RS-232串行通信線路的連接方法設(shè)計分析

RS－232通信線路連接可以使用多種類型連接器、引腳配置和信號傳輸方式的任何一種。由于有多種選擇，因此正確設(shè)計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

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25針的D-sub 連接器。這個連接器的外殼和一個大寫字母D的外形相似，它可以確定插接連接器時的方向 。導(dǎo)線在兩個錯開的行上，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。這個連接器的另一個名字是DB－25，B表示這個外殼的大小，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9針插入式D－sub連接器。這些串口只包括9個信號。這個較小的連接器可為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。這個連接器也被稱作DE－9，E表示這個外殼的大小。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。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，包括接地信號的短路而不受損壞。

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9針和一個25針的連接器，需要一個準(zhǔn)確收發(fā)信號的電纜或者適配器。可在一個引出口盒的兩頭使用一個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)和握手信號輸出連接到它們在另一臺設(shè)備上的相應(yīng)的輸入 。在一個循環(huán)回送連接中，握手信號輸出循環(huán)回送給自身設(shè)備的相應(yīng)輸入，圖4（b）所示。這在一臺設(shè)備要求有握手信號而另一臺不提供握手信號的時候就很有用處。但是，使用這種類型的連接如果接收設(shè)備不能跟上發(fā)送速度就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。

當(dāng)只有一臺設(shè)備要求握手信號時，從一個DTE到DCE接口中使用循環(huán)回送握手信號。在這種情況下，數(shù)據(jù)線正常連接，但是握手信號輸出循環(huán)回送到它們相應(yīng)的輸入。在一個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，無論什么時候只要DTE聲明了RTS，也會出現(xiàn)DCE聲明CTS、DSR和CD。一個變化是連接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PC機(jī)的時候交換。另外，很多打印機(jī)使用DTR作為握手信號，而有的PC軟件假定CTS為握手信號。出現(xiàn)這種情況，電纜或者一個適配器必須將這臺打印機(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)定了一個最大的電容2500 pF。這個數(shù)值包括了接收器的電容 、電纜中連接器之間的動態(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。

電容有這樣幾個效果。它限制了回轉(zhuǎn)速度，或者在輸出切換的時候的電壓變化速度。一個較高的電容導(dǎo)致一個較低的回轉(zhuǎn)速度和較慢的躍遷。一個較高的電容還意味著一個電壓 變化需要更大的電流來對電容充電，因此驅(qū)動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)線中的信號會在臨近的導(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接地線。每一根信號線應(yīng)和一個接地線絞在一起。

（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、使用一個較低的比特率

如果調(diào)試工具有限。可在一個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)過程中使用兩個串口的微控器，然后在最后的設(shè)計中切換到一個端口的芯片，如果不能選用一個獨(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，或者以示波器上的兩個通道的方式觀察差動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。