详细讲解RS-232串口通信原理

RS232详细介绍：

一、R232用图文简介

RS232串口是我们常用的通讯接口之一，它主要用来进行人机交互，它最常用的接口形式就是这种DB9的接口。

信号定义如图所示：

TxD(传输引脚)：将数据从DTE传输到DCE。

RxD(接收引脚)：将数据从DCE发送到DTE。

DTR(数据终端就绪)：DTE准备接受请求。

DCD(数据载波检测)：DCE从位于远程位置的DTE接收载波。

DSR(数据集就绪)：DCE准备发送和接收信息。

RI(振铃指示器)：检测电话线上的来电铃声。

RTS(发送请求)：DCE的DTE调用以发送数据。

RTR(准备接收)：DTE已做好准备以接收来自DCE的数据。

CTS(清除发送)：DCE处于就绪状态，可以接受来自DTE的数据

我们平常简单的使用时只需要用到2，3，5脚就可以了。

这些信号的电平我们称为RS232电平，具有抗干扰能力强，传输距离较数字信号要远一些，但是传输速率要低一点。RS232电平逻辑 1 的电压范围为 -3 ~ -15V，逻辑 0 的电压范围为 +3 ~ +15V，它的噪声容限为2V。

我们常用的芯片串口电平大部分是1.8V,3.3V或者5V，要想变成RS232电平接口需要芯片进行电平转换。我们常用的有MAX3232，可以将3.3或5V的电平转成RS232电平。我们简单使用时，只需要用到TX和RX这两个信号就可以了。我们来看下电路图

二、MAX3232芯片介绍：

MAX3232设备有两路发送器、两路接收器，双电荷泵电路，并带有±15 kV ESD保护端子。

提供异步通信控制器和串行端口连接器之间的电气接口。该器件高达250kbit/s的数据信令速率，3.3V – 5V供电。

1） 芯片极限参数

VCC最大电压不能超过6V，最低电压不能低于-0.3V；电荷泵V+范围 -0.3 – 7V，电荷泵V-范围 -7 – 0.3V，V+与V-电压差不能超过13V，运行时芯片结温不能超过150°C。

2） 正常运行参数

VCC电压3.3V/5V，逻辑高电平要求大于2/2.4V，逻辑电平要求小于0.8V，运行时芯片温度不能超过70°C。MAX3232C为商业上用的，MAX3232I为工业上用的。

3） 温升参数

根据温升参数可以估算出芯片的运行温度，公式：芯片温度=环境温度+温升*功率

4） 芯片转换特性：

这是芯片的速率和高低电平转换延时时间，输入高，则输出低电平逻辑

5） TSSOP封装尺寸

三、RS232通讯格式

1）串口通信参数

波特率：数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、115200波特；

数据位：标准值是5、7和8位；

停止位：用于表明单个包的最后一位；

奇偶校验位：检错方式

2）串口通信传输格式

串口通信中，线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经过RS232芯片反向电平总是低，一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时RS232为低电平，数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位。

例如，对于16进制数据55AAH，采用8位数据位、1位停止位传输时，如图

55H=01010101B，取反后10101010B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H数据格式为1010101010B;

AAH=10101010B，取反后01010101B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为1101010100B;

3）串口通信时接收过程：

RS232是异步通信，异步通信即接收器和发送器有各自的时钟，而同步通信的发送器和接收器共用同一个时钟源控制。

a) 开始通信时，信号线为空闲（高电平，逻辑1），当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数；

b) 当计数到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”，而不是干扰信号；

c) 接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据，若为逻辑1，作为数据为1，若为逻辑0，作为数据为0

d) 再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据，直到全部数据位都有输入；

e) 如果有校验位，检测校验位P；

f) 接收到规定的数据位个数和校验后，通信接口电路希望收到停止位S（逻辑1），对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器，若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志；

g) 本帧信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位；

h) 当信号再次变低时，开始进入下一帧的检测。

4）波特率和晶振对应关系

单片机常用11.0592M的晶振，波特率为9600BPS，每位位宽t1 = 1/9600s

晶振周期t2 = 1/11.0592/1000000s；单片机机器周期t3 = 12*t2

而t1/t3 = 96，即对于9600BPS的串口，单片机对其以96倍的速率进行采样，如果单片机晶振用的不正确，会对串口接收产生误码。