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串口通信基础

5th Edition

Michael R. Sweet

本章主要介绍串口通信、RS-232和其他一些用于大多数计算机的标准以及怎样通过C语言访问串口。

1.什么是串行通信？

计算机传输数据时每次传输1个或多个比特（bit）。串行通信每次传输一个比特的数据。串行通信包含大多数的网络设备，键盘，鼠标，调制解调器和终端等。

当你用串行方式发送或接受数据时每次仅传输一位。每一位代表on或off。通常1代表ON状态，0代表OFF状态。

串行数据传输速率通常用比特每秒（bps）或波特率表示（baud）。这代表每秒传输0或1的个数。在计算机发展的开始阶段，300波特被认为是相当快的，但是现在应用RS232的计算机的传输速度可达430,800波特。波特率超过1000时，通常表示成千波特（kilo baud），或kbps（例如：9.6k, 19.2k等等）。波特率超过1,000,000时可以用兆波特或Mbps（如1.5Mbps）来表示。

串行设备或端口被称为数据通讯设备或数据终端设备，它们之间的区别很简单，一个发送，一个接受，实现信息交换。当把两个DTE或两个DCE接口相连，实现了串行无调制解调器电缆或适配器的信号交互

2.什么是RS-232

RS-232是EIA定义的串行通信的标准电气接口。常说的RS-232是电子工业协会EIA(Electronic Industries Association)定义的串行通信电气标准。RS-232根据电压的范围分为A，B，C三类。最常用的是RS-232C，用-3V－-12V表示mark(on)，用+3V－+12V表示space(off)。RS-232C标准指出信号的传输距离大约为8m。在波特足够低的时候信号通常可以传的稍远一些。

除了线路发送和接收数据外，还支持时间选择、状态、和握手。

除此之外其他标准还有RS-422和RS-574。RS-422采用低电压和差分信号，传输距离可达300米左右。RS-574则是9-pin 串行连接器和电压的标准。

信号定义

RS-232标准定义了18种不同的信号。其中有6种是在UNIX环境中可用的。（关于引脚的定义请参见表1）

GND-逻辑接地

从技术上讲，逻辑接地不是信号，但是如果没有它其他信号将无法工作。实际上   逻辑接地是一个参考电平用来定义其他信号的正负。

TXD – 数据发送

TXD信号从工作站向计算机或其他终端（如MODEM）设备发送数据（发送信号）。高电平为1，低电平为0。

RXD – 数据接收

RXD信号是接收信号，像TXD信号一样高电平为1，低电平为0。

表1-RS232 引脚分配

DCD – 数据载波检测

DCD信号是从串行线路的另一端收到的信号。0电平表示两台设备当前是连通的。DCD信号并不总是有效。

DTR – 数据终端就绪

DTR由数据终端产生的用来表示是否就绪，0表示就绪，1表示没有就绪。DTR信号通常在你打开串口时自动有效。

CTS – 清除发送

CTS信号来自另一端，0电平表示你可以发送数据。CTS通常用来控制两个设备间的串行数据流。

RTS – 请求发送

RTS信号是请求发送信号，它设置为0表示有数据要发送。

像CTS一样，RTS也是用来控制设备间的串行数据流。多数设备都将该信号始终设置为0。

异步通信

对计算机来说，进行串行通信需要确定一个字符的结束和下一个的开始。这是异步通信独有的特点。

在异步通信模式中串行数据保持1状态直道一个字符被传送。起始位在每个字符的前面，然后紧接着是一个可选的校验位，和一个或多个停止位。起始位总是为0，它用来告诉计算机可以传送新数据。数据可以在任何时候发送和接收，所以称为异步通信。

图1 - 异步数据传输

可选的校验位就是一个简单的数据位，用来表明数据保护奇数或偶数个1。偶校验时，如果数据中已经有偶数个1，则校验位为0。奇校验时，当数据中有奇数个1时校验位设置为0。经常听到的术语还有：0校验，1校验，无校验。0校验时校验位总是被设置为0，而1校验则是把校验位总是设置为1。无校验就是没有校验位。

其余的位称作停止位。停止位可以设置为1个、1.5个或2个bit，他总是被设置为1。停止位传统上是让计算机有时间去处理前面的字符，但是现在仅仅是用来使计算机接收数据同步。

异步数据格式通常表示成"8N1", "7E1"等等。意思分别是“8个数据位，无校验位，1个停止位”，“7个数据位，偶校验，1个停止位”。

什么是全双工和半双工？

全双工的意思是计算机可以同时接收和发送数据，也就是说其拥有两条独立的信道（一条用来接收，另一条用来发送）。

半双工的意思是计算机不能同时接收和发送数据。通常这意味着仅有一条信道用来通信。这并不是说不使用任何RS-232信号。更确切的说通信链路用了其他一些标准除了不支持全双工通信RS-232标准外。

流量控制

当两个串行设备传输数据时，控制流量是非常必要的。这是由于中间的串行通信线路，串行口或存储介质的限制。在异步通信中通常使用两种方法。