详解RS232、RS485、RS422、串口和握手
时间：2023-12-20 15:07:02
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1、RS232基础
1.1、电气特性
1.2.连接器的机械特性
1.3、传输电缆
1.4、链路层
1.5、传输控制
1.6、RS-232标准的不足
2、RS485基础
2.1、RS-485 的电气特性
2.2.传输速率与传输距离
2.3、网络拓扑
2.4、连接器
2.5、RS-232与RS-485对比
3、RS422基础知识
3.1、RS-422与RS-485对比
4、UART握手的基本知识
4.1、UART基础知识
4.1.1、波特率
4.1.2、数据位
4.1.3、停止位
4.1.四、奇偶校验位
4.2.握手基础知识
4.2.1、软件握手
4.2.2、硬件握手
4.2.3、XModem握手
1、RS232基础
串行通信和并行通信可用于计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传输。由于串行通信使用线路少，成本低，特别是在远程传输中，避免了多条线路特征的不一致，因此被广泛使用。
串行通信时，要求通信双方使用标准接口，使不同的设备能够轻松连接通信。RS-232-C接口（又称EIA RS-232-C）是目前最常用的串行通信接口。
RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）串行物理接口标准的制定。RS是英文推荐标准的缩写，232是标识号，C表示修改次数，代表RS在此之前，最新修改了232(1969)RS232B、RS232A。
它是在1970 美国电子工业协会年年由美国电子工业协会组成（EIA）联合贝尔系统、调制解调器制造商和计算机终端制造商共同制定串行通信标准。其全名是数据终端设备（DTE）数据通信设备（DCE）串行二进制数据交换接口技术标准。
1.1、电气特性
EIA-RS-232C规定了电气特性、逻辑电平和各种信号线功能。
在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V ，逻辑0(SPACE)= 3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线：
信号有效(接通，ON状态，正电压)= 3V～ 15V
信号无效(断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V
根据设备供电的不同， -5、 -10、 -12和 -这样的电平是可能的。
1.2、连接器的机械特性
由于RS-232C连接器的物理特性没有定义，因此出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器对引脚有不同的定义。最近，8管脚RJ-尽管它的管脚分配差异很大，但45型连接器变得越来越普遍。
EIA/TIA 561标准规定了管脚分配的方法，但由Dave Yost发明的被广泛使用在Unix计算机上的Yost串联设备配线标准 （"Yost Serial Device Wiring Standard"）许多其他设备没有采用上述任何连接标准。下表列出了更多的用途RS-232中的信号和管脚分配：
信号的标是从DTE从设备的角度出发，TD、DTR和RTS信号是由DTE产生的，RD、DSR、CTS、DCD和RI信号是由DCE产生的。
PC 机的RS-232 口为9 芯针插座。一些设备和PC 机连接的RS-232 接口，需要三条接口线，即发送数据TXD接收数据RXD和信号地GND”。
因为双向接口只需要三根线就可以生产出来RS-所有232信号共享公共接地。不平衡电路使RS-232很容易受到两个设备之间基点电压偏移的影响。
对于信号的上升和下降，RS-232只有相对较差的控制能力，容易出现串话问题。RS-短距离推荐232(15)m以内）间通信。由于非对称电路的关系，RS-接口电缆通常不由双绞线制成。
1.3、传输电缆
RS-232-C每秒50、75、 波特100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特，驱动器允许2500pF该电容器将限制电容器的通信距离。
例如，采用150pF/m通信电缆时，最大通信距离为15m；如果每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一个原因是RS-232属于单端信号传输，存在共地噪声、共模干扰无法抑制等问题，一般用于20年m内部通信。
由RS-232C当码元畸变小于4%时，标准规定传输电缆长度应为50 英尺，事实上，这4%的码元畸变是非常保守的。在实际应用中，约99%的用户-20%的码元畸变范围内工作，因此在实际使用中，最大距离将远远超过50英尺DEC该公司规定允许码元畸变为10%，并获得以下实验结果。
其中1 数字电缆为屏蔽电缆，型号为DECP.NO.9107723 有三对双绞线，每对22# AWG 组成，外覆屏蔽网。 没有屏蔽的电缆。DECP.NO.9105856-04是22#AWG 四芯电缆。
1.4、链路层
在RS-在232标准中，字符以一系列位元逐一传输。最长的编码格式是异步起停asynchronous start-stop格式，它使用一个紧跟7或8的起始位 数据比特，这可能是奇偶位，然后是两个停止位。所以发送一个字符需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以10分划。
在软件设置中，串行通信需要多个设置，最常见的设置包括波特率、奇偶校验和停止位。波特率是指从一个设备到另一个设备的波特率，即每秒比特多少bits per second (bit/s)。典型的波特率是300、1200、2400、9600、19200等bit/s。通信两端的设备应设置为相同的波特率，但也可设置为自动检测波特率。
奇偶校验Parity它用于验证数据的正确性。一般不使用奇偶校验。如果使用，可以进行奇偶校验或做偶校验。奇偶校验是通过修改每个发送字节（或限制发送字节）来进行的。
如果不作奇偶校验，那么数据是不会被改变的。在偶校验中，因为奇偶校验位会被相应的置1或0（一般是最高位或最低位），所以数据会被改变以使得所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中“1”的个数为偶数；
在奇怪的校准中，所有传输的数字（包括字符的数字和校准位）中的1数字都是奇怪的数字。奇偶校准可用于接查传输是否发送错误——如果某个字节中的1数字错误，则该字节在传输中必须发生错误。如果奇偶校准是正确的，要么没有错误，要么偶数错误。
每个字节传输后发送停止位，用于帮助接收信号方硬件重同步。
串行通信软件设置D/P/S常规符号表示。8/N/1(很常见)表示8bit数据，没有奇偶校验，1bit停止位。数据位可设置为7、8或9，奇偶校准位可设置为无（N）、奇（O）或者偶（E），数据中的比特可用于奇偶校验位。
所以8/E/1意味着共有8位数据位，其中一位用于奇偶校准。停止位可以是1和1.5或者2位的（1.5用于波特率60wpm)。
1.5、传输控制
其他设置需要发送握手信号或数据完整性检测。公共组合有RTS/CTS，DTR/DSR或者XON/XOFF(特殊字符插入数据流中，不使用连接器管脚)。
接受方把XON/XOFF这些信号与发送数据的传输方向相反，数据，与发送数据的传输方向相反。XON信号告诉发送方接收方准备接收更多数据，XOFF信号告诉发送者停止发送数据，直到知道接受者再次准备好。XON/XOFF一般不赞成使用，推荐使用RTS/CTS控制流代替它们。
XON/XOFF这是一种在终端之间工作的方法，但协议必须在两端支持，并且在突然启动时可能会混淆
XON/XOFF可在三线工作口。RTS/CTS最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的，每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管RTS/CTS是通过硬件达到握手，但它有自己的优势。
1.6、RS-232标准的不足
经过许多年来RS-232 器件以及通信技术的改进，RS-232 的通信距离已经大大增加。由于RS-232 接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL 电路连接。
（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。现在由于采用新的UART 芯片16C550 等，波特率达到115.2Kbps。
（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50 米，实际上也只能用在15米左右。
2、RS485基础
针对RS-232串口标准的局限性，人们又提出了RS-422,RS-485接口标准。RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。
由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。
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