2.3.1 串口信号定义和接线方法-5针串口-9针串口-全功能串口

  并行口与串行口的区别是交换信息的方式不同，并行口能同时通过8条数据线传输信息，一次传输一个字节；而串行口只能用1条线传输一位数据，每次传输一个字节的一位。并行口由于同时传输更多的信息，速度明显高于串行口，但串行口可以用于比并行口更远距离的数据传输。
  

              表2 3 25针并行口插口的针脚功能

  25针串行口具有20mA电流环接口功能，用9、11、18、25针来实现。其针脚功能如下：
                表2 4 25针串行口插口的针脚功能

                  表2 5 9针串行口插口的针脚功能

  目前较为常用的串口有9针串口(DB9)和25针串口(DB25)，通信距离较近时(<12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422，RS485较远)，若距离较远，需附加调制解调器(MODEM)。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。表2 6中为DB9和DB25的常用信号脚说明。
                表2 6 DB9和DB25的常用信号脚说明

  RS232C串口通信接线方法(三线制)，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连；两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)。
  上面分析是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连，彼此交叉，信号地对应相接，就能百战百胜。

                      图2 32 常用串口电缆
  串口调试中要注意的几点：
  串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果; 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。

  如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。
  电话线就是二线全双工信道。 由于采用了回波抵消技术，双向的传输信号不致混淆不清。双工信道有时也将收、发信道分开，采用分离的线路或频带传输相反方向的信号，如回线传输。

  串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，例如，传输字符‘E’，其各位为：

  由于干扰，可能使位变为1，这种情况，我们称为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发现错误后，如何消除错误，叫“纠错”。最简单的检错方法是“奇偶校验”，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。
  奇校验：所有传送的数位(含字符的各数位和校验位)中，“1”的个数为奇数，如：

  偶校验：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，如：

  奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码(1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出)，同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。
有些检错方法，具有自动纠错能力。如循环冗余码(CRC)检错等。

  在串行通讯处理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF这两个选项（尤其在上位机中），这就是两个流控制的选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，但对普通RS232编程，了解一点这方面的知识是有好处的。那么，流控制在串行通讯中有何作用，在编制串行通讯程序怎样应用呢?这里我们就来谈谈这个问题。
  流控制在串行通讯中的作用
  这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。 PC机中常用的两种流控制是硬件流控制(包括RTS/CTS、DTR/CTS等)和软件流控制XON/XOFF(继续/停止)，下面分别说明。
  硬件流控制
  硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR(数据终端就绪/数据设置就绪)流控制。硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS(请求发送/清除发送)流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备(如计算机)使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备(如调制解调器)则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志(可为缓冲区大小的75%)和一个低位标志(可为缓冲区大小的25%)，当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平(送逻辑0)，当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。常用的流控制还有还有DTR/DSR(数据终端就绪/数据设置就绪)。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。
  软件流控制
  由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符(十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述)，发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据;当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符(十进制的17或Control-Q)，发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有。

  UART含义
  随着计算机的日益普及，很多非RS232的串口也要接入PC机，如果为每一种新出现的串口都增加一个新的I/O口显然不现实，因为PC后面板位置有限，因此，将RS232串口和非RS232串口都通过RS232口接入是最佳方案。UART的U(通用)指的就是这个意思。早期ROM BIOS和DOS里的通信软件都是为RS232设计的，在没有检测到DCD有效前不会发送数据，因此，就连发送一个字符这样朴素的应用也要给出DCD、DTR、DSR等控制信号。因此，串口接头上要将一些控制线短接，或者干脆绕过系统软件自己写通信程序。
  到此，UART的涵义就总结为：通用的 异步 (串行) I/O口。就在UART冠以通用二字，准备一统江湖的时候，制造商们不满于它的速度、体积和灵活性(软件可配置)，推出了USB和1394串口。目前，笔记本上的UART串口有被取消的趋势，因而有网友发出了“没有串口，吾谁与归”的慨叹，古今多少事，都付笑谈中，USB取代UART是后话，暂且不表。
  话说自从贺氏(Hayes)公司推出了聪明猫(SmartModem)，他们制定的MODEM接口就成了业界标准，自此以后，所有公司制造的兼容猫都符合贺氏标准(连AT指令也兼容)。
细观贺氏制定的MODEM串口，与RS232标准大不相同。DTR在整个通信过程中一直保持有效，DSR在MODEM上电后/可以拨号前有效(取决于软件对DSR的理解)，在通信过程的任意时刻，只要DTR/DSR无效，通信过程立即终止。在某种意义上，这也可以算是流控，但肯定不是RS232所指的那种主流控。如果拘泥于RS232，你是不会理解DTR和DSR的用途的。
  贺氏不但改了DTR和DSR，竟然连RTS和CTS的涵义也重新定义了。因此，RTS和CTS已经不具有最开始的意义了。从字面理解RTS和CTS，是用于半双工通信的，当DTE想从收模式改为发模式时，就有效RTS请求发送，DCE收到RTS请求后不能立即完成转换，需要一段时间，然后有效CTS通知DTE：DCE已经转到发模式，DTE可以开始发送了。在全双工时，RTS和CTS都缺省置为有效即可。然而，在贺氏的MODEM串口定义中，RTS和CTS用于硬件流控，和什么全双工/半双工一点关系也没有。 注意，硬件流控是靠软件实现的，之所以强调“硬件”二字，仅仅是因为硬件流控提供了用于流量情况指示的硬件连线，并不是说，你只要把线连上，硬件就能自己流控。如果软件不支持，光连上RTS和CTS是没有用的。
  RTS和CTS硬件流控的软件算法如下：(RTS有效表示PC机可以收，CTS有效表示MODEM可以收，这两个信号互相独立，分别指示一个方向的流量情况) 。
  PC端处理：
  发： 当发现（不一定及时发现） CTS (-3v to -15v)无效时，停止发送,
　      当发现（不一定及时发现） CTS (3v to 15v)有效时，恢复发送；
  收： 当接收buffers中的bytes当接收buffers中的bytes>N 时，给 RTS 无效信号（-3v to -15v);
  MODEM端处理：同上，但RTS与CTS交换。
  在RS232中本来CTS 与RTS 有明确的意义，但自从贺氏(HAYES ) 推出了聪明猫(SmartModem)后就有点混淆了。在RS232中RTS 与CTS 是用来半双工模式下的方向切换；HAYES Modem中的RTS ，CTS 是用来进 行硬件流控的。通常UART的RTC、CTS 的含义指后者，即用来做硬流控的。
  如果UART只有RX、TX两个信号，要流控的话只能是软流控；如果有RX，TX，CTS ，RTS 四个信号，则多半是支持硬流控的UART；如果有 RX，TX，CTS ，RTS ，DTR，DSR 六个信号的话，RS232标准的可能性比较大。
  硬流控的RTS 、CTS ：RTS （Require To Send，发送请求）为输出信号，用于指示本设备准备好可接收；CTS（Clear To Send，发送清除）为输入信号，有效时停止发送。假定A、B两设备通信，A设备的RTS 连接B设备的CTS ；A设备的CTS 连接B设备 的RTS 。 前一路信号控制B设备的发送，后一路信号控制A设备的发送。对B设备的发送（A设备接收）来说，如果A设备接收缓冲快满的时发出RTS 信号（意思 通知B设备停止发送），B设备通过CTS 检测到该信号，停止发送；一段时间后A设备接收缓冲有了空余，发出RTS 信号，指示B设备开始发送数据。A设备发（B设备接收） 类似。上述功能也能在数据流中插入Xoff（特殊字符）和Xon（另一个特殊字符）信号来实现。A设备一旦接收到B设备发送过来的Xoff，立刻停止发 送；反之，如接收到B设备发送过来的Xon，则恢复发送数据给B设备。同理，B设备也类似，从而实现收发双方的速度匹配。
  半双工的方向切换：RS232中使用DTR（Date Terminal Ready，数据终端准备）与DSR（Data Set Ready ，数据设备准备好）进行主流控，类似上述的RTS 与CTS 。对半双工的通信的DTE（Date Terminal Equipment，数据终端设备）与DCE（Data circuit Equipment ）来说，默认的方向是DTE接收，DCE发送。如果DTE要发送数据，必须发出RTS 信号，请求发送数据。DCE收到后如果 空闲则发出CTS 回 应RTS 信 号，表示响应请求，这样通信方向就变为DTE->TCE，同时RTS 与CTS 信号必须一直保持。从这里可以看出，CTS ，TRS虽 然也有点流控的意思（如CTS 没有发出，DTE也不能发送数据），但主要是用来进行方向切换的。