RS232通信協(xié)議詳解

1、RS232通信協(xié)議詳解通信協(xié)議所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、 檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控 制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程，它屬于ISO'S OSI七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。目前，采用的通信 協(xié)議有兩類：異步協(xié)議和同步協(xié)議。同步協(xié)議又有面向字符和面向比特以及面向字節(jié)計(jì)數(shù)三種。其中，面向字節(jié)計(jì)數(shù)的同步協(xié)議主要用于 DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中。一、物理接口標(biāo)準(zhǔn)1. 串行通信接口的基本任務(wù)(1) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因?yàn)閬碜?CPU勺是普通的并行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行 通

2、信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。 在異步通信方式下，接口自動生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。 在面向 字符的同步方式下，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符。(2) 進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計(jì)算機(jī)處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù)。(3) 控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對數(shù)據(jù)傳輸速率一一波特率進(jìn)行選擇和控制的 能力。(4) 進(jìn)行錯誤檢測：在發(fā)送時接口電路對傳送的字符數(shù)據(jù)自動生成奇偶校驗(yàn)位或其他校驗(yàn)碼。在 接收時，接口電路檢查字符的奇偶校驗(yàn)或其他校驗(yàn)碼，確定是否發(fā)生

3、傳送錯誤。(5) 進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換：CPU和終端均采用TTL電平及正邏輯，它們與EIA采用的電平及 負(fù)邏輯不兼容，需在接口電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(6) 提供EIA-RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號線：遠(yuǎn)距離通信采用 MODE時，需要9根信號線； 近距離零MODE方式，只需要3根信號線。這些信號線由接口電路提供，以便與 MODE或終端進(jìn) 行聯(lián)絡(luò)與控制。2、串行通信接口電路的組成為了完成上述串行接口的任務(wù)，串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、 EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成。其中，串行接口芯片，隨著大規(guī)模繼承電路技術(shù) 的發(fā)展，通用的同步(USRT)和異步(

4、UART接口芯片種類越來越多，如下表所示。它們的基本功能 是類似的，都能實(shí)現(xiàn)上面提出的串行通信接口基本任務(wù)的大部分工作，且都是可編程的。才用這些芯片作為串行通信接口電路的核心芯片，會使電路結(jié)構(gòu)比較簡單。精心整理3. 有關(guān)串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn)為使計(jì)算機(jī)、電話以及其他通信設(shè)備互相溝通， 現(xiàn)在，已經(jīng)對串行通信建立了幾個一致的概念和標(biāo) 準(zhǔn)，這些概念和標(biāo)準(zhǔn)屬于三個方面：傳輸率，電特性，信號名稱和接口標(biāo)準(zhǔn)。1、傳輸率：所謂傳輸率就是指每秒傳輸多少位，傳輸率也常叫波特率。國際上規(guī)定了一個標(biāo)準(zhǔn)波特率系列，標(biāo)準(zhǔn)波特率也是最常用的波特率， 標(biāo)準(zhǔn)波特率系列為110、300、600、1200、4800、9600 和19

5、200。大多數(shù)CRT終端都能夠按110到9600范圍中的任何一種波特率工作。打印機(jī)由于機(jī)械 速度比較慢而使傳輸波特率受到限制，所以，一般的串行打印機(jī)工作在110波特率，點(diǎn)針式打印機(jī)由于其內(nèi)部有較大的行緩沖區(qū)，所以可以按高達(dá)2400波特的速度接收打印信息。大多數(shù)接口的接收波特率和發(fā)送波特率可以分別設(shè)置，而且，可以通過編程來指定。2、RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)：RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)對兩個方面作了規(guī)定，即信號電平標(biāo)準(zhǔn)和控制信號線的定義。RS-232- C采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平，信號電平與通常的TTL電平也不兼容，RS-232-C將-5V-15V規(guī)定為“ 1”，+5V+15V規(guī)定為“0”。圖1是TTL標(biāo)準(zhǔn)和

6、RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)之間的電平轉(zhuǎn)換。 二、軟件協(xié)議1.OSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議(1) OSI協(xié)議OSI七層參考模型不是通訊標(biāo)準(zhǔn)，它只給出一個不會由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開發(fā)和相互配合。一般的通訊協(xié)議只符合OSI七層模型的某幾層，如：EIA-RS-232-C :實(shí)現(xiàn)了物理層。IBM的SDLC(同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程)：數(shù)據(jù)鏈路層。 ANSI的ADCCR先進(jìn)數(shù)據(jù)通訊規(guī)程)：數(shù)據(jù)鏈路層 IBM的BSC(二進(jìn)制同步通訊協(xié)議)：數(shù)據(jù)鏈 路層。應(yīng)用層的電子郵件協(xié)議 SMT哄負(fù)責(zé)寄信、POP3只負(fù)責(zé)收信。(2) TCP/IP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了五層協(xié)議。(1) 物理層

7、：對應(yīng)OSI的物理層。(2) 網(wǎng)絡(luò)接口層：類似于 OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。(3) In ternet 層：OSI模型在In ternet 網(wǎng)使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。(4) 傳輸層：對應(yīng)OSI的傳輸層。(5) 應(yīng)用層：對應(yīng)OSI的表示層和應(yīng)用層。2.串行通信協(xié)議串行通信協(xié)議分同步協(xié)議和異步協(xié)議。(1) 異步通信協(xié)議的實(shí)例一一起止式異步協(xié)議特點(diǎn)與格式：起止式異步協(xié)議的特點(diǎn)是一個字符一個字符傳輸，并且傳送一個字符總是以起始位開始，以停止位結(jié)束，字符之間沒有固定的時間間隔要求。其格式如圖3所示。每一個字符的前面都有一位起始位(低電平，邏輯值0)，字符本身有57位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗(yàn)位(也

8、可以精心整理沒有校驗(yàn)位），最后是一位，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定長度的空閑位。停止位 和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值），這樣就保證起始位開始處一定有一個下跳沿。從圖中可以看出，這種格式是靠起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步的，故稱為起始式協(xié)議。 傳送時，數(shù)據(jù)的低位在前，高位在后，圖 4表示了傳送一個字符E的ASCAII碼的波形1010001。 當(dāng)把它的最低有效位寫到右邊時，就是 E的ASCII碼100010仁45H起/止位的作用：起始位實(shí)際上是作為聯(lián)絡(luò)信號附加進(jìn)來的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r，告訴收方傳送開始。它的到來，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來了，要準(zhǔn)備接收。而停止位標(biāo)志一個字符的結(jié)束，

9、它的出 現(xiàn)，表示一個字符傳送完畢。這樣就為通信雙方提供了何時開始收發(fā)，何時結(jié)束的標(biāo)志。傳送開始 前，發(fā)收雙方把所采用的起止式格式（包括字符的數(shù)據(jù)位長度，停止位位數(shù)，有無校驗(yàn)位以及是奇 校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)等）和數(shù)據(jù)傳輸速率作統(tǒng)一規(guī)定。傳送開始后，接收設(shè)備不斷地檢測傳輸線，看是否有起始位到來。當(dāng)收到一系列的“ 1”（停止位或空閑位）之后，檢測到一個下跳沿，說明起始 位出現(xiàn)，起始位經(jīng)確認(rèn)后，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位以及停止位。經(jīng)過處理將停止位去掉，把數(shù)據(jù)位拼裝成一個并行字節(jié)，并且經(jīng)校驗(yàn)后，無奇偶錯才算正確的接收一個字符。 一個字符接收完畢，接收設(shè)備有繼續(xù)測試傳輸線，監(jiān)視“ 0”電平的到來和下

10、一個字符的開始，直到全 部數(shù)據(jù)傳送完畢。由上述工作過程可看到，異步通信是按字符傳輸?shù)?，每傳輸一個字符，就用起始位來通知收方，以此來重新核對收發(fā)雙方同步。若接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備兩者的時鐘頻率略有偏差，這也不會因偏差的累積而導(dǎo)致錯位，加之字符之間的空閑位也為這種偏差提供一種緩沖，所以異步串行通信的可靠性高。但由于要在每個字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位，使得傳輸效率變低了，只有約80%因此，起止協(xié)議一般用在數(shù)據(jù)速率較慢的場合（小于 19.2kbit/s ）。在高速傳送時，一般 要采用同步協(xié)議。（2）面向字符的同步協(xié)議特點(diǎn)與格式：這種協(xié)議的典型代表是IBM公司的二進(jìn)制同步通信協(xié)議（BSC）。

11、它的特點(diǎn)是一次傳送 由若干個字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個字符，并規(guī)定了10個字符作為這個數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個傳輸過程的控制信息，它們也叫做通信控制字。由于被傳送的數(shù)據(jù)塊是由字符組成，故被稱作面向字符的協(xié)議。特定字符（控制字符）的定義：由上面的格式可以看出，數(shù)據(jù)塊 的前后都加了幾個特定字符。SYN是同步字符（synchronous Character ），每一幀開始處都有SYN 加一個SYN的稱單同步，加兩個SYN的稱雙同步設(shè)置同步字符是起聯(lián)絡(luò)作用,傳送數(shù)據(jù)時,接收端不 斷檢測,一旦出現(xiàn)同步字符,就知道是一幀開始了。接著的 SOH是序始字符（Start Of Header ），

12、它表示標(biāo)題的開始。標(biāo)題中包括院地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符（StartOfText），它標(biāo)志著傳送的正文（數(shù)據(jù)塊）開始。數(shù)據(jù)塊就是被傳送的正文內(nèi)容，由多個字符組成。數(shù)據(jù)塊后面是組終字符 ET（End Of Transmission Block ）或文終字符ETX（EndOfText）， 其中ETB用在正文很長、需要分成若干個分?jǐn)?shù)據(jù)塊、分別在不同幀中發(fā)送的場合，這時在每個分?jǐn)?shù) 據(jù)塊后面用文終字符ETX 一幀的最后是校驗(yàn)碼，它對從SOH開始到ETX（或ETB字段進(jìn)行校驗(yàn)， 精心整理校驗(yàn)方式可以是縱橫奇偶校驗(yàn)或 CRC另外，在面向字符協(xié)議中還采用了一些其他通信控制字，它 們的名稱

13、如下表所示：數(shù)據(jù)透明的實(shí)現(xiàn)：面向字符的同步協(xié)議，不象異步起止協(xié)議那樣，需要在每個字符前后附加起始和 停止位，因此，傳輸效率提高了。同時，由于采用了一些傳輸控制字，故增強(qiáng)了通信控制能力和校 驗(yàn)功能。但也存在一些問題，例如，如何區(qū)別數(shù)據(jù)字符代碼和特定字符代碼的問題，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)塊中完全有可能出現(xiàn)與特定字符代碼相同的數(shù)據(jù)字符，這就會發(fā)生誤解。比如正文有個與文終字符 ETX的代碼相同的數(shù)據(jù)字符，接收端就不會把它當(dāng)作為普通數(shù)據(jù)處理，而誤認(rèn)為是正文結(jié)束，因而產(chǎn)生差錯。因此，協(xié)議應(yīng)具有將特定字符作為普通數(shù)據(jù)處理的能力，這種能力叫做“數(shù)據(jù)透明”。為此，協(xié)議中設(shè)置了轉(zhuǎn)移字符 DLE(Data LinkEscape

14、)。當(dāng)把一個特定字符看成數(shù)據(jù)時，在它前面 要加一個DLE這樣接收器收到一個DLE就可預(yù)知下一個字符是數(shù)據(jù)字符，而不會把它當(dāng)作控制字 符來處理了。DLE本身也是特定字符，當(dāng)它出現(xiàn)在數(shù)據(jù)塊中時，也要在它前面加上另一個DLE這種方法叫字符填充。字符填充實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩，且依賴于字符的編碼。正是由于以上的缺點(diǎn)，故又產(chǎn)生了新的面向比特的同步協(xié)議。(3) 面向比特的同步協(xié)議特點(diǎn)與格式：面向比特的協(xié)議中最具有代表性的是IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLCSynchronous Data Link Control), 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO(International StandardOrganization

15、)的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 HDLC( High Level Data link Control), 美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(Americal NationalStandard Institute)的先進(jìn)數(shù)據(jù)通信規(guī)程 ADCCP(AdvancedData Communication ControlProcedure)。這些協(xié)議的特點(diǎn)是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位，而且它是靠約定的位組合模式， 而不是靠特定字符來標(biāo)志幀的開始和結(jié)束，故稱“面向比特”的協(xié)議。這中協(xié)議的一般幀格式如圖5所示：幀信息的分段：由圖5可見，SDLC/HDLC勺一幀信息包括以下幾個場(Filed )，所有場都是從有效 位開始傳送。(

16、1) SDLC/HDLC標(biāo)志字符：SDLC/HDLC、議規(guī)定，所有信息傳輸必須以一個標(biāo)志字符開始，且以 同一個字符結(jié)束。這個標(biāo)志字符是01111110，稱標(biāo)志場(F)。從開始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志之間構(gòu)成一個 完整的信息單位，稱為一幀(Frame)。所有的信息是以幀的形傳輸?shù)?，而?biāo)志字符提供了每一幀的 邊界。接收端可以通過搜索“ 01111110'來探知幀的開頭和結(jié)束，以此建立幀同步。(2) 地址場和控制場：在標(biāo)志場之后，可以有一個地址場A(Address)和一個控制場C(Control)。地址場用來規(guī)定與之通信的次站的地址?？刂茍隹梢?guī)定若干個命令。SDLC規(guī)定A場和C場的寬度為8位或16位。

17、接收方必須檢查每個地址字節(jié)的第一位，如果為“0”，則后面跟著另一個地址字節(jié)；若為“ 1”，則該字節(jié)就是最后一個地址字節(jié)。同理，如果控制場第一個字節(jié)的第一位為為“0”，則還有第二個控制場字節(jié)，否則就只有一個字節(jié)。（3） 信息場：跟在控制場之后的是信息場1（1 nformation）。丨場包含有要傳送的數(shù)據(jù)，并不是每 一幀都必須有信息場。即數(shù)據(jù)場可以為0,當(dāng)它為0時，則這一幀主要是控制命令。（4） 幀校驗(yàn)信息：緊跟在信息場之后的是兩字節(jié)的爭校驗(yàn)，幀校驗(yàn)場稱為 FC（FrameCheck場或稱 為幀校驗(yàn)序列FCS（Frame check Squenee）。SDLC/HDLC均采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼

18、 CRC（Cyclic Redu nda ncy Code）。除了標(biāo)志場和自動插入的“ 0”以外，所有的信息都參加 CRC計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用時的兩個技術(shù)問題：（1）“0”位插入/刪除：如上所述，SDLC/HDL協(xié)議規(guī)定以01111110為標(biāo)志字節(jié)，但在信息場中 也完全有可能有同一種模式的字符，為了把它與標(biāo)志區(qū)分開來，所以采取了“ 0”位插入和刪除技 術(shù)。具體作法是發(fā)送端在發(fā)送所有信息（除標(biāo)志字節(jié)外）時，只要遇到連續(xù) 5個“ 1”，就自動插 入一個“ 0”，當(dāng)接收端在接收數(shù)據(jù)時（除標(biāo)志字節(jié)）如果連續(xù)收到 5個“ 1”，就自動將其后的一 個“0”刪除是，以恢復(fù)信息的原有形式。這種“ 0”位的插入和刪除過程是由硬件自動完成的。（2）SDLC/HDL異常結(jié)束：若在發(fā)送過程中出現(xiàn)錯誤，則 SDLC/HDL協(xié)議常用異常結(jié)束（Abort）字 符,或稱為失效序列使本幀作廢。在HDLC規(guī)程中，7個連續(xù)的“ 1”被作為失效字符，而在SDLC中 失效字符是8個連續(xù)的“ 1”。當(dāng)然在試銷序列中不使用“ 0”位插入/刪除技術(shù)。LC/HDLC協(xié)議規(guī) 定，在一幀之內(nèi)不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)間隔。 在兩幀之間，發(fā)送器可以連續(xù)輸出標(biāo)志字符序列，也可以輸出連續(xù)的高電平，它被稱為空閑（Idle ）信號。數(shù)據(jù)