硬件设计27之RS232

本文深入介绍了串口通讯,特别是RS-232标准,包括电平标准、信号线连接和协议层的详细解析。内容涵盖了RS-232的物理层电平转换、信号线作用以及数据包的构成,如波特率、起始和停止信号、有效数据和校验位等。

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  1. 串口通讯

串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式,因为它简单便捷,大部分电子设备都支持该通讯方式,电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。

在计算机科学里,大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和

片上外设;对于通讯协议,我们也以分层的方式来理解,最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性,确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑,统一收发双方的数据打包、解包标准。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流,协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

2.RS232物理层

串口通讯的物理层有很多标准及变种,我们主要讲解 RS-232 标准 , RS-232 标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。

使用 RS-232 标准的串口设备间常见的通讯结构见图。

在上面的通讯方式中,两个通讯设备的"DB9 接口"之间通过串口信号线建立起连接,串口信号线中使用"RS-232 标准"传输数据信号。由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器直接识别,所以这些信号会经过一个"电平转换芯片"转换成控制器能识别的"TTL 校准"的电平信号,才能实现通讯。

1. 电平标准

根据通讯使用的电平标准不同,串口通讯可分为 TTL 标准及 RS-232 标准,见表:

### RS232 串行通信硬件设计规范与实现 #### 设计原则 RS232标准定义了一系列电气特性,这些特性对于确保不同制造商生产的设备之间能够互相兼容至关重要。该标准规定了信号电压范围、传输速率以及最大电缆长度等内容[^1]。 #### 接口物理层描述 RS232接口通常采用DB9或DB25连接器形式,在实际应用中最常用的是前者。其引脚分配如下: | 引脚编号 | 名称 | 功能 | | -------- | ---------- | ------------------------ | | 1 | GND | 地线 | | 2 | TXD | 发送数据 | | 3 | RXD | 接收数据 | | ... | ... | 更多辅助功能(如握手线路)| 其中TXD和RXD是最基本的数据传输通道;而其他一些额外的引脚则用于提供流控机制等功能。 #### 电平转换需求 由于微控制器的工作电压往往低于RS232规定的±3V至±15V之间的逻辑电平,因此需要专门的芯片来进行电平转换操作。MAX232系列IC就是一种常见的解决方案,它可以将TTL/CMOS级别的低摆幅电信号转变为符合RS232规格的要求。 ```c++ // 示代码展示如何初始化一个基于Arduino平台下的软件串口来模拟RS232通讯 #include <SoftwareSerial.h> #define rxPin 4 // 定义接收端口对应的数字IO针脚 #define txPin 3 // 定义发送端口对应的数字IO针脚 SoftwareSerial mySerial(rxPin, txPin); void setup() { pinMode(rxPin, INPUT); pinMode(txPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); // 初始化默认串口波特率为9600bps mySerial.begin(9600); // 设置自定义串口波特率同样为9600bps } void loop(){ if (mySerial.available()) { char c = mySerial.read(); Serial.print(c); // 将接收到的信息通过USB转UART打印到电脑上查看 } } ``` 此段程序展示了利用Arduino开发板上的GPIO资源创建一个新的异步串行总线实,并设置相应的参数以便与其他遵循RS232协议的装置建立联系[^3]。
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