Chi通a-pub.coM 下载 第3章物理层接口 物理层接口主要涉及各种传输介质或传输设备的接口。由于传输介质和传输设备的种类繁 多，因此物理层接口的标准也非常多。本章主要介绍RS-232-C、RS-449等物理层接口。 3.1RS-232-C接口 RS-232-C是美国电子工业协会（Electrical Industrial Association,ElA)于1973年提出的串 行通信接口标准，主要用于模拟信道传输数字信号的场合。RS-232-C是用于数字终端设备 (Data Terminal Eguipment,DTE)与数字电路端接设备(Data Circuit-terminating Equipment, DCE)之间的接口标准。RS-232-C与CCITT的V.28建议很相近。RS-232-C接口标准所定义的内 容属于国际标准化组织IS0所制订的开放式系统互联(OSI)7层参考模型中的最低层一物理层 所定义的内容。RS-232-C接口规范的内容包括机械特性、电气特性、功能特性和过程特性四个 方面。现分别介绍如下： 3.1.1机械特性 RS-232-C接口规范并没有对机械接口作出严格规定。RS-232-C的机械接口一般有9针、15针 和25针3种类型。标准的RS-232-C接口使用25针的DB连接器（插头、插座）。RS-232-C在DTE设 备上用作接口时一般采用DB25M插头（针式）结构，插头两个螺钉中心距离为47.040.13mm: 而在DCE(如Modem)设备上用作接口时采用DB25F插座（孔式）结构。特别要注意的是，在 针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的排列顺序（顶视）是不同的，使用时要务必小心。 3.1.2电气特性 DTE/DCE接口标准的电气特性主要规定了发送端驱动器与接收端驱动器的信号电平、负载容 限、传输速率及传输距离。RS-232-C接口使用负逻辑，即逻辑“1”用负电平（范围为-5~-15V) 表示，逻辑“0”用正电平（范围为+5~+15V)表示，-3~+3V为过渡区，逻辑状态不确定（实 际上这一区域电平在应用中是禁止使用的)，如图3-1所示。RS-232-C的噪声容限是2V。 MC1488 “1"+3V 图3-1RS-232-C接口电路 根据RS-232-C的电气特性可知，RS-232-C接口电平与TTL电平(TTL电平的逻辑“1”是
下载 第3章 物理层接口 物理层接口主要涉及各种传输介质或传输设备的接口。由于传输介质和传输设备的种类繁 多，因此物理层接口的标准也非常多。本章主要介绍 R S - 2 3 2 - C、R S - 4 4 9等物理层接口。 3.1 RS-232-C接口 R S - 2 3 2 - C是美国电子工业协会（ Electrical Industrial Association，E I A）于1 9 7 3年提出的串 行通信接口标准，主要用于模拟信道传输数字信号的场合。 R S - 2 3 2 - C是用于数字终端设备 （Data Terminal Eguipment，D T E）与数字电路端接设备（ Data Circuit-terminating Equipment， D C E）之间的接口标准。R S - 2 3 2 - C与CCITT 的V. 2 8建议很相近。R S - 2 3 2 - C接口标准所定义的内 容属于国际标准化组织I S O所制订的开放式系统互联（ O S I）7层参考模型中的最低层—物理层 所定义的内容。 R S - 2 3 2 - C接口规范的内容包括机械特性、电气特性、功能特性和过程特性四个 方面。现分别介绍如下： 3.1.1 机械特性 R S - 2 3 2 - C接口规范并没有对机械接口作出严格规定。 R S - 2 3 2 - C的机械接口一般有9针、1 5针 和2 5针3种类型。标准的R S - 2 3 2 - C接口使用2 5针的D B连接器（插头、插座）。R S - 2 3 2 - C在D T E设 备上用作接口时一般采用 D B 2 5 M插头（针式）结构，插头两个螺钉中心距离为 4 7 . 0 4 0 . 1 3 m m； 而在D C E（如M o d e m）设备上用作接口时采用 D B 2 5 F插座（孔式）结构。特别要注意的是，在 针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的排列顺序（顶视）是不同的，使用时要务必小心。 3.1.2 电气特性 D T E / D C E接口标准的电气特性主要规定了发送端驱动器与接收端驱动器的信号电平、负载容 限、传输速率及传输距离。R S - 2 3 2 - C接口使用负逻辑，即逻辑“1”用负电平（范围为-5～-1 5 V） 表示，逻辑“0”用正电平（范围为+ 5～+ 1 5 V）表示，-3～+ 3 V为过渡区，逻辑状态不确定（实 际上这一区域电平在应用中是禁止使用的），如图3 - 1所示。R S - 2 3 2 - C的噪声容限是2 V。 图3-1 RS-232-C接口电路 根据R S - 2 3 2 - C的电气特性可知， R S - 2 3 2 - C接口电平与 T T L电平（T T L电平的逻辑“ 1”是 MC1488 “1” + 3V TTL 电平 TTL 电平
46 第一部分数据通信 China-pub.com 载 2.4V,逻辑“0”是0.4V)不兼容，所以要外加电路实现电平转换。目前可用已有的集成电路电 平转换器来进行电平转换。MC1488发送器输入TTL电平，产生RS-232-C输出电平，它的电源一 般取12V,输出为9V左右。MC1489接收器使用标准5V电源，输入为RS-232-C电平，输出为TT 电平，该接收器具有1V噪声保护功能。 RS-232-C的电气特性有一些不足之处，首先是参考地（信号地）问题。发送端和接收端是 对信号地测量的，信号地与逻辑地连接在一起，但发送端和接收端的逻辑地可能不一致，使信 号地中有地电流。而导线是有电阻的，所以导线的两端存在电压降，当发送器对接口电路施加 电压时，这个电压降会使接收器收到的电压与没有电位差时收到的电压不同。为尽量减少地电 位对信号的影响，RS-232-C接口使用较高的传送电压。 另一个电气问题是电缆电容。EIA标准规定在数据传输率为2 0kbps时，被驱动电路的电容 (包括所连电缆电容)必须小于2500pf。对于一个多芯电缆来说，每英尺40~50pf电容是很平常 的，所以满足电容特性的电缆长度为50英尺（15.24m)。因此RS-232-C标准中规定在数据传输率 为20Kbps时，RS-232-C传输电缆的长度不能超过50英尺(15.24m)。实际上可以正常工作的电 缆长度远远大于给出的限制，但由于电缆电容、时钟频率变化、噪声干扰和地电位差的影响， 会使工作不可靠，所以电缆长度只能限制为不能超过50英尺。当数据传输率较低时，可以适当 增加电缆长度。如数据传输率为1200bps时，电缆长度可达3000英尺9；当数据传输率为 9600bps时，传输电缆长度为200英尺。 CCITT V.24接口的电气特性由CCITT V.28给出，V.24的电气特性和RS-232-C的相同。 3.1.3功能特性 RS-232-C接口连线的功能特性，主要是对接口各引脚的功能和连接关系作出定义。RS-232 C接口规定了21条信号线和25芯的连接器，其中最常用的是引脚号为1~8、20这9条信号线。表 3-1列出了接口电路的名称和方向。在表的左侧还标出了25芯连接器的脚号，其中9、10脚为测 试保留，11、25脚未指定。RS-232-C接口在不同的应用场合所用到的信号线是不同的。例如 在异步传输时，不需要定时信号线；在非交换应用中则不需要某些控制信号：在不使用备用信 道操作时，则可省去5个反向信号线。 表3-1 RS-232-C接口电路 25芯连接器引脚号 接口电路名称 信号方向DT正DCE数据控制定时地线 1 屏蔽地 PG 信号地 GND 发送数据 TxD 3 接收数据 RxD 请求发送 允许发送 设备就绪 20 数据终端就铭 DTR 日1英尺()=0.3048米(m)
2 . 4 V，逻辑“0”是0 . 4 V）不兼容，所以要外加电路实现电平转换。目前可用已有的集成电路电 平转换器来进行电平转换。 M C 1 4 8 8发送器输入T T L电平，产生R S - 2 3 2 - C输出电平，它的电源一 般取1 2 V，输出为9 V左右。M C 1 4 8 9接收器使用标准5 V电源，输入为R S - 2 3 2 - C电平，输出为T T L 电平，该接收器具有1 V噪声保护功能。 R S - 2 3 2 - C的电气特性有一些不足之处，首先是参考地（信号地）问题。发送端和接收端是 对信号地测量的，信号地与逻辑地连接在一起，但发送端和接收端的逻辑地可能不一致，使信 号地中有地电流。而导线是有电阻的，所以导线的两端存在电压降，当发送器对接口电路施加 电压时，这个电压降会使接收器收到的电压与没有电位差时收到的电压不同。为尽量减少地电 位对信号的影响，R S - 2 3 2 - C接口使用较高的传送电压。 另一个电气问题是电缆电容。 E I A标准规定在数据传输率为 2 0 k b p s时，被驱动电路的电容 （包括所连电缆电容）必须小于 2 5 0 0 p f。对于一个多芯电缆来说，每英尺 4 0～5 0 p f电容是很平常 的，所以满足电容特性的电缆长度为 5 0英尺（1 5 . 2 4 m）。因此R S - 2 3 2 - C标准中规定在数据传输率 为2 0 K b p s时，R S - 2 3 2 - C传输电缆的长度不能超过 5 0英尺（1 5 . 2 4 m）。实际上可以正常工作的电 缆长度远远大于给出的限制，但由于电缆电容、时钟频率变化、噪声干扰和地电位差的影响， 会使工作不可靠，所以电缆长度只能限制为不能超过 5 0英尺。当数据传输率较低时，可以适当 增加电缆长度。如数据传输率为 1 2 0 0 b p s时，电缆长度可达 3 0 0 0英尺 ；当数据传输率为 9 6 0 0 b p s时，传输电缆长度为2 0 0英尺。 CCITT V. 2 4接口的电气特性由CCITT V. 2 8给出，V. 2 4的电气特性和R S - 2 3 2 - C的相同。 3.1.3 功能特性 R S - 2 3 2 - C接口连线的功能特性，主要是对接口各引脚的功能和连接关系作出定义。 R S - 2 3 2 - C接口规定了2 1条信号线和2 5芯的连接器，其中最常用的是引脚号为 1～8、2 0这9条信号线。表 3 - 1列出了接口电路的名称和方向。在表的左侧还标出了 2 5芯连接器的脚号，其中 9、1 0脚为测 试保留，11、2 5脚未指定。 R S - 2 3 2 - C接口在不同的应用场合所用到的信号线是不同的。例如， 在异步传输时，不需要定时信号线；在非交换应用中则不需要某些控制信号；在不使用备用信 道操作时，则可省去5个反向信号线。 表3-1 RS-232-C接口电路 2 5芯连接器引脚号 接口电路名称 信号方向DTE DCE 数据 控制 定时 地线 1 屏蔽地 P G — Ö 7 信号地 G N D — Ö 2 发送数据 T x D → Ö 3 接收数据 R x D ← Ö 4 请求发送 RT S → Ö 5 允许发送 C T S ← Ö 6 数据设备就绪 D S R ← Ö 2 0 数据终端就绪 D T R → Ö 46第第第一部分第数 据 通 信 下载 1英尺（f t）= 0.3048米（m）
Chi通a-pub.com 第3章物理层接口 47 下载 (续) 25芯连接器引脚号 接口电路名称 信号方向DTE DCE数据 控制 定时地线 8 载波检测 CD 22 振铃指示 24 发送信号码元定时(DTE)TxC 发送信号码元定时(DCE)TxC 接收信号码元定时(DCE)RxC 21 信号质量检杏 SQD 23 数据信号速率选择(DTE) 数据信号速率选择(DCE) 69 备用信道请求发 备用信道允许发 12 备用信道载波检测 3.1.4过程特性 为了更好地说明RS-232-C物理接口的过程特性，我们将以两台计算机通过公用电话网进行 数据交换的工作过程来阐述RS-232-C各个信号线的动作，即RS-232-C物理层接口的过程特性。 计算机通过公用电话网进行通信的连接方式如图3-2所示。在计算机与Modem之间的物理层接口 是RS-232-C。 机A 调制解调器A 公用电话网 调制解调器B 机B RS-232-C 图3-2计算机通过公用电话网的通信过程 第一步，将计算机和Modem分别加电，计算机将“数据终端就绪”(Data Terminal Ready DTR)信号线（第20针）置为“ON”状态，而Modem则将“数据设备就绪”(Data Set Ready DSR)信号线（第6针）置为“ON”状态，此时Modem处于命令方式（空闲状态）： 第二步，计算机A通过“发送数据”(Transmit Data,TxD)信号线（第2针）发出拨号命令给 Modem A,通知Modem A摘机并拨号。 第三步，Modem B检测到振铃信号后，通过“振铃指示”(Ring Indicator,RI)信号线（第 22针)通知计算机B对呼叫进行应答。而计算机B通过“数据终端就绪”(DTR)信号线（第20针） 允许Modem B自动应答Modem A的拨号呼叫，即Modem B发出摘机信号（音频信号）。 第四步，当Modem A收到Modem B返回的应答音频信号后，随即向Modem B发送载波，而
（续） 2 5芯连接器引脚号 接口电路名称 信号方向DTE DCE 数据 控制 定时 地线 8 载波检测 C D ← Ö 2 2 振铃指示 R I ← 2 4 发送信号码元定时（D T E） T x C → Ö 1 5 发送信号码元定时（D C E） T x C ← Ö 1 7 接收信号码元定时（D C E） R x C ← Ö 2 1 信号质量检查 S Q D ← Ö 2 3 数据信号速率选择（D T E） → Ö 1 8 数据信号速率选择（D C E） ← Ö 1 4 备用信道发送数据 → Ö 1 6 备用信道接收数据 ← Ö 1 9 备用信道请求发送 → Ö 1 3 备用信道允许发送 ← Ö 1 2 备用信道载波检测 ← Ö 3.1.4 过程特性 为了更好地说明 R S - 2 3 2 - C物理接口的过程特性，我们将以两台计算机通过公用电话网进行 数据交换的工作过程来阐述 R S - 2 3 2 - C各个信号线的动作，即 R S - 2 3 2 - C物理层接口的过程特性。 计算机通过公用电话网进行通信的连接方式如图 3 - 2所示。在计算机与M o d e m之间的物理层接口 是R S - 2 3 2 - C。 图3-2 计算机通过公用电话网的通信过程 第一步，将计算机和 M o d e m分别加电，计算机将“数据终端就绪”（Data Terminal Ready， D T R）信号线（第2 0针）置为“O N”状态，而M o d e m则将“数据设备就绪”（Data Set Ready， D S R）信号线(第6针)置为“O N”状态，此时M o d e m处于命令方式(空闲状态)。 第二步，计算机 A通过“发送数据”（Transmit Data，T x D）信号线(第2针)发出拨号命令给 Modem A，通知Modem A摘机并拨号。 第三步，Modem B检测到振铃信号后，通过“振铃指示”（Ring Indicator，R I）信号线(第 2 2针)通知计算机B对呼叫进行应答。而计算机 B通过“数据终端就绪”（D T R）信号线(第2 0针) 允许Modem B自动应答Modem A的拨号呼叫，即Modem B发出摘机信号(音频信号)。 第四步，当Modem A收到Modem B返回的应答音频信号后，随即向 Modem B发送载波，而 第3章第物理层接口第第4 7 下载 计 算 机 A 计 算 机 调制解调器A 公用电话网 调制解调器B B RS-232-C RS-232-C
48 第一部分数据通信 China-pub.com 载 Modem B收到载波后，通过“载波检测”(Carrier Detection,CD)信号线（第8针）通知计算机 B线路接通，同时回应以自身的载波给Modem A。而当Modem B检测到Modem A发出的载波后 它也通过载波检测CD(Carrier Detection)信号线（第8针）通知计算机A线路接通。此时计算机 A和计算机B接通，Modem进人联机状态（即数据方式），通信双方可以进入数据通信。 第五步，计算机A通过“发送数据”(TxD)信号线（第2针）将数据发送给Modem A Modem A将该二进制数据调制成一串不同频率的音频信号通过公用电话网发送给Modem B Modem B则从音频信号中解调出原始数据并通过“接收数据”(Receive Data,RxD)信号线 (第3针)将数据送给计算机B上。而计算机B向计算机A发送数据的过程与此相同。计算机在发 送数据过程中，要求“请求发送”(Request To Send,RTS)信号线（第4针）为“ON”状态： 而在接收数据过程中，要求“载波检测”(CD)信号线（第8针）为“ON”状态。 第六步，计算机A通过将“请求发送”(RTS)信号线置为”OFF”"状态以通知Modem A数 据发送结束。Modem A检测到RTS信号为“OFF”状态后，停止发送载波，并置“允许发送 (CTS)信号线为“OFF”状态以响应计算机A。而Modem B检测不到载波后自动恢复到待机状 态，并置“载波检测”(CD)信号线（第8针）为“OFF”状态，通知计算机B不能接收数据。 第七步，计算机A置DTR信号线（第20针）为“OFF”状态，通知Modem A拆线。Modem A 收到DTR的“OFF”信号后撤除与电话线的连接，并将DSR信号线置为“OFF”状态作为回答。 另外，在计算机发送数据到Modem的过程中，如果Modem的接收速度太慢，则Modem可以 通过降下CTS信号通知计算机暂停发送数据。而且两个Modem建立载波连接后将继续保持载波 连接，当载波消失或中断几十分之一秒后，连接被终止。 必须注意的一点是，两个Modem在进行真正数据传输之前，必须首先交换如何向对方发送 数据的信息，这一过程叫做交接过程。两个Modems必须就以下事项协调一致：传输速度、组成 数据包的位数、包的起始位/停止位、奇偶校验以及半双工/全双工等。 3.1.5空Modem电缆 RS-232-C接口电路在实际系统中应用广泛。除了作为DTE与DCE之间的连接标准外，常用 于设备之间的直接连接。例如，个人计算机与个人计算机的直接通信，计算机与C℉T终端以及 打印机的通信等。这种直接通过RS-232-C接口将两个DTE连接起来的方法称为空Modem(null modem)连接方式。 两台计算机或终端通过Modem远程连接时，计算机或终端都被作为DTE使用，用标准接口 电缆和DCE(如Modem)相连。当两台计算机仍想采用RS-232-C标准接口直接互连时就会产生 问题(Windows98操作系统中两台计算机通过串口直接连接的电缆就是RS-232-C空Modem电 缆)。RS-232-C标准接口使用的连接器是DB25的插头和插座(DTE端为DB25M连接器，即插 头；DCE端为DB25F连接器，即插座)，其中第2脚为“发送数据”线、第3脚为“接收数据”线。 若将两台计算机用RS-232-C标准接口电缆直接连接(RS-232-C标准接口电缆一头为DB25M插头 连接器，接DCE端：另一头为DB25F插座连接器，接DTE端)，不仅因为两台计算机(DTE)的 连接器都是插头而无法用RS-232-C标准接口电缆连接，而且还有接线脚的连接问题。例如，两 台计算机都使用第2脚来发送数据，使用第3脚来接收数据，结果出现“顶牛”现象
Modem B收到载波后，通过“载波检测”（Carrier Detection，C D）信号线（第8针）通知计算机 B线路接通，同时回应以自身的载波给 Modem A。而当Modem B检测到Modem A发出的载波后， 它也通过载波检测C D（Carrier Detection）信号线（第8针）通知计算机A线路接通。此时计算机 A和计算机B接通，M o d e m进入联机状态（即数据方式），通信双方可以进入数据通信。 第五步，计算机 A通过“发送数据”（T x D）信号线（第 2针）将数据发送给 Modem A， Modem A将该二进制数据调制成一串不同频率的音频信号通过公用电话网发送给 Modem B， Modem B则从音频信号中解调出原始数据并通过“接收数据”（Receive Data，R x D）信号线 （第3针）将数据送给计算机 B上。而计算机B向计算机A发送数据的过程与此相同。计算机在发 送数据过程中，要求“请求发送”（Request To Send，RT S）信号线（第4针）为“O N”状态； 而在接收数据过程中，要求“载波检测”（C D）信号线（第8针）为“O N”状态。 第六步，计算机 A通过将“请求发送”（RT S）信号线置为” O F F”状态以通知 Modem A数 据发送结束。 Modem A检测到 RT S信号为“O F F”状态后，停止发送载波，并置“允许发送” （C T S）信号线为“O F F”状态以响应计算机 A。而Modem B检测不到载波后自动恢复到待机状 态，并置“载波检测”（C D）信号线（第8针）为“O F F”状态，通知计算机B不能接收数据。 第七步，计算机A置D T R信号线（第2 0针）为“O F F”状态，通知Modem A拆线。Modem A 收到D T R的“O F F”信号后撤除与电话线的连接，并将 D S R信号线置为“O F F”状态作为回答。 另外，在计算机发送数据到 M o d e m的过程中，如果M o d e m的接收速度太慢，则 M o d e m可以 通过降下C T S信号通知计算机暂停发送数据。而且两个 M o d e m建立载波连接后将继续保持载波 连接，当载波消失或中断几十分之一秒后，连接被终止。 必须注意的一点是，两个 M o d e m在进行真正数据传输之前，必须首先交换如何向对方发送 数据的信息，这一过程叫做交接过程。两个 M o d e m必须就以下事项协调一致：传输速度、组成 数据包的位数、包的起始位 /停止位、奇偶校验以及半双工 /全双工等。 3.1.5 空M o d e m电缆 R S - 2 3 2 - C接口电路在实际系统中应用广泛。除了作为 D T E与D C E之间的连接标准外，常用 于设备之间的直接连接。例如，个人计算机与个人计算机的直接通信，计算机与 C RT终端以及 打印机的通信等。这种直接通过 R S - 2 3 2 - C接口将两个D T E连接起来的方法称为空 M o d e m（n u l l m o d e m）连接方式。 两台计算机或终端通过 M o d e m远程连接时，计算机或终端都被作为 D T E使用，用标准接口 电缆和D C E（如M o d e m）相连。当两台计算机仍想采用 R S - 2 3 2 - C标准接口直接互连时就会产生 问题（Windows 98操作系统中两台计算机通过串口直接连接的电缆就是 R S - 2 3 2 - C空M o d e m电 缆）。R S - 2 3 2 - C标准接口使用的连接器是 D B 2 5的插头和插座（ D T E端为D B 2 5 M连接器，即插 头；D C E端为D B 2 5 F连接器，即插座），其中第2脚为“发送数据”线、第3脚为“接收数据”线。 若将两台计算机用R S - 2 3 2 - C标准接口电缆直接连接（ R S - 2 3 2 - C标准接口电缆一头为D B 2 5 M插头 连接器，接D C E端；另一头为D B 2 5 F插座连接器，接D T E端），不仅因为两台计算机（ D T E）的 连接器都是插头而无法用 R S - 2 3 2 - C标准接口电缆连接，而且还有接线脚的连接问题。例如，两 台计算机都使用第2脚来发送数据，使用第3脚来接收数据，结果出现“顶牛”现象。 48第第第一部分第数 据 通 信 下载
China-pub.coM 第3章物理层接口 49 下载 为了解决这些问题，通常采用空Modem电缆连接方式。简单型空Modem电缆，如图3-3a所 示，保持两台计算机作为DTE的接口不做任何改变，只是将两台计算机的RS-232-C接口的“发 送数据”线和“接收数据”线交叉连接，而地线直接对接即可。这样两台计算机就可以通过RS- 232-C标准接口直接进行通信。 TxD 2 2 TxD RxD 3 3RxD Gnd 7 7Gnd DTE DTE TxD2 2TxD RxD3 3RxD RTS4 4 RTS 5CTS CD8 8 CD Gnd7 DTR20 20 DTR DSR6 6 DSR DTE DTE 图3-3异步传输时的RS-232-C空Modem电缆 复杂型空Modem电缆可用于多根接口线连接的情况，其接线情况如图3-3b所示。“发送数据' (TxD)线和“接收数据”(RxD)线是交叉连接的，这样就保证了数据的正确收发。由于使用空 Modem电缆直接连接时也支持全双工特性，RTS和CTS不再具有与Modem连接时那样的功能， 为了让发送请求总是许可的，将RTS信号返回作为CTS信号，同时把RTS信号直接接到另一端的 CD信号，这是因为RTS信号的出现在功能上类似于通信信道中的载波检测。DSR信号线和DTR 信号线也是交叉连接的。另外，有时我们也可以将DTR信号线交叉连到CI信号线上，表示当 个DTE设备给出DTR信号时，就可以表示另一端收到了CI信号。 前面所讲的用空Modem电缆直接连接的方式都是基于异步传输的。同步传输时，就要涉及 定时电路。由于有的Modem既提供发送时钟又提供接收时钟；而有的Modem只提供接收时钟， 不提供发送时钟，因此这时需要DTE提供定时信息，且DTE必须具有发送时钟源。RS-232-C接 口标准中，“接收码元定时”信号由Modem的锁相环提供，加到DB25连接器的第17脚上。“发送 码元定时”信号是由Modem还是由DTE提供，与使用的Modem有关。当由Modem提供时，这个 信号加到DB25连接器的第15脚上。当由DTE提供时，这个信号加到DB25连接器的第24脚上 如果不使用Modem,把两个同步传输的DTE连到一起时，在定时方面就会遇到困难。因此，在 使用空Modem电缆连接两个设备时，应保证至少有一个设备带有时钟信号源。对于Modem,这 种时钟可以称为外部时钟，即可理解为是“非Modem”时钟
为了解决这些问题，通常采用空 M o d e m电缆连接方式。简单型空 M o d e m电缆，如图3 - 3 a所 示，保持两台计算机作为 D T E的接口不做任何改变，只是将两台计算机的 R S - 2 3 2 - C接口的“发 送数据”线和“接收数据”线交叉连接，而地线直接对接即可。这样两台计算机就可以通过 R S - 2 3 2 - C标准接口直接进行通信。 图3-3 异步传输时的R S - 2 3 2 - C空M o d e m电缆 复杂型空M o d e m电缆可用于多根接口线连接的情况，其接线情况如图 3 - 3 b所示。“发送数据” （T x D）线和“接收数据”（R x D）线是交叉连接的，这样就保证了数据的正确收发。由于使用空 M o d e m电缆直接连接时也支持全双工特性， RT S和C T S不再具有与 M o d e m连接时那样的功能， 为了让发送请求总是许可的，将 RT S信号返回作为C T S信号，同时把RT S信号直接接到另一端的 C D信号，这是因为 RT S信号的出现在功能上类似于通信信道中的载波检测。 D S R信号线和D T R 信号线也是交叉连接的。另外，有时我们也可以将 D T R信号线交叉连到 C I信号线上，表示当一 个D T E设备给出D T R信号时，就可以表示另一端收到了 C I信号。 前面所讲的用空 M o d e m电缆直接连接的方式都是基于异步传输的。同步传输时，就要涉及 定时电路。由于有的 M o d e m既提供发送时钟又提供接收时钟；而有的 M o d e m只提供接收时钟， 不提供发送时钟，因此这时需要 D T E提供定时信息，且 D T E必须具有发送时钟源。 R S - 2 3 2 - C接 口标准中，“接收码元定时”信号由 M o d e m的锁相环提供，加到D B 2 5连接器的第1 7脚上。“发送 码元定时”信号是由 M o d e m还是由D T E提供，与使用的M o d e m有关。当由M o d e m提供时，这个 信号加到D B 2 5连接器的第 1 5脚上。当由 D T E提供时，这个信号加到 D B 2 5连接器的第 2 4脚上。 如果不使用M o d e m，把两个同步传输的 D T E连到一起时，在定时方面就会遇到困难。因此，在 使用空M o d e m电缆连接两个设备时，应保证至少有一个设备带有时钟信号源。对于 M o d e m，这 种时钟可以称为外部时钟，即可理解为是“非 M o d e m”时钟。 第3章第物理层接口第第4 9 下载 TxD 2 RxD 3 Gnd 7 TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 CD 8 Gnd 7 DTR 20 DSR 6 2 TxD 3 RxD 4 RTS 5 CTS 8 CD 7 Gnd 20 DTR 6 DSR 2 TxD 3 RxD 7 Gnd DTE DTE DTE DTE
50 第一部分数据通信 China-pub.com 载 如果只有一个设备带有时钟源时，含有外部时钟的设备通常在第24脚（有些设备是在第15 脚)上输出时钟信号。我们通过空Modem电缆将两个DTE设备的第15脚和第17脚与第24脚的时 钟信号线连接起来，如图3-4所示。这样两个同步的DTE设备在没有Modem的情况下就可进行直 接通信。但这种单端提供时钟信号的连接方式，因为1个时钟信号驱动器要驱动4个接收器，所 以负载较重。 TxD2 2TxD RxD3 3RxD RTS 4 4RTS 5CTS CD 8 8 CD Gnd7 7Gnd DTR20 20 DTR 6DSR RxC 17 17 RxC TxC I5 15 TxC 时钟源 TxC 24 24 TxC DTE DTE 图3-4只有一个DTE具有时钟源时的连接 如果两个同步DTE设备各自都带有时钟源，假设它们都分别从24脚输出时钟。则我们可以 通过空Modem电缆分别将一设备的第24脚与同一设备的第15脚和另一设备的第17脚连接，如图 3-5所示（同步传输方式下的空Modem电缆的其他连线情况与前面讲述异步传输空Modem电缆的 连线情况是相同的，只是增加了同步传输时所必需的时钟线的对接)。 TxD2 2TxD RxD 3 3RxD RTS 4 CIS 5CTS CD 8 8CD Gnd 7 7Gnd DTR20 20 DTR DSR6 6 DSR RxC 17 TxC 15 15TxC 时钟源 TxC 24 24 TxC 时钟源 DTE DTE 图35两个DTE具有时钟源时的连接
如果只有一个设备带有时钟源时，含有外部时钟的设备通常在第 2 4脚（有些设备是在第 1 5 脚）上输出时钟信号。我们通过空 M o d e m电缆将两个D T E设备的第1 5脚和第1 7脚与第2 4脚的时 钟信号线连接起来，如图 3 - 4所示。这样两个同步的 D T E设备在没有M o d e m的情况下就可进行直 接通信。但这种单端提供时钟信号的连接方式，因为 1个时钟信号驱动器要驱动 4个接收器，所 以负载较重。 图3-4 只有一个D T E具有时钟源时的连接 如果两个同步 D T E设备各自都带有时钟源，假设它们都分别从 2 4脚输出时钟。则我们可以 通过空M o d e m电缆分别将一设备的第 2 4脚与同一设备的第 1 5脚和另一设备的第 1 7脚连接，如图 3 - 5所示（同步传输方式下的空 M o d e m电缆的其他连线情况与前面讲述异步传输空 M o d e m电缆的 连线情况是相同的，只是增加了同步传输时所必需的时钟线的对接）。 图3-5 两个D T E具有时钟源时的连接 50第第第一部分第数 据 通 信 下载 TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 CD 8 Gnd 7 DTR 20 DSR 6 RxC 17 TxC 15 TxC 24 2 TxD 3 RxD 4 RTS 5 CTS 8 CD 7 Gnd 20 DTR 6 DSR 17 RxC 15 TxC 24 TxC DTE DTE 时钟源 TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 CD 8 Gnd 7 DTR 20 DSR 6 RxC 17 TxC 15 TxC 24 2 TxD 3 RxD 4 RTS 5 CTS 8 CD 7 Gnd 20 DTR 6 DSR 17 RxC 15 TxC 时钟源 24 TxC 时钟源 DTE DTE
Chi通a-pub.com 第3章物理层接口 51 下载 请读者注意，空Modem电缆不同于一般标准RS-232-C连接电缆，标准RS-232-C电缆由于两 端的连接器不同，因而它有方向性。而空Modem电缆没有方向性，其任一端均可与计算机或终 端等DTE设备相连，而计算机或终端的接口均和原来与Modem连接时的接口相同。 3.2其他接口 除了EIA RS-232-C/CCITT V.24接口标准外，还有其他一些接口标准，下面将简单介绍这些 接口标准。如果读者想要更详细地了解这些接口，可以查找相应的接口标准文本。 3.2.1RS-449接口 如前所述，由于RS-232C接口标准具有某些不足，如不能进行远距离传输驱动，因此为了 改善RS-232-C的电气性能，美国电子工业协会(EIA)提出了一个新型接口标准，即EIA RS 449。该标准包含三个部分：RS-449、RS-422-A和RS-423-A。RS-449规定了接口的机械特性 功能特性以及过程特性。而接口的电气特性由EIA RS-422-A(即CCITT V.10/X.26标准)和EIA RS-423-A(即CCITT V.11/X.27标准)标准予以规定。 RS-423-A是为了解决RS-232-C的信号地电位差问题而对RS-232-C的电气特性作了一些改进 而提出的标准。RS-423-A是一种不平衡接口电路，它采用差分接收器，接收器的一个输入端接 发送方的信号地，如图3-6所示。RS-423-A的输入电平与TTL兼容，输出电平与CMOS兼容。 MC1488 “1"+0.8V 图3-6RS-423-A接口电路 RS-423-A接口标准中，传输电缆的最大长度与数据传输率有关。当数据传输速率为3kbps时 电缆长度可达1km:当传输速率超过3kbps时，电缆长度相应缩短；当电缆长度为I0m时，数据 传输率可达300kbps。 RS-422-A则更进一步采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除了信号地电位差的影 响。平衡驱动器相当于两个单端驱动器，它们输入的是同一个信号，而一个驱动器的输出正好 与另一个反相，如图3-7所示。当干扰信号作为共模信号出现时，接收器则接收差分输入电压。 只要接收器具有足够的抗共摸电压的范围，它就能识别这两种信号并正确接收所传送的数据， 因此RS-422-A接口具有非常好的抗干扰性。RS-422-A的输入电平与TTL兼容，输出电平与 CMOS兼容。 RS-422-A接口标准中，传输电缆的最大长度与数据传输率有关。当传输速率为10 Okbpsf时 电缆长度可达1000m;当传输速率为2 MbpsH时，电缆长度只能为60m:当传输速率为10Mbps时， 电缆距离仅为10m。 在机械特性上，为了适应信号线数目的增加 RS-449标准采用37针和9针连接器。正常情况
请读者注意，空M o d e m电缆不同于一般标准 R S - 2 3 2 - C连接电缆，标准R S - 2 3 2 - C电缆由于两 端的连接器不同，因而它有方向性。而空 M o d e m电缆没有方向性，其任一端均可与计算机或终 端等D T E设备相连，而计算机或终端的接口均和原来与 M o d e m连接时的接口相同。 3.2 其他接口 除了EIA RS-232-C/CCITT V. 2 4接口标准外，还有其他一些接口标准，下面将简单介绍这些 接口标准。如果读者想要更详细地了解这些接口，可以查找相应的接口标准文本。 3.2.1 RS-449接口 如前所述，由于 R S - 2 3 2 - C接口标准具有某些不足，如不能进行远距离传输驱动，因此为了 改善R S - 2 3 2 - C的电气性能，美国电子工业协会（ E I A）提出了一个新型接口标准，即 EIA RS- 4 4 9。该标准包含三个部分： R S - 4 4 9、R S - 4 2 2 - A和R S - 4 2 3 - A。R S - 4 4 9规定了接口的机械特性、 功能特性以及过程特性。而接口的电气特性由 EIA RS-422-A（即CCITT V. 1 0 / X . 2 6标准）和E I A R S - 4 2 3 - A（即CCITT V. 11 / X . 2 7标准） 标准予以规定。 R S - 4 2 3 - A是为了解决R S - 2 3 2 - C的信号地电位差问题而对 R S - 2 3 2 - C的电气特性作了一些改进 而提出的标准。 R S - 4 2 3 - A是一种不平衡接口电路，它采用差分接收器，接收器的一个输入端接 发送方的信号地，如图3 - 6所示。R S - 4 2 3 - A的输入电平与T T L兼容，输出电平与C M O S兼容。 图3-6 RS-423-A接口电路 R S - 4 2 3 - A接口标准中，传输电缆的最大长度与数据传输率有关。当数据传输速率为 3 k b p s时， 电缆长度可达1 k m；当传输速率超过 3 k b p s时，电缆长度相应缩短；当电缆长度为 1 0 m时，数据 传输率可达3 0 0 k b p s。 R S - 4 2 2 - A则更进一步采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除了信号地电位差的影 响。平衡驱动器相当于两个单端驱动器，它们输入的是同一个信号，而一个驱动器的输出正好 与另一个反相，如图 3 - 7所示。当干扰信号作为共模信号出现时，接收器则接收差分输入电压。 只要接收器具有足够的抗共摸电压的范围，它就能识别这两种信号并正确接收所传送的数据， 因此R S - 4 2 2 - A接口具有非常好的抗干扰性。 R S - 4 2 2 - A的输入电平与 T T L兼容，输出电平与 C M O S兼容。 R S - 4 2 2 - A接口标准中，传输电缆的最大长度与数据传输率有关。当传输速率为 1 0 0 k b p s时， 电缆长度可达1 0 0 0 m；当传输速率为2 M b p s时，电缆长度只能为 6 0 m；当传输速率为1 0 M b p s时， 电缆距离仅为1 0 m。 在机械特性上，为了适应信号线数目的增加， R S - 4 4 9标准采用3 7针和9针连接器。正常情况 第3章第物理层接口第第5 1 下载 MC1488 “1” + 0.8V TTL 电平 OMOS 电平
52 第一部分数据通信 China-pub.com 载 下只需要37针连接器，当要使用备用信道时，必须加上9针连接器。另外在功能特性上，RS-449 采用与RS-232-C不同的信号线命名符。 MC3487 MC3487 CMOS 电平 图3-7RS-422-A接口电路 RS-449标准保留了在RS-232-C中定义的基本交换电路的功能。除了在电气特性及机械特性 方面与RS-232-C标准不同之外，RS-449标准与RS-232-C标准的主要不同点有： (1)RS-449新定义了10个接口电路，包括3个用于测试状态的电路：2个用于控制DCE在备 用信道传输的电路：1个在DTE控制下提供终止使用功能的接口电路；1个提供新信号功能的电 路和1个对DCE进行频率选择的电路。RS-449还定义了2个为每个方向传输提供公共参考的接口 电路。 (2)有3个RS-232-C的接口电路在RS-449中没有定义。它们是保护地和两个留作测试用的电 路(RS-232-C中的第9脚和第10脚)。 (3)对电路功能的有些定义作了改变。例如，将RS-232-C中的DSR电路的名字改为数据方式 DM,相应的功能也发生了改变。 (4④)为了防止和RS-232-C电路的记忆名混淆，RS-449标准中的所有电路记忆名都和RS-232-C 的电路记忆名不同。 RS-449标准的接口电路可分为5类：地或公用电路、数据电路、控制电路、定时电路和备用 信道电路。 3.2.2RS-530接口 EIA RS-530接口标准是1987年颁布的，作为对RS-449标准的改进建议。它是RS-232-C、 RS-422-A和RS-423-A的结合物。它支持的数据传输率的范围从20kbps~2Mbps,因此不能取代 RS-232-C。EIA RS-530包含下面几个特性。 (1)机械特性 EIA RS-530使用标准的DB25连接器。 (2)电气特性 EIA RS-530的电气特性遵循RS-422-A标准，但有些细微的差别；其诊断电路则遵循RS-423 A标准。 (3)功能特性 包括RS-232-C中的所有重要电路，如TxD、RxD、DTR、DSR、RTS、CTS、CD以及3个时 钟电路。EIA RS-232-C中的诊断电路也包括在内。 EIA RS-.530的过程特性与RS-232-C基本类似，在此不再多述
下只需要3 7针连接器，当要使用备用信道时，必须加上 9针连接器。另外在功能特性上， R S - 4 4 9 采用与R S - 2 3 2 - C不同的信号线命名符。 图3-7 RS-422-A接口电路 R S - 4 4 9标准保留了在R S - 2 3 2 - C中定义的基本交换电路的功能。除了在电气特性及机械特性 方面与R S - 2 3 2 - C标准不同之外，R S - 4 4 9标准与R S - 2 3 2 - C标准的主要不同点有： (1) RS-449新定义了1 0个接口电路，包括 3个用于测试状态的电路； 2个用于控制 D C E在备 用信道传输的电路； 1个在D T E控制下提供终止使用功能的接口电路； 1个提供新信号功能的电 路和1个对D C E进行频率选择的电路。 R S - 4 4 9还定义了2个为每个方向传输提供公共参考的接口 电路。 (2) 有3个R S - 2 3 2 - C的接口电路在R S - 4 4 9中没有定义。它们是保护地和两个留作测试用的电 路（R S - 2 3 2 - C中的第9脚和第1 0脚）。 (3) 对电路功能的有些定义作了改变。例如，将 R S - 2 3 2 - C中的D S R电路的名字改为数据方式 D M，相应的功能也发生了改变。 (4) 为了防止和R S - 2 3 2 - C电路的记忆名混淆，R S - 4 4 9标准中的所有电路记忆名都和 R S - 2 3 2 - C 的电路记忆名不同。 R S - 4 4 9标准的接口电路可分为 5类：地或公用电路、数据电路、控制电路、定时电路和备用 信道电路。 3.2.2 RS-530接口 EIA RS-530接口标准是 1 9 8 7年颁布的，作为对 R S - 4 4 9标准的改进建议。它是 R S - 2 3 2 - C、 R S - 4 2 2 - A和R S - 4 2 3 - A的结合物。它支持的数据传输率的范围从 2 0 k b p s～2 M b p s，因此不能取代 R S - 2 3 2 - C。EIA RS-530包含下面几个特性。 (1) 机械特性 EIA RS-530使用标准的D B 2 5连接器。 (2) 电气特性 EIA RS-530的电气特性遵循R S - 4 2 2 - A标准，但有些细微的差别；其诊断电路则遵循 R S - 4 2 3 - A标准。 (3) 功能特性 包括R S - 2 3 2 - C中的所有重要电路，如 T x D、R x D、D T R、D S R、RT S、C T S、C D以及3个时 钟电路。EIA RS-232-C中的诊断电路也包括在内。 EIA RS-530的过程特性与R S - 2 3 2 - C基本类似，在此不再多述。 52第第第一部分第数 据 通 信 下载 MC3487 MC3487 CMOS 电平 TTL 电平
Chi通a-pub.coM 第3章物理层接口 53 下载一 3.3小结 物理层接口是物理层协议标准的具体体现。一个物理层接口包含机械特性、电气特性、功 能特性和过程特性四个方面。RS-232-C是最常用的物理层接口标准，RS-449、RS-530是RS 232-C接口标准的改进。 习题 1.物理层接口标准包含哪方面的特性？每种特性的具体含义是什么？ 2.请说明RS-232-C接口中主要信号线的功能。 3.请解释物理层接口的电气特性与其支持的数据传输率和传输距离的关系。 4.什么是空Modem电缆？它有什么作用？ 5.简述两台计算机通过公用电话交换网进行通信的工作过程。 6.RS-232-C、RS-423-A和RS-422-A的电气特性各有什么不同？
3.3 小结 物理层接口是物理层协议标准的具体体现。一个物理层接口包含机械特性、电气特性、功 能特性和过程特性四个方面。 R S - 2 3 2 - C是最常用的物理层接口标准， R S - 4 4 9、R S - 5 3 0是R S - 2 3 2 - C接口标准的改进。 习题 1. 物理层接口标准包含哪方面的特性？每种特性的具体含义是什么？ 2. 请说明R S - 2 3 2 - C接口中主要信号线的功能。 3. 请解释物理层接口的电气特性与其支持的数据传输率和传输距离的关系。 4. 什么是空M o d e m电缆？它有什么作用？ 5. 简述两台计算机通过公用电话交换网进行通信的工作过程。 6. RS-232-C、R S - 4 2 3 - A和R S - 4 2 2 - A的电气特性各有什么不同？ 第3章第物理层接口第第5 3 下载