深入理解RS232串口

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“串口”是串行通信接口的简称，所谓“串行通信”是指数据按位依次发送的通信方式。常见的串口有：RS232和RS485。虽然串口通信诞生的时间较早，但它仍然活跃在当今工业自动化控制领域。今天这篇文章，我们来深入介绍下RS232串口。本文包括如下几个主题：

1、RS232的历史

2、RS232的接口

3、RS232的电气信号

4、RS232的电平转换芯片

5、RS232的数据传输

1、RS232的历史

RS232是美国电子工业协会（Electronic Industries Association ,EIA）于1962年颁布的通信标准，其全称是：DTE和DCE的电气/机械接口标准。“DTE”是英文“Data Terminal Equipment ”的缩写，翻译为“数据终端设备”，比如计算机；“DCE”是英文“Data Circuit-terminating Equipment”的缩写，翻译为“数据电路端接设备”。也有将其写作“Data Communication Equipment”，翻译为“数据通信设备”，比如调制解调器。“RS232”名称中的“RS”是“Recommand Standard”的缩写，表示“推荐标准”。“232”是标识号。早期的RS232是为了实现计算机、程控电话、调制解调器之间通信而制定的标准，后来经过多次改版，成了一种通用的串行通信标准。RS232的改版信息如下：

• 1969年C版本（RS232-C）；
• 1986年D版本（RS232-D）；
• 1991年E版本（RS232-E）；
• 1997年F版本（RS232-F）；

目前，在工业自动化领域，RS232多用于触摸屏、读卡器、扫码枪、打印机等设备与PLC之间的通信。

2、RS232的接口

在F版本之前，RS232使用25针串行接口，分为公头（Male）和母头（Female）两种，公头用于DTE设备，母头用于DCE设备，如下图所示：

实物如下图所示：

针脚定义见下面的表格：

25针串口针脚太多，用起来比较繁琐。为了简化RS232串口，在F版本中定义了9针串口，同样包括公头（用于DTE）和母头（用于DCE）两种，如下图所示：

针脚定义见下面的表格：

PLC被视为DTE设备，其RS232串口为公头。比如S7-1200的串口模块CM1241 RS232其串口为公头，如下图所示：

对于DTE和DTC的通信，可以使用直连的方式，如下图所示：

对于两个DTE（比如PLC和扫码枪）之间的通信，应采用交叉连接的方式。可以将所有引脚相互连接，如下图所示：

可以采用最小连接的方式，仅使用三根线，将双方的TxD和RxD互连，GND互连，如下图所示：

这种DTE直接连接，不经过DCE的连接也称为“ null modem”连接，这类电缆称为“null modem”电缆或交叉电缆。

3、RS232的电气信号

RS232接收-发送端的电信号是相对于公共地线（GND）的电压信号。当电压差值在+3V~+15V之间表示逻辑“0”，当电压差值在-3V~-15V之间表示逻辑“1”，电压差值在-3V~+3V之间没有定义。3V是最小的可检测电压信号，实际使用时期望电压差的绝对值在5V~15V之间，即：发送数据时，发送端驱动器输出正电压信号+5V~+15V，表示逻辑“0”；负电压信号-5V~-15V表示逻辑1。接收数据时，只要是检测到大于3V的电信号，即将其视为有效信号。

4、RS232的电平转换芯片

单片机的引脚输出的是TTL电平，需要使用专用的转换芯片（TI公司的MAX3232或者ST公司的ST3232等）将其转换为RS232电平。详细内容请看我之前的文章：RS232电平和TTL电平有什么不同？如何转换？

5、RS232的数据传输

数据传输涉及的第一个概念是波特率。我们知道串行通信的传输是一位接着一位的，其传输单位为：位（bit）。因此，波特率的定义就是在单位时间内传输的位的个数。国际公用的单位时间为秒（s），因此波特率的单位为：bit/s（b/s），也写作bps（bit per second）。

波特率有一定的选择范围（并非任意值），常见的波特率有：9600，38400，56000，115200等。还有很多其它的值，通信双方约定好相同的波特率即可。

RS232是一种点对点的通信，其数据帧由起始位、数据位、校验位、停止位四部分组成。

• 起始位：长度1，数据值等于逻辑0，表示开始发送数据；
• 数据位：长度8或7，表示实际发送的数据；
• 校验位：长度0（无校验）或1（奇校验或偶校验）；
• 停止位：长度1、1.5或者2，数据值等于逻辑1，表示数据帧发送结束；

假设某RS232通信设置数据位=7，奇校验，停止位=2，则帧和逻辑值如下图所示：

接下来我们做一个计算。

假设某RS232通信设置波特率=9600，数据位=8，无校验（=0），停止位=1。请问该通信参数下，每秒钟可传输多少个字节的数据？

答：根据参数可知，该通信的帧长度=1+8+1=10 位（bit），在该帧中传输了一个字节（8位）。因此对于9600的波特率，每秒钟最多可传输实际数据=9600/10=960字节。

关于数据传输还有流控制等内容。本文实在有点长，就留到后期介绍吧。

我的书《西门子S7-1200/1500 PLC SCL语言编程 ——从入门到精通》通信部分也对RS232有比较详细的介绍，感兴趣的话可以点击下面的链接查看：