缆。电缆中每根导线的截面积为0.8 mm2，最大长度6m,单端SCSI总线信号的定义列于表8.8

表8.8 单端SCSI总线信号定义

引脚号	信号	引脚号	信号
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49	GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND OPEN GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND	2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50	DB-1 DB-2 DB-3 DB-4 DB-5 DB-6 DB-7 DB-8 DB-P GND GND GND TERMPWR GND GND ATN GND BSY ACK RST MSG SEL C/D REQ I/O

　　这9条数据线的功能取决于总线的工作节拍。

TERMPWR (26)——经电缆向总线设备提供电源的引脚。

ATN (32)——注意信号。它由启动设备产生，用来通知目标设备，启动设备已准备好一个报文信息。

BSY (36)——忙信号。该信号可以由总线上的任何设备产生，它用来指示总线的工作状态。当其为高电平时，表示总线正被占用。

ACK (38)——认可信号。该信号传送节拍，由启动设备产生，作为对请求信号的响应。

RST (40)——重置信号。该信号可由总线上的任何设备产生，用来通知总线上的所有设备重置。

MSG (42)——指示信息类别信号。该信号由目标设备产生。用来通知启动设备，在信息传输节拍里，数据线上是报文还是其它信息。当MSG=“0”时，表示数据线上传输的是命令或状态信息；当MSG=“1”时，表示数据线上传输的是报文信息。

SEL (44)——选择信号。该信号可由选择目标设备的起始设备产生，也可以由重选起始设备的目标设备产生。在这里，总线上要求其它设备执行操作的设备为起始设备；执行起始设备要求的为目标设备。总线上的设备有的只能作为起始设备，有的只能作为目标设备，但有的总线设备在某一时刻可以是起始设备，在另一时刻可以是目标设备。例如，起始总线上的微型计算机。

C/D (46)——控制/数据信号。它由目标设备产生，在信息传输节拍里，用来通知启动设备在数据线上传输的是控制信号还是数据信息。
当C/D=“0”时，数据线上为数据信息；
当C/D=“1”时，数据线上为控制信息。

REQ (48)——请求信号。该信号由目标设备产生，用来请求进行数据传送。

I/O (50)——输入/输出信号。该信号由目标设备产生，在信息传输节拍里，用来通知启动设备信息传输的方向。
当I/O=“0”时，表示起始设备为输出；
当I/O=“1”时，表示起始设备为输入。
在选择重选节拍里，该信号用来作为选择重选的标志。当I/O=“0”时，表示为选择；当I/O=“1”时表示为重选。

　2. 差动SCSI总线信号定义

　　当SCSI总线采用差动驱动和差动接收时，对连接线的要求同单端一样，也是50芯扁平电缆或25对双绞线。但电缆的长度可达25m。差动SCSI的总线信号定义列于表8.9。

表8.9 差动SCSI总线信号定义

引脚号	信号	引脚号	信号
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49	GND +DB-1 +DB-2 +DB-3 +DB-4 +DB-5 +DB-6 +DB-7 +DB-8 +DB-P D-ENABLE 地 TERMPWR 地 +ATN 地 +BSY +ACK +RST +MSG +SEL +C/D +REQ +I/O 地	2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50	地 -DB-1 -DB-2 -DB-3 -DB-4 -DB-5 -DB-6 -DB-7 -DB-8 -DB-P 地 地 TERMPWR 地 -ATN 地 -BSY -ACK -RST -MSG -SEL -C/D -REQ -I/O 地

 

　　单端和差动信号引脚相对应，只是单端一个信号只需占一个引脚，而差动一个信号要占用两个引脚，将单端时的一些地引脚，在差动时是“+”的信号引脚。
　　引脚21为DENABLE，是总线允许信号，高电平为有效。在差动连接时，若DENABLE不慎接地，则总线无法工作。
经电缆向总线设备提供电源的TERMPWR引脚，单端时用26号引脚，差动时用25和26引脚。

　三、SCSI总线的工作过程

　　SCSI总线工作过程包括如下10个总线节拍：

　BUS FREE——总线自由节拍；
　ARB——总线仲裁节拍；
　SEL——总线选择节拍；
　RESEL——重新选择节拍；
　MSG IN——信息输入节拍；
　MSG OUT——信息输出节拍；
　DATA IN——数据输入节拍；
　DATA OUT——数据输出节拍；
　CMD——命令节拍；
　STATUS——状态节拍。
　　各节拍的转换如图8.24所示

　　　

　　　　　　　　　　　　图8.24 SCSI总线节拍转换图

　　SCSI总线在复位之后进入总线自由节拍BUS FREE，在此状态下，总线上的设备可以提出请求，此后进入总线仲裁节拍ARB，通过ARB后，使优先权最高的请求设备获得总线仲裁权。然后进入选择节拍SEL，利用SEL和BSY信号及设备编码决定起始设备和目标设备。

　　经过上述3个节拍后，总线进入信息传输节拍。利用MSG，C/D,I/O三个信号的不同编码，可以决定信息的传输方式。例如，若MSG C/D I/O=000时，则表示一个数据输出总线节拍，数据由起始设备传送到目标设备。

　　当信息传输完成或出现错误时，可利用RST信号使总线复位，总线重新回到BUS FREE节拍。

　　SCSI总线设置很多命令，在软件支持下工作。详细内容可以查阅ECMA公布的SCSI标准。ECMA (European Computer Manufacturers Association)即欧洲计算机厂家协会。

8.4.4 IDE总线

　　IDE总线或称IDE接口，它是1984年由COMPAQ和WD公司联合推出的一种硬盘接口标准。这种接口只支持硬盘驱动器。1993年为了与SCSI接口标准竞争，WD公司又推出增强型的IDE接口，也称为EIDE接口或称ATA接口。EIDE接口不仅支持硬盘驱动器，还支持磁带机和CD—ROM驱动器。EIDE接口迅速得到许多厂商的欢迎。现在市面上新的多功能卡基本上都支持EIDE接口。若插有EIDE的多功能卡，CD—ROM驱动器安装起来相当于第二个磁盘。但旧的多功能卡或硬盘卡，只支持旧的IDE标准，甚至只支持ST506这种更旧的接口标准，则这种卡尽管可以驱动双硬盘，却不能驱动CD—ROM。

　　常见的CD—ROM除了EIDE接口标准外，还有AT接口标准，AT接口是SONY、松下和三菱等公司专用的CD—ROM接口。EIDE接口的平均寻址时间明显优于AT接口。所以若看重读写速度应选用EIDE接口的CD—ROM。CD—ROM采用EIDE接口是大势所趋，AT专用接口将走向消亡。

　　ISA，EISA总线支持EIDE接口数传率为4.1 MB/s，而VESA总线上多采用Fast EIDE接口，它的数传率为11~13 MB/s。容量为850 MB以上的硬盘要采用Fast EIDE—2接口，其数传率为16.6 MB/s。
　　EIDE总线信号定义列于表8.10

表8.10 EIDE总线信号定义

引脚号	信号	引脚号	信号
1	RESET	2	GND
3	D7	4	D8
5	D6	6	D9
7	D5	8	D10
9	D4	10	D11
11	D3	12	D12
13	D2	14	D13
15	D1	16	D14
17	D0	18	D15
19	GND	20	KEY
21	DRQ3	22	GND
23	IOW	24	GND
25	IOR	26	GND
27	IOCHRDY	28	BALE
29	DACK3	30	GND
31	IRQ14	32	IOCS16
33	A1	34	GND
35	A0	36	A2
37	CS0	38	CS1
39	Activitg	40	GND

 

8.4.5 Centronics总线

　　Centronics总线用于计算机与打印机或绘图仪的连接。它也是一种并行通信总线，总线由36条信号线组成。采用扁平电缆或多芯电缆进行信息传送。传输速率较高，传输距离最长为2 m。在使用扁平电缆连接时，采用每两条数据线之间夹一条地线，可以较好的克服数据间的干扰。这种总线未经标准化组织确定，所以不同厂家对引脚定义可能略有区别。目前经常采用25线简化的Centronics总线。例如PC系列机的并行接口就是采用25线的Centronics总线标准。
Centronics总线信号定义列于表8.11

表8.11 Centronics总线信号定义

引脚号	信号名称	说明	引脚号	信号名称	说明
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18	STROBE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ACKNLG BUSY PAPER END +5V AUTO FEEDXT NC GND CHASSIC GND NC	选通信号 　 　 　 并行数据 　 　 　 　 应答信号 忙信号 纸走完信号 　 自动走纸信号 　 地 机壳地	19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36	GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND GND INIT ERROR GND NC +5V SLCT IN	地 　 　 　 　 　 初始化信号 出错信号 地 　 　 输入选择信号

 

8.4.6 RS—232C总线

　一、RS—232C信号定义的说明

　　RS—232C是一种串行通信总线标准，是数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的接口标准，1969年由美国电子工业协会(EIA)从CCITT远程通信标准中导出的一个标准。当初制订此标准的目的是为了使不同厂家生产的设备能达到接插的“兼容性”。也就是说不同厂家所生产的设备，只要它们都具有RS—232C标准接口，则不需要任何转换电路，就可以互相插接起来。这个标准仅保证硬件兼容而没有软件兼容。此外，用它进行数据传输时，由于线路的损耗和噪声干扰，传输距离一般都不超过15 m。通常两计算机的近距离通信可以通过RS—232C接口连接起来。

　　RS—232C标准包括机械指标和电气指标。机械指标规定，RS—232C接口通向外部的连接器(插针和插座)是一种标准的“D”型保护壳的25针插头。图8.25是这种插头的插脚编号

　　　

　　　　　　　　　　　　图8.25 标准25针“D”型插头

　　25个插脚的功能分配列于表8.12。

表8.12 RS-232C的插脚功能分配

插脚号	插脚功能
*1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 *10 *11 *12 *13 *14 *15 *16 *17 *18 *19 *20 *21 *22 *23 *24 *25	保护地 　发送数据(TXD) 　接收数据(RXD) 　请求发送(RTS) 　允许发送(CTS) 　数据通信设备(DCE)准备好(DSR) 　信号地(公共回线) 　数据载体检测(DCD) 　(保留供数据通信设备测试) 　(保留供数据通信设备测试) 　未定义 　(辅信道)数据载体检测(DCD) 　(辅信道)清除发送(CTS) 　(辅信道)发送数据(TXD) 　发送信号单元定时(DCE为源) 　(辅信道)接收数据(RXD) 　接收信号单元定时(DCE为源) 　未定义 　(辅信道)请求发送(RTS) 　数据终端准备好(DTR) 　信号质量检测 　振铃指示(RI) 　数据信号速率选择(DTE/DCE为源) 　发送信号单元定时(DTE为源) 　未定义

　　RS—232C的25个插脚仅定义22个。这22个信号分为两个信道组：一个主信道组(标有“*”者)和一个辅信道组，大多数微机通信系统仅使用主信道组的信号线。在通信时，并非所有主信道组的信号都要连接。在微机通信中，通常使用的RS—232接口信号只有9根引脚(见表8.13)。

表8.13 微型计算机通信中常用的RS-232C接口信号

引脚号	符号	方向	功能
2	TXD	输出	发送数据
3	RXD	输入	接收数据
4	RTS	输出	请求发送
5	CTS	输入	允许发送
6	DSR	输入	数据通信设备准备好
7	GND		信号地
8	DCD	输入	数据载体检测
20	DTR	输出	数据终端准备好
22	RI	输入	振铃指示

　　常用的9根引脚分两类：一类是基本的数据传送引脚，另一类是用于调制解调器(MODEM)的控制和反应它的状态的引脚。

　1. 基本的数据传送引脚

TXD，RXD，GND(2，3，7号引脚) 基本数据传送引脚。
TXD——数据发送引脚，数据传送时，发送数据由该引脚发出，送上通信线，在不传送数据时，异步串行通信接口维持该脚为逻辑“1”。
RXD——数据接收引脚，来自通信线的数据信息由该引脚进入接收设备。
GND——信号地，该引脚为所有电路提供参考电位。

　2. MODEM的控制和状态引脚

从计算机通过RS232C接口送给MODEM的控制引脚包括DTR和RTS。

DTR——数据终端准备完毕引脚，用于通知MODEM计算机准备好，可以通信了。
RTS——请求发送引脚，用于通知MODEM计算机请求发送数据。
从MODEM通过RS323C接口送给计算机的状态信息，引脚包括DSR，CTS，DCD和RI。
DSR——数据通信设备准备就绪引脚，用于通知计算机，MODEM准备好了。
CTS——允许发送引脚，用于通知计算机MODEM可以接收数据了。
DCD——数据载体检测引脚，用于通知计算机MODEM与电话线另一端的MODEM已经建立联系。
RI——振铃信号指示引脚，用于通知计算机，有来自电话网的信号。

　二、具有MODEM设备的远距离通信

　　数据终端设备DTE (Data Terminal Equipment)，如计算机、终端显示器，通过RS232C接口和数据通信设备DCE(DataCommunication Equipment)如调制解调器连接起来，再通过电话线和远程的设备进行通信。即电话线的两端都有DCE，即MODEM设备。MODEM除具有调制和解调功能外，还必须具有控制功能和反映状态的功能。这些控制功能用来完成与RS—232C接口以及电话线另一端的MODEM进行信息交换和联络控制。具有MODEM设备的远距离通信的连接图，见图8.26。

　　　

　　　　　　　　　　　　　　图8.26 最简单连接

　　在实际使用中，若进行近距离通信，即不通过电话线进行远程通信，则不需要使用DCE，而直接把DTE连接起来，称为零调制解调器联接，因为此时调制解调器已退化成了一个线路交叉，不起任何作用了。两个DTE之间可以利用表8?13列出的9根线进行不同的连接进行通信双方的握手联络。

　1. 通信双方永远准备好接收的DTE

　　这是一种最简单的连接，这种连接仅用3根线。其它和MODEM有关的线，可以不连接，如图8?26(a)或将控制线和自身的状态线连接起来。如图8.26(b)所示。

　2. 利用MODEM的控制信号线建立同步

　　当进行近距离通信时，不必通过MODEM，两台计算机可以通过RS—232C直接对接，这种情况下，和MODEM有关的控制线和状态线用来为通信双方进行握手联络。这种连接如图8.27所示。

　　　

　　　　　　　　　图8.27 用MODEM控制作为通信握手联络

　　通信双方的握手联络过程如下：

　　首先需要发送数据的一方将RTS变为有效向对方(接收数据的一方)请求发送。RTS接到另一方的DSR和DCD。当DSR有效，表示数据设备准备好，DCD引脚的状态改变，通知CPU对方要发送数据。当接收端准备好接收时，通过DTR引脚向对方(请求发送的一方)发出数据终端准备完毕的信息，该引脚接到发送端的CTS引脚，通知它接收端“允许发送”。只有当CTS有效时，发送端才可以发送信息。所以如果在接收信息时，接收端来不及处理收到的信息，例如，接收缓冲器满等情况出现，便可以将自身的DTR信号变为无效，使发送端的CTS也变为无效而使发送端暂停发送。当发送端发送完全部数据，便使自身的请求发送引脚RTS变为无效，接收端的DSR，DCD引脚状态改变会再次引起CPU中断，从而得知数据发送完毕。RS—232C是支持全双工通信的，双方的收发都可以按上述方式进行。

　　若有一方永远处于接收准备好的状态，例如，计算机B对接收的数据处理得很快或很简单，则它是永远准备好接收的DTR，这种情况可以省去两条接线，连接图如图8.28所示。将接收端的DTR与自己的DSR和DCD相接，只要DTR有效，便使DSR和DCD有效，从而使接收线路畅通。在发送端RTS接向自己的CTS，只要RTS有效，就会使允许发送CTS有效，因此发送端随时可以发送。

　　　

　　　　　　　 　　　　图8.28 用MODEM控制的一种简化联络

　三、RS—232C总线的电气规范

　RS—232C总线的电气规范列于表8.14。

表8.14 RS-232C的电气规范

带3～7K欧负载时驱动器的输出电平   不带负载时驱动器的输出电平 驱动器段断开时的输出阻抗 输出短路电流 驱动器转换速率 接收器输入阻抗 接收器输入电压的允许范围 输入开路时接收器的输出 输入经300欧接地时接收器的输出 +3V输入时接收器的输出 -3V输入时接收器的输出 最大负载电容	逻辑0：+5～+15V 逻辑1：-5～-15V -25～+25V >300欧 <0.5A <30伏/微秒 在3～7K欧之间 -25～+25V 逻辑1 逻辑1 逻辑0 逻辑1 2500pF

 

　　从表8.14看出对于发送端，规定用-5~-15 V表示逻辑“1”(或称MARK信号)，用+5~+15 V表示逻辑“0”(或称SPACE)，内阻为几百欧姆，可以带2 500 pF的电容负载。负载开路时电压不得超过±25 V；对于接收端，电压低于-3 V表示逻辑“1”，高于+3 V表示逻辑“0”，输入阻抗在3~7 kΩ之间。接口应经得住短路而不损坏。

　四、RS—232C标准与TTL标准之间的转换

　　由RS—232C的电气规范，可以得出发送时RS—232C的逻辑“1”电平在-5~-15 V范围内。而逻辑“0”电平在+5~+15 V范围内；它要求RS—232C的接收器必须能识别低至+3 V的信号作为逻辑0，而能识别高至-3 V的信号作为逻辑1。因此，RS—232C的逻辑电平与TTL逻辑电平是不兼容的。但是微型计算机通过串行接口芯片，送出的和能接收的都是TTL电平表示的数字信息。为了使RS—232C和TTL组成的串行接口能相接，必须进行电平转换。Motorola公司制造的MC1488是把TTL电平转换为RS—232C电平的一种比较简单的集成电路驱动器芯片；而MC1489是把RS—232C电平转换成TTL电平的接收器芯片。，采用MC1488和MC1489电平转换芯片的全双工RS—232C接口电路和UART(异步规程收发器接口)的连接线路如图8.29所示。

　　　

　　　　　　　图8.29 采用MC1488和1489电平转换芯片

　　　　　　　　　　　时RS—232C与UART的连接

　　由于RS—232C使用非常广泛，许多半导体厂家都生产专用于TTL电平与RS—232C电平的专用转换芯片。常用于将TTL电平转换为RS—232C电平的芯片，除MC1488外还有75188，75150等，用于将RS—232C电平转换为TTL电平的除MC1489外，还有75189，75154等。

8.4.7 RS—423A总线

　　为了克服RS—232C的缺点，提高传送速率，增加通信距离，又考虑到与RS—232C的兼容性，EIA在1987年提出了RS—423A总线标准。该标准的主要优点是在接收端采用了差分输入。RS—423A的接口电路如图8.30所示。

　　

　　　　　　　　　　图8.30 RS—423A接口电路

　　在有电磁干扰的场合，干扰信号将同时混入两条通信线路中，产生共模干扰，而差分输入对共模干扰信号有较高的抑制作用，这样就提高了通信的可靠性。RS—423A用-6 V表示逻辑“1”，用+6 V表示逻辑“0”，而RS—232C的接收电压范围是±3 V，所以RS—423 A不通的接收器仅对差动信号敏感，当信号线之间的电压低于-0.2 V时表示“1”，大于0.2 V时表示“0”。接收芯片可以承受±25 V的电压，因此可以直接与RS—232C相接。根据使用经验，采用普通双绞线，RS—423A线路可以在130 m用100 k的波特率可靠通信。在1200 m内，可用1200波特进行通信。目前越来越多的计算机逐步采用RS—423A标准以获得比RS—232C更佳的通信效果。

8.4.8RS—422A总线

　　RS—422A采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器。如图8.31所示。

　　　

　　　　　　　　　　图8.31 RS—422A平衡输出差分输入图

　　发送器有两根输出线，当一条线向高电平跳变的同时，另一条输出线向低电平跳变，线之间的电压极性因此翻转过来。在RS—422A线路中，发送信号要用两条线，接收信号也要两条线，对于双工通信，至少要有4根线。由于RS—422A线路是完全平衡的，它比RS—423A更高的可靠性，传送更快更远。一般情况下，RS—422A线路不使用公共地线，这使得通信双方由于地电位不同而对通信线路产生的干扰减至最小。双方地电位不同产生的信号成为共模干扰会被差分接收器滤波掉，而这种干扰却能使RS—232C的线路产生错误。但是必须注意，由于接收器所允许的共模干扰范围是有限的，要求小于±25V。因此，若双方地电位的差超过这一数值，也会使信号传送错误，或导致芯片损坏。当采用普通双绞线时，RS—422A可在1 200m范围以38.4 kbit/s的波特率进行通信。在短距离(200 m)，RS—422A的线路可以轻易地达到200 kbit/s以上的波特率，因此这种接口电路被广泛地用在计算机本地网络上。RS—422A的输出信号线间的电压为±2 V，接收器的识别电压为±0.2 V。共模范围±25 V。在高速传送信号时，应该考虑到通信线路的阻抗匹配，否则会产生强烈的反射，使传送的信息发生畸变，导致通信错误。一般在接收端加终端电阻以吸收掉反射波。电阻网络也应该是平衡的，如图8.32所示。

　　　

　　　　　　　　　　　　　图8.32 在接收端加终端电阻图

8.4.9 RS—485总线

　　使用RS—422A接口电路进行全双工通信，需要两对线或4条线，使线路成本增加。RS—485适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的，线路如图8.33所示。

　　　

　　　　　图8.33 使用RS—485多个点之间共用一对线路进行总

　　　　　　　　　　　　　线方式联网

　　由于共用一条线路，在任何时刻，只允许有一个发送器发送数据，其它发送器必须处于关闭 (高阻)状态，这是通过发送器芯片上的发送允许端控制的。例如，当该端为高电平时，发送器可以发送数据，而为低电平时，发送器的两个输出端都呈现高阻状态，好像从线路脱开一样。