RS-232串行通信線路的連接方法設(shè)計(jì)分析

RS-232串行通信線路的連接方法設(shè)計(jì)分析

RS－232通信線路連接可以使用多種類型連接器、引腳配置和信號(hào)傳輸方式的任何一種。由于有多種選擇，因此正確設(shè)計(jì)線路連接或者解決連接中的問題尤為重要。本文主要探討RS—232的線路連接，連接器和導(dǎo)線配置問題。

關(guān)鍵詞：RS－232串行通信線路連接方式設(shè)計(jì)

一、線路連接與連接器

圖1和圖2表示在RS－232接口中的常用連接器結(jié)構(gòu)，以及在TIA／EIA—232中描述的連接器的插座引線。連接器的引腳或者插座的號(hào)碼都印在引腳或者插座孔附近。

1、25針連接器

最初的RS—232標(biāo)準(zhǔn)沒有推薦連接器，目前新的標(biāo)準(zhǔn)配置的連接器類型是一個(gè)25針的D-sub 連接器。這個(gè)連接器的外殼和一個(gè)大寫字母D的外形相似，它可以確定插接連接器時(shí)的方向 。導(dǎo)線在兩個(gè)錯(cuò)開的行上，每行導(dǎo)線相距0?109英寸。DTE連接器有插入式(針)導(dǎo)線，而D C E有內(nèi)孔(插口)導(dǎo)線。這個(gè)連接器的另一個(gè)名字是DB－25，B表示這個(gè)外殼的大小，25表示針數(shù)量。在PC機(jī)上，不要將并口的D－sub和串行連接器混淆。在大多數(shù)的PC機(jī)上，并口使用25針內(nèi)孔D-sub，而25針串口使用插入式連接器。有的SCSI接口也使用一個(gè)25針內(nèi)孔D－Sub。

2、9針連接器

大多數(shù)的PC機(jī)為串口使用一個(gè)9針插入式D－sub連接器。這些串口只包括9個(gè)信號(hào)。這個(gè)較小的連接器可為PC機(jī)在擴(kuò)展卡的后部面板上的其他連接器留出了更多的空間。這個(gè)連接器也被稱作DE－9，E表示這個(gè)外殼的大小。有些資料將它稱作DB－9，9針連接器有不同的命名，尤其是對25針連接器上的1－9針上的信號(hào)。容易混淆的是2和3是顛倒的，2為RD，而3為TD。

3、連接器的匹配

表1列出了25針和9針RS-232連接器的腳位功能。

如果需要連接不同類型的連接器，可以使用不同配置的適配器和電纜，或者自己制作適配器和電纜。所有的RS-232輸出和輸入必須能夠承受到任何其他RS—232信號(hào)，包括接地信號(hào)的短路而不受損壞。

在連接的兩端都有相同類型的連接器的時(shí)候，要連接DTE和DCE，電纜可直接連接對應(yīng)的每一根導(dǎo)線，引腳1到引腳1，引腳2到引腳2等等。如果連接一個(gè)9針和一個(gè)25針的連接器，需要一個(gè)準(zhǔn)確收發(fā)信號(hào)的電纜或者適配器?？稍谝粋€(gè)引出口盒的兩頭使用一個(gè)9到25針（或相反）的適配器。如圖3所示。

二、RS-232連接方式

最簡單的是用3根導(dǎo)線連接。連接交換RD和TD線，因此每個(gè)TD連接到對應(yīng)的RD。如果設(shè)備不使用硬件握手，這樣就可以完成通信。見圖4（a）。

25針和9針的連接器的使用要避免導(dǎo)致在連接導(dǎo)線的混淆，可按照圖4的連線來決定 對2個(gè)相同大小的連接器連接。然后以圖3的連線在一端轉(zhuǎn)換9針和25針的連接。

全握手連接允許硬件握手。數(shù)據(jù)和握手信號(hào)輸出連接到它們在另一臺(tái)設(shè)備上的相應(yīng)的輸入 。在一個(gè)循環(huán)回送連接中，握手信號(hào)輸出循環(huán)回送給自身設(shè)備的相應(yīng)輸入，圖4（b）所示。這在一臺(tái)設(shè)備要求有握手信號(hào)而另一臺(tái)不提供握手信號(hào)的時(shí)候就很有用處。但是，使用這種類型的連接如果接收設(shè)備不能跟上發(fā)送速度就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

當(dāng)只有一臺(tái)設(shè)備要求握手信號(hào)時(shí)，從一個(gè)DTE到DCE接口中使用循環(huán)回送握手信號(hào)。在這種情況下，數(shù)據(jù)線正常連接，但是握手信號(hào)輸出循環(huán)回送到它們相應(yīng)的輸入。在一個(gè)DTE中，將RTS、CTS、DSR和CD連接到一起，如圖4(c)所示。在這種方式下，無論什么時(shí)候只要DTE聲明了RTS，也會(huì)出現(xiàn)DCE聲明CTS、DSR和CD。一個(gè)變化是連接RTS和CTS，以及將DTR連接到DSR和CD。

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? 另一種類型是和有的串行打印機(jī)一起使用。串行打印機(jī)通常配置成DTE，因此TD和RD必須在連接到一臺(tái)PC機(jī)的時(shí)候交換。另外，很多打印機(jī)使用DTR作為握手信號(hào)，而有的PC軟件假定CTS為握手信號(hào)。出現(xiàn)這種情況，電纜或者一個(gè)適配器必須將這臺(tái)打印機(jī)的DTR，而不是RTS，連接到PC機(jī)的CTS。

三、RS-232串行通信電纜

RS-232電纜在電線的數(shù)量和絕緣線的數(shù)量和類型上都有所變化。對于較長連接來說，應(yīng)將電纜長度保持在推薦的限制以內(nèi)是非常重要的。

（1）長度限制

RS—232的最初標(biāo)準(zhǔn)建議將電纜長度限制在50 ft以內(nèi)。對于≤20 000? b/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，可以在最長50 ft的連接中使用任何類型的電纜。

后來的標(biāo)準(zhǔn)是在接收器規(guī)定了一個(gè)最大的電容2500 pF。這個(gè)數(shù)值包括了接收器的電容 、電纜中連接器之間的動(dòng)態(tài)電容以及導(dǎo)線與電纜屏蔽之間，或者在非屏蔽電纜中，導(dǎo)線和 地線之間的電容。

電容有這樣幾個(gè)效果。它限制了回轉(zhuǎn)速度，或者在輸出切換的時(shí)候的電壓變化速度。一個(gè)較高的電容導(dǎo)致一個(gè)較低的回轉(zhuǎn)速度和較慢的躍遷。一個(gè)較高的電容還意味著一個(gè)電壓 變化需要更大的電流來對電容充電，因此驅(qū)動(dòng)器總的電能消耗要更大一些。在導(dǎo)線之間的 電容還能導(dǎo)致干擾，在這種情況下一條導(dǎo)線中的信號(hào)會(huì)在臨近的導(dǎo)線中有反映。

（2）非屏蔽電纜

對于非屏蔽電纜，TIA/EIA—232的附錄建議，考慮到導(dǎo)線對地的電容，將電纜電容增加50%。

計(jì)算非屏蔽電纜的電纜長度的公式如下：

電纜長度＝(2500—接收器輸入電容)/(電纜電容×1.5)

電纜長度的單位是ft，輸入電容的單位是pF，電纜電容的單位是pF/ft。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沒有對任何其他電纜類型提出建議。帶狀電纜的典型電容是15 pF/ft。假定接收器的輸人電容是100 pF，電纜最長可以達(dá)到106 ft((2500—100)/(15×1.5) )。一個(gè)單根非屏蔽雙絞線的典型電容是12 pF/ft。仍然假定輸入電容為100 pF， 則最大電纜長度為133ft。

（3）屏蔽電纜

為電纜增加屏蔽縮短了最大長度，但是屏蔽有時(shí)對于阻止噪聲混入電纜或者從電纜中“溢出”是需要的。對于屏蔽的雙絞線，建議將導(dǎo)線到導(dǎo)線電容乘以3以便把導(dǎo)線到屏蔽的電容考慮在內(nèi)。

因此計(jì)算屏蔽導(dǎo)線的電纜長度的公式如下：

電纜長度＝(2500—接受器輸入內(nèi)容)/(電纜電容×3)

電纜長度的單位為ft，輸入電容的單位是pF，電纜電容的單位是pF/ft。

這就將屏蔽雙絞線電纜的最大長度削減到66 ft。

如果想要使用一個(gè)超出了電容限制的連接，可能仍舊能夠進(jìn)行通信，但是以更低的波特率 。利用短電纜及相應(yīng)的更小的電容，如果發(fā)送和接收端硬件都支持更高的速度，則可以比20000b/s更快的速度進(jìn)行通信。

（4）雙絞線

為了減少干擾，可以對RS-232使用雙絞線電纜和多個(gè)接地線。每一根信號(hào)線應(yīng)和一個(gè)接地線絞在一起。

（5）導(dǎo)線的數(shù)量

不論選用什么類型的電纜，要確定它有連接所需要的所有導(dǎo)線。一個(gè)9針D-SUB支持 的9根導(dǎo)線的電聯(lián)能夠處理大多數(shù)的情況。有的串行電纜只有3根導(dǎo)線，不支持硬件握手。當(dāng)然，如果在兩端都用25針連接器，使用全25根導(dǎo)線的電纜也是可以的。

四、線路連接調(diào)試

1、使用一個(gè)較低的比特率

如果調(diào)試工具有限?？稍谝粋€(gè)300b/s的速度下，利用LED的閃爍觀察線路的通信狀況。

2、使用可分離的終端接口的微控器進(jìn)行調(diào)試

可在開發(fā)過程中使用兩個(gè)串口的微控器，然后在最后的設(shè)計(jì)中切換到一個(gè)端口的芯片，如果不能選用一個(gè)獨(dú)立的調(diào)試端口，可在端口位上添加一些LED，以及添加一些代碼（如VB控件等），以便在相應(yīng)的時(shí)候切換這些LED的開關(guān)狀態(tài)來顯示程序的任務(wù)。

3、利用檢測儀器

用一臺(tái)數(shù)字示波器或者邏輯分析儀，通過準(zhǔn)確地顯示連接中的工作信號(hào)，或者以示波器上的兩個(gè)通道的方式觀察差動(dòng)電壓的變化以確定電路的工作狀態(tài)。

五、結(jié)語

RS-232應(yīng)用范圍廣、價(jià)格便宜，并且可以比其他接口可以使用更長的導(dǎo)線，其連接可以是 任何類型的Pc或嵌入式控制器，也可以是多個(gè)類型的組合。更新的USB串行接口速度更快，并且還有其他優(yōu)點(diǎn)，隨著USB 端口的普遍使用，又出現(xiàn)了USB與RS-232的轉(zhuǎn)換器。在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行正確連接和轉(zhuǎn)換。