RS232串行通信全解析（历史、定义、电气特性及功能特性等等）

概述

由于其相对简单和低硬件成本（与并行接口相比），串行通信在电子行业中被广泛使用。今天，最流行的串行通信标准当然是EIA/TIA-232-E规范。该标准由电子工业协会和电信工业协会（EIA/TIA）开发，更普遍地称为简单的RS-232，其中RS代表“推荐标准”。尽管近年来，为了帮助识别标准的来源，该RS前缀已被EIA/TIA取代，但本文使用了通用的RS-232表示法。

EIA/TIA-232-E标准的正式名称是“采用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终端设备之间的接口”。虽然这个名称听起来很吓人，但该标准只是涉及主机系统（数据终端设备，简称DTE）和外围系统（数据电路终端装置，简称DCE）之间的串行数据通信。关于串行通信的所有内容，可见开篇的链接。

EIA/TIA-232-E标准于1962年引入，此后进行了四次更新，以满足串行通信应用不断发展的需求。标准名称中的字母“E”表示这是该标准的第五次修订。

上图是官方的标准文件，有需要电子版的朋友，继续关注，后续会统一归纳总结一份。

电气特性

由于最初的RS-232标准是在1962年定义的，在TTL逻辑出现之前，该标准不使用5V和接地逻辑电平也就不足为奇了。相反，驱动器输出的高电平被定义为在+5V到+15V之间，而驱动器输出的低电平被定义在-5V到-15V之间。接收器逻辑电平被定义为提供2V噪声裕度。因此，接收器的高电平被定义为在+3V到+15V之间，低电平在-3V到-15V之间。

上图说明了RS-232标准定义的逻辑电平。需要注意的是，对于RS-232通信，低电平（-3V至-15V）被定义为逻辑1，在历史上被称为“marking”。类似地，高电平（+3V至+15V）被称为逻辑0，并被称作“spacing”。

RS-232标准还限制了驱动器输出的最大转换速率。包括这一限制是为了帮助降低相邻信号之间串扰的可能性。上升和下降的时间越慢，发生串扰的可能性就越小。考虑到这一点，允许的最大转换速率为30V/ms。此外，标准定义了20kbps的最大数据速率，再次减少了串扰的机会。

标准还定义了驱动器和接收器之间的接口的阻抗。驱动的负载规定为3kΩ至7kΩ。在最初的RS-232标准中，驱动器和接收器之间的电缆长度被指定为最大15米。修订版“D”（EIA/TIA-232-D）更改了本部分标准。该标准没有规定电缆的最大长度，而是规定了2500pF的最大电容负载，这显然是一个更合适的规范。最大电缆长度由电缆规格中提供的每单位长度电缆的电容量决定。

总结下RS232的电气特性如下表所示：

接口功能特性

RS-232标准不仅包括电气特性的规范，还包括接口的功能特性。功能特性指的是RS-232定义了接口中使用的不同信号的功能。这些信号分为四个不同的类别：公共信号、数据信号、控制信号和定时信号。以下是这些信号的简要说明：

1. 公共信号（Common）：通常指的是公共端，为信号提供参考电平。
2. 数据信号（Data）：包括发送（TX）和接收（RX）数据的信号线。
3. 控制信号（Control）：用于控制数据传输的信号，如载波检测（CD）、数据终端就绪（DTR）、数据设备就绪（DSR）、请求发送（RTS）、允许发送（CTS）等。
4. 定时信号（Timing）：用于同步数据传输的信号，如时钟信号。

这里总结下RS232定义的详细接口说明：

机械接口特性

RS-232规定25针连接器为最小连接器尺寸，可容纳标准功能部分中定义的所有信号。尽管RS-232指定了一个25位连接器，但通常不使用此连接器。大多数应用程序不需要所有定义的信号，因此，通常使用其他类型的连接器，比如DB9连接器。

其他

1.RS232的数据通信规则和说明

这里的内容已经在往期详细介绍（包括波特率、数据位、停止位及奇偶校验等）：

串行通信的四大规则（Rules），你知道吗？

2.握手Handshaking（Flow Control）

介绍为什么需要进行握手，及常规接线、软件握手和硬件握手等内容：

RS232不就是接RTX和DTX两根线吗？那你还接其他的（RTS、CTS等）干嘛呢？

3.应用场景

RS232是有多年历史传统的通信方式，虽然新的通信方式日新月异，但依然应用广泛，比如：

• 调制解调器连接：在互联网和网络连接不普及的时代，RS-232常用于通过调制解调器（modem）连接计算机与电话线网络，实现拨号上网。
• 串行控制台：在一些工业控制系统和网络设备中，RS-232用于远程访问控制台，进行配置和故障排除。
• 数据采集：在一些科学仪器和数据采集系统中，RS-232用于将数据从设备传输到计算机进行分析。
• 串行打印机：虽然现代打印机多采用USB或网络连接，但一些旧式打印机和某些特殊应用场景中，仍然使用RS-232进行连接。
• 串行通信设备：如某些POS机、条码扫描器、串行摄像头等设备，可能会使用RS-232进行数据传输。
• 嵌入式系统：在一些嵌入式系统中，RS-232用于与其他设备进行通信，如传感器、执行器等。
• 卫星通信：在某些卫星通信设备中，RS-232用于地面站与卫星之间的数据传输。
• 军事和航空：由于其稳定性和可靠性，RS-232在一些军事和航空设备中仍然被使用。
• 医疗设备：一些医疗设备，如心电图机、监护仪等，可能会使用RS-232来传输数据。
• 电信设备：在一些电信设备中，RS-232用于设备间的通信，如交换机、路由器等。

4.RS232协议的限制

尽管RS232已被广泛用于串行通信，但它也有一定的局限性，导致近年来其普及率下降。以下是RS232的一些限制：

• 有限传输距离： RS232通信在传输距离方面是有限的。通常，RS232的最大可靠距离约为50英尺（15米）。超过这个距离，可能会发生信号退化，导致数据传输中的错误。这种限制使得RS232不太适合长距离通信的要求。
• 较低的数据传输速率： 与USB、以太网或无线技术等现代替代方案相比，RS232是一种相对较慢的通信协议。它通常被限制在较低的数据传输速率，通常在19.2kbps（千比特每秒）到115.2kbps的范围内。这种限制对于需要高速数据传输的应用可能是有限制的。
• 与现代接口不兼容： RS232接口与许多现代设备不直接兼容，如智能手机、平板电脑和笔记本电脑，这些设备通常缺乏RS232端口。这种不兼容性使得在没有额外适配器或转换器的情况下将RS232设备直接连接到这些较新的设备具有挑战性。
• 体积和电缆限制： RS232电缆，尤其是带有DB9或DB25连接器的电缆，与现代电缆类型相比，体积大，灵活性低。RS232电缆的尺寸和限制可能会限制其在空间有限的紧凑型或便携式设备中的使用。
• 缺乏即插即用支持： RS232通信通常需要手动配置和设置通信参数，如波特率、奇偶校验和停止位。与提供自动检测和配置的较新通信接口相比，这种即插即用支持的缺乏可能会使初始设置和故障排除更加复杂。

好了，关于RS232的内容全部介绍完成，如果还有需要了解的内容，请参考下方的链接文章，当然也可以留言区留言讨论！

参考链接：

1. https://control.com/textbook/digital-data-acquisition-and-networks/eiatia-232-422-and-485-networks/
2. https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/fundamentals-of-rs232-serial-communications.html
3. https://www.electricaltechnology.org/2020/05/rs232-serial-communication-protocol.html
4. https://embeddedthere.com/introduction-to-rs232-serial-communication-protocol-fundamentals-operation-and-specifications/