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                    RS-232是一種以電壓為基礎的串行數據接口

                    時間:2020-07-30 00:19來源:海獵人

                     

                     RS-232

                    SPII2C使用的技術比大多數現代的通信技術都先進,例如同步時鐘串行數據和獨有的設備尋址。但是,SPII2C需要在PCB的范圍內才能使用,不能作為外部外圍設備的接口。

                    當需要用外部設備與其他設備(例如PC)通信時,最簡單的選擇(而且目前為止最常用的選擇)就是RS-232,它的正式名稱叫作EIA-232,這種情況是因為它所在的標準協會發生了變更。但是,由于在過去的幾十年中它一直都叫RS-232,所以此處將仍然采用這種叫法。

                    我認為花一些時間研究RS-232RS-485(見14.4節)是值得的,因為這些接口現在仍然應用十分廣泛,也一直都起到了很重要的作用。很多微控制器和微處理器都內置有異步串行接口,因此它們只需要借助信號電平合適的電路與外部設備連接。從歷史角度看,SPIRS-232的早期型號都起源于早期的同步串行技術(直到UARTS在經濟上可行,串行接口才逐漸放棄了時鐘信號)。RS-232的技術規范現在仍然規定一種同步操作方式,但沒有人再去用了(至少我沒有聽說過)。USB接口和一些工業接口標準都使用了差分信號技術,該技術在RS-485及其前身RS-422上得到了應用。如果理解了RS-232RS-485的基本原理(除了SPII2C),那你也可以將這些原理應用于其他類型的數據通信。

                    RS-232是一種以電壓為基礎的串行數據接口,它的邏輯0和邏輯1之間的電壓差是由信號線上的電平決定的。圖14-13展示了電壓差的大小。

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                     14-13 RS-232 信號電壓電平

                    注意,RS-232數據信號使用了負邏輯,即邏輯真或標志 (1)是一個負電壓電平,而邏輯偽或空位 (0)是正電平。還要注意的是,RS-232是雙極性的,但是有些非標準器件將0 V作為標志電平。由于大多數現代的邏輯電路都沒有負邏輯電壓,因此要使用特殊的驅動集成電路來產生必需的電平。我們將在后面探討這個問題。

                    RS-232是一種以電壓為基礎的串行數據接口 - 海獵網-海獵人  不要將真實的”RS-232與某些微控制器使用的TTL電平信號混淆。如果PC背面使用RS-232接口,傳輸的信號電壓可以達到負12 V,這肯定會損壞Arduino8051微控制器這樣的器件。

                    RS-232是全雙工接口,(通常)也是異步的,而且所有的數據時鐘同步都是從輸入數據流自身獲取,而不是從接口中的附加時鐘信號線獲得(當然也有例外:RS-232可以作為同步接口安裝,但很少這樣做)。RS-232也可以用作半雙工模式(參考14.2節)。

                    大多數RS-232接口都執行ASCII(美國信息交換標準碼)字符編碼方案,然而RS-232標準自己并沒有規定特定的編碼方案。通過RS-232進行的數據交換是以字符的形式進行的,字符可能是真實的ASCII字符,也可能是原始數據。

                    RS-232是一種以電壓為基礎的串行數據接口 - 海獵網-海獵人  原始的ASCII碼只用7位數字就定義了一個字符。人們認為沒有必要用8位數字表示一個字符,因為128個可能的字符已經囊括了所有的英文大小寫字母、許多標點符號和控制字符。發送7位數字也節約了成本,因為這樣花費的時間更短,而且大型計算機系統的時間是以幾分之一秒計費的。

                    一個RS-232字符由一個起始位(標志位 )、5~9個數據位、一個奇偶校驗位和12個停止位組成。在圖14-14中,第一個字符有8個數據位,沒有校驗位,有1個停止位(空位);另一個字符有7個數據位(真ASCII編碼)、偶校驗位和1個停止位。兩個例子中,每個字符/字節實際發送或接收的數據位數都是10位。每1個單元數據,即從起始位到停止位(如果有的話)所有的數位,叫作1 。

                    一個特定的數據格式若要正確工作,通信通道的兩端必須從一開始就配置成完全相同的。如果你試圖把數據格式為8-N-1的設備連接到數據格式為7-E-1的設備,就算兩端都以10/幀的速率收發數據,也不可行,最好的結果也只是會在8位設備一端產生錯誤數據,在7位設備一端造成大量校驗位錯誤。

                    RS-232接口的速度(數據傳輸速率 )可以用每秒傳輸的字符數或每秒比特數來定義。當表示每秒傳輸的字符數時,我們使用波特 這個術語。波特率 是每秒鐘通過信道的不同符號個數,而比特率 是每秒鐘通過信道的離散比特數個數。在簡單的數字通信方案(如SPI)中沒有起始位、停止位,也沒有幀的概念,因此比特率和波特率實際上是等同的。

                    現在,讓我們來看看波特 這個術語是如何誤用的。如果有人說“9600波特串行數據通道,那他的實際意思是該通道每秒傳輸9600比特數據。很多次,波特 都被作為比特每秒 的同義詞誤用,這主要歸咎于調制解調器生產商,他們可能覺得把自己的產品說成是9600波特(聽起來很快吧。┍日_的技術說法——960字符每秒(聽起來就不是那么快了吧?)要更令人印象深刻。

                    當你使用的系統要用多個數字來代表單個符號,并帶有校驗位和控制位時,如圖14-14中的字符數據,比特率和波特之間的區別就變得很重要了。這意味著以9600波特傳輸的串行接口每秒不會發送或接收1200個字符字節(9600/8),因為每幀的10個數字中至少有2個被起始位和停止位占據,所以每幀只有80%的長度包含了真實的數據。此例中,實際最大符號速率恰好是960字符每秒。一般而言,如果你知道每個數據幀的數位個數(使用RS-232的大多為10位),那么用比特率除以這個數,就會得到每秒的實際字符傳輸速率(CPS,或真實波特率)。

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                     14-14 RS-232數據格式

                    RS-232有一些局限性需要注意。例如,PC或其他系統上的單個RS-232端口最多只能連接一臺設備。也就是說,RS-232是點對點接口,如圖14-15所示。它也受到線路長度和速度的限制,因為要通過電壓擺幅產生信號,而RS-232易受周圍環境噪聲和信號干擾的影響。

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                     14-15 RS-232連接

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