在這一課里，我們一起來學習RS-232C串行通信相關標準及單片機和電腦的RS-232C串行通信接口技術簡介，為學習和開發單片機串口通信應用系統打好基礎，希望大家在看完這篇文章后對串行通信有初步的認識。
【通信基本概念】
什么是通信？簡單地說，不同的系統經由線路相互交換數據，就是通信。通信的主要目的是將數據從一端傳送到另一端，達到數據交換的目的。例如，從人與人之間的對話、計算機與設備之間的數據交換到計算機與計算機間的數據傳送，乃至于廣播或衛星都是通信的一種，一個完整的通信系統包括發送端、接收端、轉換數據的接口及傳送數據的實際信道。
【通信的種類】
按照通信的形式可以分為兩種，其中一種為并行傳輸的通信，即并行通信（Parallel Communication），另一種則為串行通信（Serisl Communication）。這兩種通信方式的區別是，并行通信一次的傳輸數據量為8位（1個字節）；而串行通信則一次只能傳輸1位，傳輸1字節數據（8位）數據就需要8次才能傳出去，因此，它們兩者之間的數據傳輸速度就相差8倍。看到這里，估計有些朋友會問，既然并行通信的速度是串行通信的8倍，是不是串行通信就不好了？！其實不能這么認為，兩種通信方式各有特點，串行通信之所以存活了這么長時間，自然有它的長處。
串行通信一次只傳輸1位，相對來說，要處理的數據電壓只有一個，因此比較不容易漏失數據，通信時候再加上一些校驗防范措施后，串行通信的出錯就更不容易了，串行通信端口（Serisl Communication Port）在系統控制的范疇中一直占有極其重要的角色，不僅沒有因為時代的進步而被淘汰，反而失在規格上愈來愈向其極限挑戰，下面我們重點來介紹RS-232C串行通信。
并行通信雖然可以在一次的數據傳輸中傳送8位，但是數據電壓在傳送的過程中，容易因為線路及干擾因素使得電壓準電位發生變化（主要為電壓衰減和信號間相互干擾問題），因而使得傳輸數據發生錯誤，通信距離越長，問題越明顯，因此并行通信主要用于傳輸距離較短的場合，如電腦主板的并口LPT1，主要和并行打印機通信。
【RS-232串行通信】
一、RS-232C標準介紹
RS-232C是由美國電子工業協會（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線。RS-232C 標準（協議）的全稱是EIA-RS-232C 標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業協會，其中RS是Recommended Standard的縮寫，代表推贈標準，232是標識符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在這之前，有過RS-232A、RS-232B標準，它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。現在，計算機上的串行通信端口（RS-232）是標準配置端口，已經得到廣泛應用，計算機上一般都有1～2個標準RS-232C串口，即通道COM1和COM2。下圖為計算機主板上的兩個RS-232通信端口圖片及端口屬性，我們一般可以從計算機后面查看到本機的通信端口。
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如左圖所示，我們可以從操作系統的設備管理器中查看電腦的通信端口屬性，進入計算機的：控制面板 -> 系統 -> 硬件 -> 設備管理器 -> 端口，就可以看到自己電腦通信端口，在圖中顯示了這臺計算機有1個ECP打印機并行通信端口LPT1和2個RS-232串行通信端口COM1和COM2。只要顯示的端口名稱前面沒有黃色的驚嘆號的話，就表示這個端口是可以使用的。 |
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二、RS-232C電氣特性
EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了明確規定。
在TXD和RXD引腳上電平定義：邏輯1(MARK) ＝ -3V～-15V
邏輯0(SPACE) ＝ ＋3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制線上電平定義：
信號有效（接通，ON狀態，正電壓）＝+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態，負電壓)=-3V～-15V
以上規定說明了RS-232C 標準對邏輯電平的定義。對于數據（信息碼）：邏輯“1”的傳輸的電平為-3V～-15V，邏輯“0”傳輸的電平為+3V～+15V；對于控制信號；接通狀態（ON）即信號有效的電平為+3V～+15V，斷開狀態(OFF)即信號無效的電平為-3V～-15V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3V 時，電路可以有效地檢查出來；而介于-3～+3V之間的電壓即處于模糊區電位，此部分電壓將使得計算機無法準確判斷傳輸信號的意義，可能會得到0，也可能會得到1，如此得到的結果是不可信的，在通信時候體現的是會出現大量誤碼，造成通信失敗。因此，實際工作時，應保證傳輸的電平在±(3～15)V 之間。
三、RS-232C機械連接器及引腳定義
目前，大部分計算機的RS-232C通信接口都使用了DB9連接器，如上面圖中所示，主板的接口連接器有9根針輸出（RS-232公頭），也有些比較舊的計算機使用DB25連接器輸出，下面我們來介紹DB9和DB25輸出接口的引腳定義。
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RS-232C串口引腳定義表 |
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四、RS-232C的通信距離和速度
RS-232規定最大的負載電容為2500pF，這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率，由于RS-232C的發送器和接收器之間具有公共信號地（GND），屬于非平衡電壓型傳輸電路，不使用差分信號傳輸，因此不具備抗共模干擾的能力，共模噪聲會耦合到信號中，在不使用調制解調器（MODEM）時，RS-232能夠可靠進行數據傳輸的最大通信距離為15米，對于RS232遠程通信，必須通過調制解調器進行遠程通信連接。
現在個人計算機所提供的串行端口的傳輸速度一般都可以達到115200bps甚至更高，標準串口能夠提供的傳輸速度主要有以下波特率：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等，在儀器儀表或工業控制場合，9600bps是最常見的傳輸速度，在傳輸距離較近時，使用最高傳輸速度也是可以的。傳輸距離與傳輸速度的關系成反比，適當地降低傳輸速度，可以延長RS-232的傳輸距離，提高通信的穩定性。
五、RS-232電平轉換芯片及電路
RS-232C 規定的邏輯電平與一般微處理器、單片機的邏輯電平是不同的，例如：RS-232的邏輯“1”是以-3～-15V來表示的，而單片機的邏輯“1”是以+5V來表示的，兩者完全不同。因此，單片機系統要和電腦的RS-232接口進行通信，就必須把單片機的信號電平（TTL電平）轉換成計算機的RS-232C電平，或者把計算機的RS-232C電平轉換成單片機的TTL電平，通信時候必須對兩種電平進行轉換。實現這種轉換的方法可以使用分立元件，也可以使用專用RS-232電平轉換芯片。目前較為廣泛地使用專用電平轉換芯片，如MC1488、MC1489、MAX232等電平轉換芯片來實現EIA到TTL電平的轉換。下面來介紹MAXIM公司的單電源電平轉換芯片MAX232及接口電路。
如下面圖中所示，MAX232是單電源雙RS-232發送/接收芯片，采用單一 +5V電源供電，外接只需4個電容，便可以構成標準的RS-232通信接口，硬件接口簡單，所以被廣泛采用， 其主要特性如下：
主要特點：
1、符合所有的RS-232C技術規范
2、只要單一 +5V電源供電
3、片載電荷泵，具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生 +10V 和 -10V電壓V+、V-
4、低功耗，典型供電電流5mA
5、內部集成2個RS-232C驅動器
6、內部集成2個RS-232C接收器
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MAX232CPE 引腳結構 |
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 MAX232芯片實物圖片 |
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單片機和計算機RS-232接口電路如下圖所示，圖中的C1、C2、C3、C4是電荷泵升壓及電壓反轉部分電路，產生V+、V-電源供EIA電平轉換使用，C5是VCC對地去耦電容，其值為0.1UF，電容C1～C5安裝時必須盡量靠近MAX232芯片引腳，以提高抗干擾能力。
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采用MAX232CPE 芯片的PC機與MCS-51單片機串行通信接口電路 |
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下圖是一個采用分立元件構成的簡易RS-232串行通信接口電路，使用三極管進行電平轉換，能夠由于簡單的通信，對于通信穩定性要求較高的應用，不建議使用分立元件，分立元件電路的穩定性，誤碼率較高，不能完全滿足RS-232C的全部技術指標。優點是成本低廉，網上也可以看到部分網站產品使用分立元件構成。
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采用分立元件的簡易RS-232C通信接口電路 |
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通過對前面的學習，我們對RS-232C串行通信標準已經有了初步的了解，同時也掌握了單電源雙RS-232發送/接收芯片MAX232CPE的應用。有了這些基礎，我們開發單片機和電腦RS232串口通信系統的接口設計也就簡單了。只要給我們單片機實驗板增加RS232電平轉換電路，即可實現與計算機的串行通信，下面是采用MAX232CPE專用串口電平轉換芯片的S51增強型單片機實驗板和電腦通信的圖片。
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S51增強型單片機實驗板與電腦串口實現RS232通信 |
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