RS-232串行通信线路的连接方法设计分析

RS-232串行通信线路的连接方法设计分析

RS－232通信线路连接可以使用多种类型连接器、引脚配置和信号传输方式的任何一种。由于有多种选择，因此正确设计线路连接或者解决连接中的问题尤为重要。本文主要探讨RS—232的线路连接，连接器和导线配置问题。

关键词：RS－232串行通信线路连接方式设计

一、线路连接与连接器

图1和图2表示在RS－232接口中的常用连接器结构，以及在TIA／EIA—232中描述的连接器的插座引线。连接器的引脚或者插座的号码都印在引脚或者插座孔附近。

1、25针连接器

最初的RS—232标准没有推荐连接器，目前新的标准配置的连接器类型是一个25针的D-sub 连接器。这个连接器的外壳和一个大写字母D的外形相似，它可以确定插接连接器时的方向 。导线在两个错开的行上，每行导线相距0?109英寸。DTE连接器有插入式(针)导线，而D C E有内孔(插口)导线。这个连接器的另一个名字是DB－25，B表示这个外壳的大小，25表示针数量。在PC机上，不要将并口的D－sub和串行连接器混淆。在大多数的PC机上，并口使用25针内孔D-sub，而25针串口使用插入式连接器。有的SCSI接口也使用一个25针内孔D－Sub。

2、9针连接器

大多数的PC机为串口使用一个9针插入式D－sub连接器。这些串口只包括9个信号。这个较小的连接器可为PC机在扩展卡的后部面板上的其他连接器留出了更多的空间。这个连接器也被称作DE－9，E表示这个外壳的大小。有些资料将它称作DB－9，9针连接器有不同的命名，尤其是对25针连接器上的1－9针上的信号。容易混淆的是2和3是颠倒的，2为RD，而3为TD。

3、连接器的匹配

表1列出了25针和9针RS-232连接器的脚位功能。

如果需要连接不同类型的连接器，可以使用不同配置的适配器和电缆，或者自己制作适配器和电缆。所有的RS-232输出和输入必须能够承受到任何其他RS—232信号，包括接地信号的短路而不受损坏。

在连接的两端都有相同类型的连接器的时候，要连接DTE和DCE，电缆可直接连接对应的每一根导线，引脚1到引脚1，引脚2到引脚2等等。如果连接一个9针和一个25针的连接器，需要一个准确收发信号的电缆或者适配器。可在一个引出口盒的两头使用一个9到25针（或相反）的适配器。如图3所示。

二、RS-232连接方式

最简单的是用3根导线连接。连接交换RD和TD线，因此每个TD连接到对应的RD。如果设备不使用硬件握手，这样就可以完成通信。见图4（a）。

25针和9针的连接器的使用要避免导致在连接导线的混淆，可按照图4的连线来决定 对2个相同大小的连接器连接。然后以图3的连线在一端转换9针和25针的连接。

全握手连接允许硬件握手。数据和握手信号输出连接到它们在另一台设备上的相应的输入 。在一个循环回送连接中，握手信号输出循环回送给自身设备的相应输入，图4（b）所示。这在一台设备要求有握手信号而另一台不提供握手信号的时候就很有用处。但是，使用这种类型的连接如果接收设备不能跟上发送速度就会导致数据错误。

当只有一台设备要求握手信号时，从一个DTE到DCE接口中使用循环回送握手信号。在这种情况下，数据线正常连接，但是握手信号输出循环回送到它们相应的输入。在一个DTE中，将RTS、CTS、DSR和CD连接到一起，如图4(c)所示。在这种方式下，无论什么时候只要DTE声明了RTS，也会出现DCE声明CTS、DSR和CD。一个变化是连接RTS和CTS，以及将DTR连接到DSR和CD。

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? 另一种类型是和有的串行打印机一起使用。串行打印机通常配置成DTE，因此TD和RD必须在连接到一台PC机的时候交换。另外，很多打印机使用DTR作为握手信号，而有的PC软件假定CTS为握手信号。出现这种情况，电缆或者一个适配器必须将这台打印机的DTR，而不是RTS，连接到PC机的CTS。

三、RS-232串行通信电缆

RS-232电缆在电线的数量和绝缘线的数量和类型上都有所变化。对于较长连接来说，应将电缆长度保持在推荐的限制以内是非常重要的。

（1）长度限制

RS—232的最初标准建议将电缆长度限制在50 ft以内。对于≤20 000  b/s的数据传输速度，可以在最长50 ft的连接中使用任何类型的电缆。

后来的标准是在接收器规定了一个最大的电容2500 pF。这个数值包括了接收器的电容 、电缆中连接器之间的动态电容以及导线与电缆屏蔽之间，或者在非屏蔽电缆中，导线和 地线之间的电容。

电容有这样几个效果。它限制了回转速度，或者在输出切换的时候的电压变化速度。一个较高的电容导致一个较低的回转速度和较慢的跃迁。一个较高的电容还意味着一个电压 变化需要更大的电流来对电容充电，因此驱动器总的电能消耗要更大一些。在导线之间的 电容还能导致干扰，在这种情况下一条导线中的信号会在临近的导线中有反映。

（2）非屏蔽电缆

对于非屏蔽电缆，TIA/EIA—232的附录建议，考虑到导线对地的电容，将电缆电容增加50%。

计算非屏蔽电缆的电缆长度的公式如下：

电缆长度＝(2500—接收器输入电容)/(电缆电容×1.5)

电缆长度的单位是ft，输入电容的单位是pF，电缆电容的单位是pF/ft。

这个标准没有对任何其他电缆类型提出建议。带状电缆的典型电容是15 pF/ft。假定接收器的输人电容是100 pF，电缆最长可以达到106 ft((2500—100)/(15×1.5) )。一个单根非屏蔽双绞线的典型电容是12 pF/ft。仍然假定输入电容为100 pF， 则最大电缆长度为133ft。

（3）屏蔽电缆

为电缆增加屏蔽缩短了最大长度，但是屏蔽有时对于阻止噪声混入电缆或者从电缆中“溢出”是需要的。对于屏蔽的双绞线，建议将导线到导线电容乘以3以便把导线到屏蔽的电容考虑在内。

因此计算屏蔽导线的电缆长度的公式如下：

电缆长度＝(2500—接受器输入内容)/(电缆电容×3)

电缆长度的单位为ft，输入电容的单位是pF，电缆电容的单位是pF/ft。

这就将屏蔽双绞线电缆的最大长度削减到66 ft。

如果想要使用一个超出了电容限制的连接，可能仍旧能够进行通信，但是以更低的波特率 。利用短电缆及相应的更小的电容，如果发送和接收端硬件都支持更高的速度，则可以比20000b/s更快的速度进行通信。

（4）双绞线

为了减少干扰，可以对RS-232使用双绞线电缆和多个接地线。每一根信号线应和一个接地线绞在一起。

（5）导线的数量

不论选用什么类型的电缆，要确定它有连接所需要的所有导线。一个9针D-SUB支持 的9根导线的电联能够处理大多数的情况。有的串行电缆只有3根导线，不支持硬件握手。当然，如果在两端都用25针连接器，使用全25根导线的电缆也是可以的。

四、线路连接调试

1、使用一个较低的比特率

如果调试工具有限。可在一个300b/s的速度下，利用LED的闪烁观察线路的通信状况。

2、使用可分离的终端接口的微控器进行调试

可在开发过程中使用两个串口的微控器，然后在最后的设计中切换到一个端口的芯片，如果不能选用一个独立的调试端口，可在端口位上添加一些LED，以及添加一些代码（如VB控件等），以便在相应的时候切换这些LED的开关状态来显示程序的任务。

3、利用检测仪器

用一台数字示波器或者逻辑分析仪，通过准确地显示连接中的工作信号，或者以示波器上的两个通道的方式观察差动电压的变化以确定电路的工作状态。

五、结语

RS-232应用范围广、价格便宜，并且可以比其他接口可以使用更长的导线，其连接可以是 任何类型的Pc或嵌入式控制器，也可以是多个类型的组合。更新的USB串行接口速度更快，并且还有其他优点，随着USB 端口的普遍使用，又出现了USB与RS-232的转换器。在应用中应根据系统需要进行正确连接和转换。