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串口通信详解一、RS-232RS-232 在 1962 年发布，命名为 EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容RS-232-C 是美国电子工业协会 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RS-232-C 总线标准设有 25 条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线RS-232-C 标准规定的数据传输速率为每秒 50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 波特RS-232-C 标准规定，驱动器允许有 2500pF 的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用 150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为 15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加传输距离短的另一原因是 RS-232 属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 20m 以内的通信目前 RS-232 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。

RS-232 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准RS-232 采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯 图 1收、发端的数据信号是相对于信号地，如从 DTE 设备发出的数据在使用 DB25 连接器时是 2 脚相对 7 脚（信号地）的电平，DB25 各引脚定义参见图 1典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V 电平当无数据传输时，线上为 TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从 TTL 电平到RS-232 电平再返回 TTL 电平接收器典型的工作电平在+3～+12V 与-3～-12V由于发送电平与接收电平的差仅为 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电9 针串口（DB9） 25 针串口（DB25）针号 功能说明 缩写针号 功能说明 缩写1 数据载波检测 DCD 8 数据载波检测 DCD2 接收数据 RXD 3 接收数据 RXD3 发送数据 TXD 2 发送数据 TXD4 数据终端准备 DTR 20 数据终端准备 DTR5 信号地 GND 7 信号地 GND6 数据设备准备好 DSR 6 数据准备好 DSR7 请求发送 RTS 4 请求发送 RTS8 清除发送 CTS 5 清除发送 CTS9 振铃指示 DELL 22 振铃指示 DELL容，其传送距离最大为约 15 米，最高速率为 20kb/s。

RS-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为 3～7kΩ所以 RS-232 适合本地设备之间的通信RS232C 串口通信接线方法（三线制）首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对 9 针串口和 25 针串口，均是 2 与 3直接相连；  两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）9 针－9 针 25 针－25 针 9 针－25 针2 3 3 2 2 23 2 2 3 3 35 5 7 7 5 7上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收 GPS 数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼些交叉，信号地对应相接规定 RS232 RS422 R485工作方式 单端 差分 差分节点数 1 收、1 发 1 发 10 收 1 发 32 收最大传输电缆长度 50 英尺 400 英尺 400 英尺最大传输速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s最大驱动输出电压 +/-25V -0.25V～+6V -7V～+12V驱动器输出信号电平(负载最小值)负载 +/-5V～+/-15V +/-2.0V +/-1.5V驱动器输出信号电平(空载最大值)空载 +/-25V +/-6V +/-6V驱动器负载阻抗(Ω) 3K～7K 100 54摆率(最大值) 30V/μs N/A N/A接收器输入电压范围 +/-15V -10V～+10V -7V～+12V接收器输入门限 +/-3V +/-200mV +/-200mV接收器输入电阻(Ω) 3K～7K 4K(最小) ≥12K驱动器共模电压 -3V～+3V -1V～+3V接收器共模电压 -7V～+7V -7V～+12V表 1 二、RS485 和 RS422RS-422 由 RS-232 发展而来，它是为弥补 RS-232 之不足而提出的。

为改进 RS-232 通信距离短、速率低的缺点，RS-422 定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到 10Mb/s，传输距离延长到 4000 英尺（速率低于 100kb/s 时），并允许在一条平衡总线上连接最多10 个接收器RS-422 是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A 标准为扩展应用范围，EIA 又于 1983 年在 RS-422 基础上制定了 RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为 TIA/EIA-485-A 标准由于 EIA 提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以 RS 作前缀称谓 平衡传输 RS-422、RS-485 与 RS-232 不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为 A，另一线定义为 B，如图 2 图 2 通常情况下，发送驱动器 A、B 之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态另有一个信号地 C，在 RS-485 中还有一“使能”端，而在RS-422 中这是可用可不用的。

使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将 AA 与 BB 对应相连，当在收端 AB 之间有大于+200mV 的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV 时，输出负逻辑电平接收器接收平衡线上的电平范围通常在 200mV 至 6V 之间参见图 3 图 3 RS-422 电气规定 RS-422 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性图 5 是典型的 RS-422 四线接口实际上还有一根信号地线，共 5 根线图 4 是其 DB9 连接器引脚定义由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比 RS232 更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接 10 个节点即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以 RS-422 支持点对多的双向通信接收器输入阻抗为 4k，故发端最大负载能力是 10×4k+100Ω（终接电阻）RS-422 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF 握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。

图 4 图 5RS-422 的最大传输距离为 4000 英尺（约 1219 米），最大传输速率为 10Mb/s其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能达到最大传输距离只有在很短的距离下才能获得最高速率传输一般 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s RS-422 需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在 300 米以下不需终接电阻终接电阻接在传输电缆的最远端 RS-422 有关电气参数见表 1 RS-485 电气规定 由于 RS-485 是从 RS-422 基础上发展而来的，所以 RS-485 许多电气规定与 RS-422 相仿如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，参见图 6 而采用四线连接时，与 RS-422 一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比 RS-422 有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到 32 个设备参见图 7 图 6 图 7RS-485 与 RS-422 的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485 是-7V 至+12V 之间，而 RS-422 在-7V 至+7V 之间，RS-485 接收器最小输入阻抗为 12k 剑 鳵 S-422 是 4k 健； 旧峡梢运礡 S-485 满足所有 RS-422 的规范，所以 RS-485 的驱动器可以用在 RS-422 网络中应用。

RS-485 有关电气规定参见表 1 RS-485 与 RS-422 一样，其最大传输距离约为 1219 米，最大传输速率为 10Mb/s平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度只有在很短的距离下才能获得最高速率传输一般 100 米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s RS-485 需要 2 个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在 300 米以下不需终接电阻终接电阻接在传输总线的两端 RS-422 与 RS-485 的网络安装注意要点 RS-422 可支持 10 个节点，RS-485 支持 32 个节点，因此多节点构成网络网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络在构建网络时，应注意如下几点： 1．采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低图 8 所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（a，c，e）和正确的连接方式（b，d，f）a，c，e 这三种网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。

2．应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线 图 8 RS-422 与 RS-485 传输线上匹配的一些说明 对 RS-422 与 RS-485 总线网络一般要使用终接电阻进行匹配但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配但这在实际上难以掌握，美国 MAXIM 公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的 3 倍以上时就可以不加匹配例如具有限斜率特性的 RS-485 接口 MAX483 输出信号的上升或下降时间最小为 250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为 0.2m/ns（24AWG PVC 电缆），那么只要数据速率在 250kb/s 以内、电缆长度不超过16 米，采用 MAX483 作为 RS-485 接口时就可以不加终端。