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建站学堂
 
串口概念
[ 2008-10-9 15:40:00 ] 作者: 来源:

  核心提示:...

在PC机的主板上,有一种类型的接口可能为我们所忽视,那就是RS-232C串行接口,在微软的Windows系统中称其为COM。我们可以通过设备管理器来查看COM的硬件参数设置,如图1。

.


         迄今为止,几乎每一台PC都包含COM。本质而言,COM是PC为和外界通信所提供的一种串行数据传输的接口。作为一种物理通信的途径和设备,它和目前风靡的另一种串行接口――USB所提供的功能是一致的。不过RS-232C显然已经开始被后起之秀USB赶超,因为USB的传输速率已经远远超过了RS-232C。


      尽管如此,RS-232C仍然具有非常广泛的应用,在相对长的一段时间里,难以被USB等接口取代。RS-232C接口(又称EIA RS-232C),1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定,全名是"数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准"。


        本文将对这一接口进行硬件原理的介绍,随后我们将逐章学习DOS平台的串口编程,及Windows平台下基于API、控件和第三方类的串口编程,最后本文将给出一个综合实例。


硬件原理

  众所周知,CPU与存储芯片和I/O芯片的通信是并行的(并行传输的最大位数依赖于CPU的字长、数据总线的宽度),一种叫做UART(通用异步收发器,Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)的芯片提供了并行数据传输和RS-232C串行数据传输方式的转换。这样的设备通常有如图2所示的管脚分布,当其向外传输数据时,CPU并行的将数据写入这类芯片的寄存器,UART再将寄存器中的数据一位一位地移动并向外传输;当外界向其传输数据时,UART一位一位地接收数据,并将其移位组合为并行数据,CPU再并行地读取这些数据。实际上,由于UART芯片一般以TTL/CMOS电平工作,在UART连接接口之前,还要经过一个TTL/CMOS和RS-232C电平的转换。RS-232C规定了其标准的电气特性,逻辑1对应的电压必须在-5~-15V之间;逻辑0对应的的电压必须在+5~+15V之间。



图2 UART并/串转换  


       一个常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片如图3。




图3 常见的TTL/CMOS和RS-232C电平转换芯片


      RS-232C通常以两类接插件与外界相连,分别称为DB9和DB25,如图4所示。



图4 DB9和DB25



表1 DB9和DB25引脚定义表














































































DB9

DB25
针号功能说明缩写针号功能说明缩写
1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD
2接收数据RXD3接收数据RXD
3发送数据TXD2发送数据TXD
4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR
5信号地GND7信号地GND
6数据设备准备好DSR6数据准备好DSR
7请求发送RTS4请求发送RTS
8清除发送CTS5清除发送CTS
9振铃指示DELL22振铃指示DELL



  RS-232C定义为数据通信设备(DCE)和数据终端设备(DTE)之间的互连,实现上,到现在为止,究竟一个设备属于DCE还是属于DTE已经没有明显的界限,PC即可作为DCE,又可作为DTE。两串口互连,连接方法主要有二:

  一种方法是,数据的发送和接收由软件控制,不进行硬件握手,其连接方法如图5(最常用DB9连接示意)和表2(DB9、DB25三线连接表),真正需要互相连接的是RXD、TXD和GND;



图5 无硬件握手时两串口连接


表2 DB9、DB25三线连接






























9针-9针

5针-25针

2 9针-25针
233222
322333
557757

  软件握手又称为XON/XOFF,通常以CTRL-S(0x13)和CTRL-Q(0x11)两个字符来实现流控制。前者用于请求对方暂停发送,后者用于清除暂停传送的请求,继续发送数据。

  另一种方法是,数据的发送和接收由硬件控制,进行硬件握手,其连接方法如图6(最常用DB9连接示意),需要连接的信号除RXD、TXD和GND外,还包括DTR、DSR、RTS和CTS。

  硬件握手依赖于RTS和CTS信号,当发送设备欲发送数据时,将RTS信号置为有效表示请求发送,接收设备准备好后,置CTS信号有效,接着发送设备通过信号线TXD开始发送串行数据。

  这里我们联想开来,RTS/CTS模式在许多领域里都出现过。回忆一下IEEE 802.11无线局域网协议标准,在其MAC协议中就使用了RTS/CTS,RTS/CTS抽象开来就是一种请求/应答。笔者曾经在拙作中多次以实例论证计算机领域里许多知识的相通性,这又是一个明证。



图6 有硬件握手时两串口连接


 实际上,目前我们经常使用的是方法一,即只连接RXD、TXD和GND,简单灵活。另外,串口之间互连还有诸多途径,如图7所示。





图7 其它互连方式



 
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