外文翻譯資料RS-232串行接口.doc

RS-232串行接口RS-232是在任何時(shí)候都常用的接口之一。它不僅已經(jīng)被內(nèi)置于每臺(tái)PC，而且已被內(nèi)置于從微控制器到主機(jī)的多種類(lèi)型的電腦和與它們連接的設(shè)備。RS-232的最通常得用處是連接到一個(gè)Modem，其他擁有RS-232接口的設(shè)備包括打印機(jī)，數(shù)據(jù)采集模塊，測(cè)試裝置和控制回路。你也可以將RS-232用在任何類(lèi)型得計(jì)算機(jī)之間的簡(jiǎn)單連接中。RS-232是設(shè)計(jì)來(lái)處理兩臺(tái)設(shè)備之間的通信的，距離限制為50到100f，這決定于波特率和電纜類(lèi)型。因?yàn)镽S-232端口被廣泛應(yīng)用，它的另一個(gè)用途是與一個(gè)將這個(gè)接口轉(zhuǎn)換成另一種類(lèi)型的適配器相連。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的回路將一個(gè)RS-232端口轉(zhuǎn)換成一個(gè)RS-485端口，這個(gè)端口可以和多臺(tái)設(shè)備相連并且可以使用更長(zhǎng)的導(dǎo)線連線。RS-232連接使用非平衡導(dǎo)線。盡管一個(gè)非平衡的狀態(tài)聽(tīng)起來(lái)像是一些應(yīng)該避免的東西，在這里它僅僅是指導(dǎo)線中的信號(hào)的電氣特性。在一條非平衡導(dǎo)線中，信號(hào)電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號(hào)電壓都使用一個(gè)公共的接地線。這種類(lèi)型的接口的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)是單端。特性RS-232有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：它是無(wú)處不在的。每一臺(tái)PC機(jī)都有一個(gè)或更多的RS-232端口。更新的計(jì)算機(jī)現(xiàn)在支持其他諸如USB這樣的串行接口，但是RS-232可以做很多USB無(wú)法做的事情。在微控制器中，接口芯片使得將一個(gè)5V串口轉(zhuǎn)換成RS-232變得很容易。連接距離可以達(dá)到50到100ft。大多數(shù)的外設(shè)接口都不會(huì)用于太長(zhǎng)的距離。USB連接最長(zhǎng)可以達(dá)到16ft，PC機(jī)的并口打印機(jī)接口與主機(jī)的距離可以達(dá)到10到15ft，或者利用IEEE-1284B型驅(qū)動(dòng)器可以達(dá)到30ft。但是RS-232可以使用更長(zhǎng)的電纜。如果每一個(gè)RS-232端口與一個(gè)Modem相連，你可以使用電話網(wǎng)在世界范圍內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于一個(gè)雙向連接，你只需要3條導(dǎo)線。一個(gè)并行連接一般需要8條數(shù)據(jù)線，兩條或者更多的控制信號(hào)線，和幾條接地線。所有的導(dǎo)線和更大的連接器使得價(jià)格累計(jì)起來(lái)就比較高了。RS-232的缺點(diǎn)包括以下這些：如果連接的另一頭需要并行數(shù)據(jù)，它不得不將這個(gè)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。但是利用一個(gè)UART，這很容易實(shí)現(xiàn)。串口是如此的有用，以至于尋找一個(gè)未用的串口可能會(huì)比較困難。PC機(jī)可以有多個(gè)串口，但是一個(gè)系統(tǒng)可能無(wú)法為每一個(gè)串口分配一個(gè)唯一的中斷請(qǐng)求信號(hào)。大多數(shù)的微控制器只有一個(gè)硬件串口。在一個(gè)連接中不能有超過(guò)2臺(tái)以上的設(shè)備。指定的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超過(guò)這個(gè)數(shù)值，尤其是在短程連接上。很長(zhǎng)的連接需要一個(gè)不同的接口。雙向RS-232通信的3個(gè)基本信號(hào)如下：TD：將數(shù)據(jù)從DCE傳輸?shù)紻CE也被稱(chēng)作TX和TXD。RD：將數(shù)據(jù)從DCE傳輸?shù)紻TE。也被稱(chēng)作RX和RXD。SG：信號(hào)地。也被稱(chēng)作GND和SGND。電壓RS-232的邏輯電平用正負(fù)電壓表示，而不是只用5VTTL和CMOS邏輯的正電壓信號(hào)表示。在一個(gè)RS-232的數(shù)據(jù)輸出（TD），一個(gè)邏輯0被定義為等于或者高于+5V，而一個(gè)邏輯1被定義為等于-5V或者比低于-5V。換言之，信號(hào)使用負(fù)邏輯，在這種邏輯中，負(fù)的電壓為邏輯1?？刂菩盘?hào)使用相同的電壓，但是使用的是正邏輯。一個(gè)正的電壓表示這項(xiàng)功能為開(kāi)，而一個(gè)負(fù)的電壓表示這個(gè)功能為關(guān)。RS-232接口芯片反向轉(zhuǎn)換這些信號(hào)。在一個(gè)UART的輸出引腳，一個(gè)邏輯1數(shù)據(jù)位或者一個(gè)關(guān)控制信號(hào)接近于5V，它在RS-232的接口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓。一個(gè)邏輯0數(shù)據(jù)位或者一個(gè)開(kāi)控制信號(hào)接近于0V，它在RS-232接口產(chǎn)生一個(gè)正電壓。因?yàn)橐粋€(gè)RS-232接收器可能位于一條長(zhǎng)電線纜的末端，等到信號(hào)到達(dá)接收者的時(shí)候，它的電壓可能已經(jīng)削弱了或者加載了噪聲信號(hào)?？紤]到這種情況，在接受方最低要求的電壓要比在驅(qū)動(dòng)器處要低。一個(gè)比+3V高得多的輸入在RD處是一個(gè)邏輯0，或者在一個(gè)控制輸入處是一個(gè)開(kāi)。一個(gè)比-3V要低得多的輸入在RD處為一個(gè)邏輯1，或者在一個(gè)控制輸入處為一個(gè)關(guān)。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在-3V和+3V之間的一個(gè)輸入的邏輯電平?jīng)]有定義。噪聲容限，或者電壓容限，是輸出電壓和輸入電壓的區(qū)別所在。RS-232的大電壓波動(dòng)導(dǎo)致一個(gè)比5VTTL邏輯寬得多的噪聲容限。例如，即便一個(gè)RS-232驅(qū)動(dòng)器的輸出為最小的+5V，它也會(huì)在接受方削弱或者噪聲峰值大到2V，并且仍舊是一個(gè)有效邏輯0。很多RS-232輸出有更寬的電壓波動(dòng)：9V和12V是很平常的事情。這些都導(dǎo)致更寬的噪聲容限。最大允許的電壓波動(dòng)是15V，盡管接受方必須不受任何損害地處理高達(dá)25V的電壓。使用的另外兩個(gè)與RS-232有關(guān)的術(shù)語(yǔ)是Mark和Space。Space是邏輯0，而Mark是邏輯1。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是多年以前機(jī)械記錄儀二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，他們分別代表物理標(biāo)記和空白。計(jì)時(shí)限制TIA/EIA-232包括最小和最大計(jì)時(shí)規(guī)定。所有的RS-232接口芯片都符合這個(gè)規(guī)定。指定的旋轉(zhuǎn)速度限制了接口的最大比特率。旋轉(zhuǎn)率是當(dāng)輸出切換時(shí)電壓變化的快慢的量度，并且描述了一個(gè)輸出的電壓變化的瞬間速度。一個(gè)RS-232驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)速度必須是每毫秒30V或者更少。限制旋轉(zhuǎn)速度的好處是它通過(guò)事實(shí)上消除由于電壓偏轉(zhuǎn)引發(fā)的問(wèn)題來(lái)改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量，電壓偏移發(fā)生在傳輸有著快速上升和下降節(jié)拍的信號(hào)的長(zhǎng)距離連線上。但是旋轉(zhuǎn)速度也限制了一個(gè)連接的最大速度。在30V/us的速度下，一個(gè)輸出需要0.3us從+5V切換到-5V。RS-232的規(guī)定的最大波特率為20kbps，這個(gè)速度轉(zhuǎn)換成一個(gè)比特寬度為50us，或者在允許的最快旋轉(zhuǎn)速度下為166倍的切換時(shí)間。事實(shí)上，因?yàn)閁ART在位的中間附近讀取輸入數(shù)據(jù)，并且還因?yàn)榇蠖鄶?shù)的時(shí)間參考時(shí)鐘是非常準(zhǔn)確的，你可以安全的使用短到5到10倍的切換時(shí)間的位的寬度?？紤]到這些，有的接口芯片允許115kbps或者更高的波特率，即使這違反了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的建議。除了有一個(gè)最大的切換速度之外，RS-232驅(qū)動(dòng)器還必須符合最低標(biāo)準(zhǔn)以確保信號(hào)不在邏輯狀態(tài)之間的未定義區(qū)域停留。對(duì)于控制信號(hào)和其他40bps和更低的信號(hào)，信號(hào)線必須花費(fèi)不超過(guò)1ms的時(shí)間在有效的邏輯1和邏輯0之間的傳送區(qū)域，對(duì)于其他數(shù)據(jù)和時(shí)間信號(hào)，這個(gè)限制是4%的位寬，或者在20bps下為2us。信號(hào)的上升和下降次數(shù)也要盡可能的接近相等。在5V邏輯和RS-232之間轉(zhuǎn)換很多微控制器有異步串口，但是它們的輸出和輸入使用5V邏輯而不是使用RS-232電壓。將5V落連接到一個(gè)RS-232端口需要轉(zhuǎn)換到RS-232電平和從RS-232電平轉(zhuǎn)換到5V邏輯。利用5V邏輯，我假定了TTL或者CMOS邏輯芯片使用的邏輯電平，這些芯片是由一個(gè)單一的+5V電源供電，信號(hào)電平以接地電平作為參考。對(duì)于TTL邏輯，一個(gè)邏輯低輸入不高于0.8V。一個(gè)邏輯高輸出必須至少為2.4V，而一個(gè)邏輯高輸入必須至少為2V。利用這些邏輯電平，一個(gè)接口可以有0.4V的噪聲信號(hào)而不至于產(chǎn)生錯(cuò)誤。這些邏輯電平應(yīng)用在初期的，標(biāo)準(zhǔn)的7400系列的TTL邏輯和他的派生系列，包括74LS74F和74ALSTTL。較早的利用NMOS技術(shù)制造的微控制器也使用這些邏輯電平。大多數(shù)的CMOS芯片定義了不同的邏輯電平，并且有更寬的噪聲容限。一個(gè)邏輯低CMOS輸出不高于0.1V，而一個(gè)邏輯低輸入可以高達(dá)20%的電源電壓，或者對(duì)于5V的電源輸入可以達(dá)到1V。一個(gè)邏輯高輸出至少為4.9V，而一個(gè)邏輯高輸入必須至少達(dá)到電源電壓的70%，或者對(duì)于5V電源輸入而言達(dá)到3.5V。使用這樣的邏輯電平的系列包括4000系列，74HC和74AC。有的CMOS芯片有TTL兼容輸出。這是得他們可以直接和CMOS或者TTL邏輯項(xiàng)鏈。遵循這個(gè)慣例的芯片包括74HCT邏輯系列和大多數(shù)的微控制器。RS-232InterfaceRS-232isoneofthenormallyusedinterfacesatanytime,itnotonlybuiltineveryPC-set,butalsobuiltinanytypesofcomputerswhicharefrommicrocontrollertohostcomputers,andequipmentconnectedwiththem.ThegeneralusageofRS-232istoconnectamodern,theotherarrangementswithRS-232interfacesincludeprinter,datacollectionmodule,testingdeviceandcontrolloop.RS-232canbealsousedinthesimplelinkofanytypeofcomputer.RS-232isdesignedtodealwiththecommunicationbetweentwoarrangementswithdistancelimitationfrom50to100ft,whichdependonPotterrateandtypeofelectriccable.BecauseofwideapplicationofRS-232port,itsotherusageistolinkanothertypeofadapterconvertedformtheport.Forexample,asimpleloopchangesaRS-232intoaRS-485port.Theportcanbelinkwithseveraldevicesbymeansofalonglead.Non-equilibriumleadisusedtolinkedtoRS-232.Althoughnon-equilibriumshouldsomethingavoidable,itonlyreferstotheelectricpropertyofthesignalinlead.Inanon-equilibriumlead,signalvoltageisappliedtoanotherlead,allhasanothertechnicalterm“signalend”.AdvantagesinRS-232RS-232isusedeverywhere.EveryPC-sethasoneormoreRS-232ports.TherenewedcomputerssustainotherserialinterfaceslikeUSB.ButRS-232candomanythingswhichUSBcantdo.Inthemicro-controllerinterfacechipcanbeeasilyusedtochangeintoRS-232.Thejointingdistancecanreach50-100ft.Manyexternalinterfacesarenotusedfortoolongdistance.ThelongestdistancejointofUSBcanreach16ft.ThedistancebetweenparallelprinterinterfaceonthePC-setandthehostcomputercanreach10to15ft,or30ftbyusingTypeTEEE-1284Bdriver.ButRS-232canusethelongerelectriccable.IfeveryRS-232portislinkedwithamodern,Telephonenetworkcanusedtosenddataintherageoftheworld.Foradoublelink,3leadsareneeded.Aparallelcircuitgenerallyneeds8datalines,twoormorecontrolsignallinesandgroundwires。Itismoreexpensiveifmoreleadsandbiggerconnectorsareused.DisadvantagesinRS-232Ifonesideoflinkneedsparalleldata,ithastotransformserialintoparalleldata.ButifitiseasilyrealizedaUARTisused.Becauseoftheserialportsouseful,itismaybehardertolookforafreeserialportPC-setmayhavemanyserialports,butasystemmaybecantdistributeasolebreakingenquiringsignaltoeveryserialport.Mostmicro-controlleronlyhasonehardwareserialport.Nomorethan2setinon