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无线电电子与电气工程百科全书 COM 端口的串行异步适配器。 无线电电子电气工程百科全书
基本概念和术语 几乎每台计算机都配备了至少一个异步串行适配器。 通常它是一个单独的板或直接位于计算机主板上。 它也称为异步 RS-232-C 适配器或 RS-232-C 端口。 每个异步适配器通常包含多个 RS-232-C 端口，通过这些端口可以将外部设备连接到计算机。 每个此类端口都有多个寄存器（程序可通过这些寄存器访问它）以及一条特定的 IRQ 线，用于向计算机发出有关端口状态变化的信号。 在 BIOS 引导过程中，每个 RS-232-C 端口都被分配逻辑名称 COM1 - COM4（COM 端口号 1 - 4）。 RS-232-C 接口是由电子工业协会 (EIA) 开发的，作为连接计算机和各种串行外围设备的标准。 IBM PC 并不完全支持 RS-232-C 接口；相反，计算机机箱上标记为串行数据端口的连接器包含 RS-232-C 接口中包含的一些信号，并且具有与其相对应的电压电平标准。 目前，串行通信口应用广泛。 以下是应用程序的非详尽列表：
基本概念和术语 串行数据传输意味着数据通过单线传输。 在这种情况下，数据字节的位使用一根线依次传输。 为了同步，一组数据位前面通常是一个特殊的起始位，后面是一组位，最后是一个奇偶校验位和一个或两个停止位。 有时奇偶校验位可能会丢失。 下图说明了这一点：
从图中可以看出，串行数据线的初始状态为逻辑电平1，这种线状态称为标记——MARK。 当数据传输开始时，线路电平变为0。这种线路状态称为空-SPACE。 如果线路处于该状态超过一定时间，则认为线路已切换到BREAK状态。 起始位 START 表示数据传输的开始。 接下来，传输数据位，首先是最低有效位，然后是最高有效位。 如果使用奇偶校验位P，那么它也会被传输。 奇偶校验位的设置使得位包中 XNUMX（或 XNUMX）的总数为偶数或奇数，具体取决于端口寄存器的设置。 该位用于检测数据传输过程中由于线路干扰而可能出现的错误。 接收设备重新计算数据的奇偶校验，并将结果与接收到的奇偶校验位进行比较。 如果奇偶校验不匹配，则认为数据传输有错误。 当然，这样的算法并不能保证XNUMX%的错误检测。 因此，如果在数据传输过程中偶数位发生变化，则奇偶校验将被保留，并且不会检测到错误。 因此，在实践中，使用更复杂的错误检测方法。 最后发送一个或两个停止位STOP，完成字节的传输。 然后，在下一个起始位到达之前，线路再次切换到 MARK 状态。 奇偶校验位、起始位和停止位的使用决定了数据传输格式。 显然，发送方和接收方必须使用相同的数据格式，否则无法进行交换。 另一个重要特性是数据传输速率。 发射器和接收器也必须相同。 数据传输速率通常以波特为单位（以电报机的法国发明者 Emile Baudot - E. Baudot 的名字命名）。 波特决定每秒传输的比特数。 还考虑了开始/停止位以及奇偶校验位。 有时使用另一个术语 - 每秒位数 (bps)。 这里我们指的是有效数据传输率，不包括开销位。 硬件实现 您的计算机可能有一个或两个串行端口。 这些端口位于主板上或位于适合主板扩展插槽的单独卡上。 还有包含四个或八个串行数据端口的板。 它们通常用于将多台计算机或终端连接到一台中央计算机。 这些板被称为“ultiport”。 串行数据端口基于 Intel 8250 芯片或其现代类似芯片 - Intel 16450、16550、16550A。 该芯片是通用异步收发器（UART - Universal Asynchronous Receiver Transmitter）。 该芯片包含多个可通过 I/O 命令访问的内部寄存器。 8250芯片包含发送和接收数据寄存器。 当发送一个字节时，它被写入发送器缓冲寄存器，然后从那里写入发送器移位寄存器。 字节是逐位移出移位寄存器的，同样，接收器也有移位寄存器和缓冲寄存器。 该程序只能访问缓冲寄存器，将信息复制到移位寄存器，移位过程由 UART 芯片自动执行。 控制异步串口的寄存器将在下一章介绍。 异步串口通过特殊的连接器连接到外部设备。 RS-232-C接口连接器有两种标准，分别是DB25和DB9。 第一个连接器有 25 个引脚，第二个连接器有 9 个引脚。 这是 DB25 串行连接器的引脚排列：
除了 25 针连接器外，还经常使用 9 针连接器：
这些连接器只有两个引脚用于传输和接收数据。 其余的传输各种辅助和控制信号。 实际上，连接特定设备可能需要不同数量的信号。 RS-232-C接口定义了两类设备之间的交换：DTE（Data Terminal Equipment——终端设备）和DCE（Data Communication Equipment——通信设备）。 在大多数情况下（但并非总是），计算机是终端设备。 调制解调器、打印机、绘图仪始终是通信设备。 现在让我们更详细地考虑 RS-232-C 接口的信号。 RS-232-C 接口信号 在这里，我们将考虑计算机和调制解调器之间的交互，以及直接相互连接的两台计算机。 首先，让我们看看计算机是如何连接到调制解调器的。 DTE 和 DCE 设备使用不同的 TD 和 RD 输入。 DTE 设备使用 TD 输入发送数据，使用 RD 输入接收数据。 相反，DCE 设备使用 TD 输入来接收数据，使用 RD 输入来传输数据。 因此，要连接终端设备和通信设备，它们的连接器的引脚必须直接连接：
连接计算机和调制解调器时的其余线路也必须按如下方式连接：
考虑计算机和调制解调器之间的握手过程。 在通信会话开始时，计算机必须确保调制解调器可以进行呼叫（处于工作状态）。 然后，在呼叫用户之后，调制解调器必须通知计算机它已经与远程系统建立了连接。 更详细地说，这发生如下。 计算机在 DTR 线上发出信号，向调制解调器指示它已准备好进行通信会话。 作为响应，调制解调器在 DSR 线上发送一个信号。 当调制解调器与另一个远程调制解调器建立连接时，它会在 DCD 线路上发送一个信号通知计算机。 如果 DTR 线上的电压下降，这会告诉调制解调器计算机不能再继续通信会话，例如，因为计算机的电源已关闭。 在这种情况下，调制解调器将终止连接。 如果 DCD 线路上的电压下降，这会告诉计算机调制解调器已失去连接，无法再继续连接。 在这两种情况下，这些信号都会对调制解调器和计算机之间是否存在通信做出响应。 我们现在已经了解了最低级别的通信控制，即握手。 有一个更高的级别用于控制波特率，但它也是在硬件中实现的。 实际上，如果高速传输大量数据，则需要数据速率控制（流量控制）。 当一个系统尝试以高于接收系统处理速度的速率传输数据时，结果可能会丢失一些正在传输的数据。 为了防止传输的数据超过可处理的数据量，使用了一种称为“流量控制”（流量控制握手）的通信控制。RS-232-C 标准定义了仅针对半双工连接的流量控制的可能性。 -双工是一种数据一次只能在一个方向上传输的连接，但实际上这种机制也用于双工连接，即数据沿通信线路同时在两个方向上传输。 流量控制 在半双工连接中，DTE 设备在希望传输数据时会发出 RTS 信号。 准备就绪后，DCE 在 CTS 线上响应一个信号，DTE 开始传输数据。 在 RTS 和 CTS 信号都激活之前，只有 DCE 可以传输数据。 对于全双工连接，RTS/CTS 信号与半双工连接具有相反的含义。 当 DTE 能够接收数据时，它会在 RTS 线路上发出信号。 如果DCE也准备好接收数据，则返回CTS信号。 如果RTS或CTS线上的电压下降，则告诉发送系统接收系统尚未准备好接收数据。 下面我们摘录了计算机和调制解调器之间在数据交换过程中发生的对话。
当然，这一切听起来都不错。 在实践中，一切都不是那么简单。 连接计算机和调制解调器并不困难，因为 RS-232-C 接口就是为此而设计的。 但是，如果您想使用用于连接调制解调器和计算机的同一根电缆将两台计算机连接在一起，那么您将遇到问题。 要连接两个终端设备 - 两台计算机 - 至少需要交叉连接 TR 和 RD 线：
然而，在大多数情况下这还不够，因为对于 DTE 和 DCE 设备，DSR、DTR、DCD、CTS 和 RTS 线路执行的功能是不对称的。 DTE设备发送DTR信号并等待接收DSR和DCD信号。 DCE设备依次发送DSR、DCD并等待DTR。 因此，如果您使用用于连接 DTE 和 DCE 设备的电缆将两个 DTE 设备连接在一起，它们将无法相互协商。 握手过程将不会运行。 现在让我们继续讨论 RTS 和 CTS 流控制信号。 有时，为了连接两个 DTE 设备，这些线路在电缆的每一端连接在一起。 结果，我们得知其他设备始终准备好接收数据。 因此，如果接收设备没有时间以高传输速率接收和处理数据，则可能会丢失数据。 为了解决所有这些问题，使用一种特殊的电缆（俗称零调制解调器）来连接两个 DTE 设备。 有了两个连接器和一根电缆，您可以按照下图的指导轻松地自行焊接。
为了使整个图更加完整，我们再考虑一个与 RS-232-C 端口机械连接相关的方面。 由于存在两种类型的连接器 - DB25 和 DB9 - 通常需要从一种类型的连接器到另一种类型的适配器。 例如，如果计算机具有 DB25 连接器并且电缆端接于 DB9 连接器，则可以使用此适配器将计算机的 COM 端口连接到零调制解调器电缆。 我们在下图中展示了此类适配器的示意图：
请注意，许多设备（例如终端和调制解调器）允许您通过内部开关（DIP 开关）控制各个 RS-232-C 线路的状态。 这些开关在不同的调制解调器型号上可能会改变其含义。 因此，要使用它们，您应该研究调制解调器文档。 例如，对于 hayes 兼容调制解调器，如果开关 1 处于“关闭”（向下）位置，这意味着调制解调器将不会检查 DTR 信号。因此，即使计算机不提示调制解调器建立连接。 RS-232-C接口技术参数 当不使用特殊设备长距离传输数据时，由于电磁场感应的干扰，可能会出现错误。 因此，DTR-DTR和DTR-DCE之间的连接电缆长度受到限制。 RS-232-C 跳线的官方长度限制为 15,24 米。 然而，实际上这个距离可能要大得多。 它直接取决于数据传输速率。 根据 McNamara（数据通信技术方面，数字出版社，1982 年）定义了以下值：
连接线上的电压电平为 -15..-3 伏（逻辑 3），+15..+3 伏（逻辑 3）。 从 -232 到 +XNUMX 伏的范围对应于未定义的值。 如果将外部设备连接到 RS-XNUMX-C 接口连接器（以及使用零调制解调器连接两台计算机时），请首先关闭外部设备和计算机，并消除静电（通过接地）。 否则可能会损坏异步适配器。 计算机地和外部设备地必须连接在一起。 出版：cxem.net
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