RS-232串口通信在PC機與單片機通信中的應用
由于單片機具有體積小、價格低廉、適應性強的特點，一般在工業(yè)控制系統(tǒng)中，各種數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機構的控制都是由單片機來完成。而單片機的計算能力有限，難以進行復雜的數(shù)據(jù)處理。在功能比較復雜的自動控制系統(tǒng)中，通常以工控機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數(shù)據(jù)的采集及對設備的控制，而由上位機完成各種復雜的數(shù)據(jù)處理及對單片機的控制。在分布式控制系統(tǒng)中大多采用單片機作為下位機來進行數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制，在這些應用中，單片機只是直接面對被控對象底層，而對采集到的數(shù)據(jù)進行進一步的分析和處理工作，則是由功能強大的PC機來完成的。
因此，PC機和單片機之間就有著大量的數(shù)據(jù)交換。在絕大多數(shù)PC機的標準配置中，都有一個到多個RS 232串口，因為RS 232串口擔負著PC機和單片機之間大量的數(shù)據(jù)交換的重任。單片機89C52用于自動控制及數(shù)據(jù)傳輸，并通過RS 232接口向上位機進行數(shù)據(jù)通信。
1 RS 232串口通信
1.1 RS 232C標準
RS 232C標準（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA（Electronic Industry Association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（ecommeded standard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS 232的最新一次修改。在這之前，有RS 232B,RS 232A,它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。
1.2 RS 232的接口引腳定義
由于RS 232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25，DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳定義也各不相同。常用的連接器接口圖如圖1所示，DB9的引腳功能見表1。
圖1 DB9的引腳圖
RS 232C標準接口有25條線，分別為4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：
。1）狀態(tài)線
數(shù)據(jù)準備就緒（Data Set Ready,DSR）：有效時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)通信設備可以使用。
數(shù)據(jù)終端就緒（Data Terminal Ready，DTR）：有效時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端設備可以使用。
這兩個信號有時連到電源上，上電就立即有效。
這兩個設備狀態(tài)信號有效，只表示設備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信由下面的控制信號決定。
（2）聯(lián)絡線
請求發(fā)送（Request to Send,RTS）：DTE準備向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，DTE使該信號有效（ON狀態(tài)），通知DCE要發(fā)送數(shù)據(jù)給DCE了。
允許發(fā)送（Clear to Send,CTS）：對RTS的響應信號。當DCE已準備好接收DTE傳來的數(shù)據(jù)時，使該信號有效，通知DTE開始發(fā)送數(shù)據(jù)。
RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡信號，使其變高。
。3）數(shù)據(jù)線
發(fā)送數(shù)據(jù)（Transmitted Data,TXD）：DTE發(fā)送數(shù)據(jù)到DCE。
接收數(shù)據(jù)（Received Data,RXD）：DCE發(fā)送數(shù)據(jù)到DTE。
（4）地線
有兩根線SG，PG:信號地和保護地信號線。
。5）其余
載波檢測（Carrier Detection，CD）：用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。
振鈴指示（Ringlng，RI）：當DCE收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)），通知DTE，已被呼叫。
通常的應用系統(tǒng)中，往往是在CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE,上位機和單片機89C52之間的通信，雙方都能發(fā)送和接收，他們的連接只需要使用三根線即可，即RXD，TXD和GND，這種連接方式，即兩個串口連接時，接收數(shù)據(jù)針腳與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳相連，彼此交叉，信號地對應接地即可。連接方式如圖2所示。
圖2 上位機和單片機之間串口連接圖
1.3 波特率的概念
串行通信中，每秒傳送的數(shù)據(jù)位稱為波特率。如數(shù)據(jù)傳送的波持率為1200波特，采用N.8.1幀格式（10位），則每秒傳送字節(jié)為120個，而字節(jié)中每一位傳送時間即為波特率的倒數(shù)：T=1/1 200=0.833 ms。同樣，如數(shù)據(jù)傳送的波特率為1 9 200波特，則字節(jié)中每一位傳送時間T=1/19 200=0.052 ms。根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的波特率即字節(jié)中每一位的傳送時間，便可用普通I/O口來模擬實現(xiàn)串行通信的時序。
1.4 RS 232C的電氣特性
。1）邏輯電平
在TXD和RXD上：
邏輯1（MARK）：-3~-15 V；
邏輯0（SPACE）：+3~+15 V。
在RTS,CTS,DSR,DTR和DCD等控制線上：
信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）：+3~+15 V；
信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓）：-3~-15 V。
由以上定義可以看出，信號無效的電平低于-3 V,也就是當傳輸電平的絕對值大于3 V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3~+3 V之間的電壓無意義，低于-1 5 V或高于+15 V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平的絕對值在3~15 V之間。當計算機和TTL電平的設備通信時，如上位機和單片機通信時，需要使用RS 232/TTL電平轉換器件，常用的有MAX232。
1.5 RS 232與單片機之間的接口電路MAX232
由于RS 232信號的電平和單片機串口信號的電平不一致，必須進行二者之間的電平轉換。MAX232由單一的+5 V電源供電，只需配5個高精度10μF/50 V的鉭電容即可完成電平轉換，轉換后的串行信號TXD,RXD直接與上位機的串口連接。MAX232芯片的內部結構基本可分三個部分：
第一部分是電荷泵電路。由1，2，3，4，5，6腳和4只電容構成。功能是產生+12 V和-1 2 V兩個電源，提供給RS 232串口電平的需要。
第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7，8，9，10，11，12，13，14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1in）、12腳（R1out）、11腳（T1in）、14腳（T1out）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2in）、9腳（R2out）、10腳（T2in）、7腳（T2out）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/COMS數(shù)據(jù)從T1in,T2in輸入轉換成RS 232數(shù)據(jù)從T1out，T2out送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS 232數(shù)據(jù)從R1in，R2in輸入轉換成TTL/COMS數(shù)據(jù)后從R1out，R2out輸出。
第三部分是供電。1 5腳GND、16腳VCC（+5 V）。
圖3 RS 232與MAX232的連接圖
1.6 RS 232的不足之處
。1）傳輸距離有限，實際最大傳輸距離只有50 m。
。2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，速率最大為19 200 b。
。3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
1.7 消除干擾噪聲的主要方法
針對以上所述RS 232易產生共模干擾的問題，常用的解決方法主要是采用光隔離器，光隔離器穿過一個隔離的屏障來傳輸信號。一個光隔離器由一個光敏電阻耦合的發(fā)光二極管構成。流過發(fā)光二極管的電流使得它以可見光或者紅外線的方式釋放能量。這些能量將這個光敏電阻打開，導致在這個電阻的發(fā)射極和集電極之間的低阻抗。這個發(fā)光二極管的基極可以留著沒有連接。從基極到發(fā)射極加入一個電阻可以導致更快的開關速度，但是輸出電流更低。
2 結語
RS 232串口通信是PC機和單片機之間信息傳遞的樞紐，一切數(shù)據(jù)和指令的傳輸必須由RS 232串口來完成。針對RS 232存在的不足之處加以改進之后，RS 232使得PC機和單片機之間能高效地通信，采用電平轉換芯片MAX232實現(xiàn)TTL邏輯電平和RS 232電平之間的相互轉換，轉換之后的串行信號TXD，RXD直接與PC機的串口連接，如此連接，既可體現(xiàn)出單片機的靈活控制功能，又可發(fā)揮出PC機強大的計算和顯示功能，有利于對現(xiàn)場信號的實時采集、處理和監(jiān)控，確保了良好的人機界面的交互性。
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
