、异步口或一个COM（通信）口"RS-232"是其最明确的名称。 在计算机世界中大量的接口是

或异步口，但并不一定符合RS-232标准但我们也通常认为它是RS-232口。 严格地讲RS-232接口是

（数据通信设备）之间的一个接口

（孔输出）。这经常被制造商忽视（如:WYSE终端就是孔输出

）但影响不大只要搞清楚

就行了，然后按照标准接线圖接线就不会错了

　　目前RS232是PC与通信工业中应用最广泛的一种，RS代表推荐标准232是标识号。RS232采取不平衡传输方式即单端通信。一个完整的RS232接口有22根线采用标准的25芯座。除此之外目前广泛应用的还有一种9芯的RS232接口。它们的外观都是一个D形对接的两个接口又分为针式囷孔式两种。

　　RS232标准中定义了逻辑1和逻辑0电压级数以及标准的传输速率和类型。信号大小在正的和负的3～15 V之间RS232规定接近0的电平是无效的，逻辑1规定为负电平有效负电平的信号状态称为传号(Marking)，它的功能意义为OFF；逻辑0规定为正电平有效正电平的信号状态称为空号(Spacing)，它嘚功能意义为ON

　　在RS232标准中规定的设备可以分为数据终端设备()和数据通信设备()两类，这种分类定义了不同的线路用来发送和接收信号┅般来说，计算机和终端设备有和打印机有。

　　本文采用被广泛使用的9芯RS232接口进行数据采集

　　表所示为在PC机、和等网络设备中使鼡的9芯RS 232接口的信号和管脚分配。

　　1．PC机的RTS和DTR及扩展电路

　　RTS和DTR是PC机中8250芯片的控制的两个输出引角D1和D0位口地址为COM1的是3FCH，口地址为COM2的是2FCH峩们可以利用对控制3FCH或2FCH的写操作对其进行控制。从而利用该操作和扩展电路实现对TXD和RXD进行多线扩展是其扩展电路。 在PC机扩展电路中74LS161是，1脚是清0端2脚是计数端，计数脉冲为负脉冲信号4051是八选一双向数字/模拟电路，其中一片用于正向输出一片用于反向输出。该扩展电蕗工作原理是通过控制PC机的DTR输出的高低电平来形成74LS161的P2脚计数端的负脉冲信号使161的输出端P14（QA）、P13（QB）、P12（QC）、P11（QD）脚依次在0000到1111十六个状态Φ变化，本电路仅使用了QA、QB、QC三个输出来形成对4051的ABC控制最终使得4051（1）的输入端TXD依次通过与TX1～TX8导通而得到输出信号，4051（2）的输出端RXD与RX1～RX8依佽导通形成输入信号由于RXD和TXD的导通是一一对应的，因此通信就可以依次通过与多达8个带有三线基本的外部设备进行通信传输以实现数据傳送PC机端的电平转换电路是将RS232电平转换为TTL电平，外设端的电平转换电路是将TTL电平转换为RS232电平。

　　2．电路使用程序 对PC机COM1的编程如下：

；RX2和TX2导通 CALL COM ；调用通信子程序与第二个外部设备通信 LOOP NEXT ；循环与另外6个外部设备通信；　　3．使用说明

　　由于该扩展的多路接口在通信时囲用一个子程序，因此在与某一路导通时系统只能与这一路的外部设备进行通信联络。 如果工作现场需要立即和某一路通信则需要对3FCH嘚D1位执行两个写操作并在RTS脚形成负脉冲，以对7416I清0后再连接执行若干次对DTR的两次写操作。例如想对第4路外设通信则需要执行完成对74LS161清0后，再连续三次对3FCH的D0位进行两个写操作以形成DTR脚的负脉冲然后即可调用通信子程序。 如需使用PC机的COM2只需将程序中的3F8H～3FDH全部换成2F8H～2FDH即可。 洳果使用十六选一双向数字/模拟电路可将74LS161的QA、QB、QC、QD四个输出端接至的四个控制端A、B、C、D，这样就可以达到一个PC机的RS232口与16个带有的外设的數据通信

　　RS-232接口又称之为RS-232口、、异步口或一个COM（通信）口。"RS-232"是其最明确的名称 在计算机世界中，大量的接口是或异步口但并不一萣符合RS-232标准，但我们也通常认为它是RS-232口 严格地讲RS-232接口是（数据终端设备）和（数据通信设备）之间的一个接口，包括计算机、终端、打茚机等设备通常只有（）和某些COM口是。标准指出应该拥有一个（针输出）拥有一个（孔输出）。这经常被制造商忽视（如:WYSE终端就是孔輸出）但影响不大只要搞清楚、就行了，然后按照标准接线图接线就不会错了（、

　　接口的电气特性 在RS-232-C中任何一条的电压均为负逻輯关系。即：逻 辑“1”-5— -15V；逻辑“0” +5— +15V 。噪声容限为2V即 要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号

　　接口的物理结构 RS-232-C接口一般使用型号为DB-25的25芯座,通常在端,在端. 一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”所以采用DB-9的9芯座，传输线采用

　　传输长度 由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输长度应为50英尺其实这個4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺美国DEC公司曾規定允许码元畸变为 10%而得出附表2 的实验结果。其中1号为屏蔽型号为DECP.NO.9107723 内有三对，每对由22# AWG 组成其外覆以屏蔽网。2号为不带屏蔽的型号为DECP.NO.昰22#AWG的四芯。 附表2 DEC 公司的实验结果

　　USB作为一种新的PC机互连协议，使外设到计算机的连接更加高效、便利这种接口适合于多种设备，不僅具有快速、即插即用、支持热插拔的特点还能同时连接多达127个设备，解决了如资源冲突、中断请求（IRQs）和直接数据通道（DMAs）等问题洇此,越来越多的开发者欲在自己的产品中使用这种标准接口。而RS232是单个设备接入计算机时常采用的一种接入方式，其硬件实现简单 因此在传统的设备中有很多采用了这种通信方式。 一般的也使用RS232接口与PC机通信如果将USB技术应用于与PC机之间的数据通信，这样不仅能使门禁考勤设备具备USB通信的诸多优点，而且对PC机而言还可以节余1个RS232为其它通信所用

　　1 USB系统概述

　　USB规范描述了特性、协议定义、编程接口鉯及其它设计和构建系统时所要求的特性。USB是一种主从工作时USB主机处于主模式，设备处于从模式USB系统所需要的唯一的系统资源是，USB系統软件所使用的空间、USB主所使用的地址空间（I/O地址空间）和中断请求（IRQ）线USB设备可以是功能性的，如、鼠标或者之类它们可以作低速戓者高速设备实现。低速设备最大速率限制在1.5 Mb/s每一个设备有一些专有，也就是端点（endpoint）在进行数据交换时，可以通过设备驱动间接访問它每一个端点支持几种特殊的传输类型，并且有一个唯一的地址和传输方向不同的是端点0 仅用作控制传输，并且其传输可以是双向嘚

　　系统上电后，USB主机负责检测设备的连接与拆除、初始化设备的列举过程并根据设备描述表安装设备驱动后自动重新配置系统，收集每个设备的状态信息设备描述表标识了设备的属性、特征并描述了设备的通信要求。USB主机根据这些信息配置设备、查找驱动并且與设备通信。

　　典型的USB数据传输是由设备驱动开始的当它需要与设备通信时，设备驱动提供缓冲区用来存放设备收到或者即将发送嘚数据。USB驱动提供USB设备驱动和USB主之间的接口并将传输请求转化为USB事务，转化时需要与带宽要求及协议结构保持一致某些传输是由大块數据构成的，这时需要先将它划分为几个事物再进行传输

　　具有相似功能的设备可以组成一类，这样便于分享共有的特性和使用共同嘚设备驱动程序每个类可以定义其自己的描述符，如：HID类描述符和 Report描述符HID类是由人控制计算机系统的设备组成的，它定义了一个描述HID設备的结构并且表明了设备的通信要求。HID设备描述符必须支持端点输入中断固件也必须包括一个报告描述符，表明接收和发送数据的格式在引入RS232到USB的接口转换模块后，从系统所具有的特性来看应该属于HID设备。因此两种特殊的HID类请求必须被支持：SetReport和GetReport 。这些请求使设備能接收和发送一般的设备信息给主机在没有中断输出终端时，SetReport是主机发送数据给HID设备的唯一方式

　　为了实现中RS232-USB的接口转换，需要1囼支持USB的主机同时还要提供主机上用于与外设通信的驱动，一般由提供此外，还需开发在主机上执行的客户端应用程序在设备端，需要提供具有USB接口的主芯片以及编写主上执行的USB通信代码和用于执行外设功能的相关代码。

　　主机必须能够通过设备驱动接收USB数据並且使这些数据对处理这些请求的应用程序有效。在主机中必须有一个驱动负责处理USB传输、辨识设备、向USB设备收发数据；同时还需要有┅个设备驱动-虚拟化串行口，仿效真实的这个驱动必须能够像真实的接收和发送USB数据。

　　从应用的观点设备驱动必须能收发数据，鈳以通过使用一个虚拟化的或通过转化为USB 数据实现微软提供了一个叫作USB POS的设备驱动，它允许应用程序访问USB设备时好像它们连接到标准仩一样。系统大致结构方框图如图1所示

　　在定义即将使用的时，必须说明一些通信要求如：通信速率、频率、传输的数据量等。考慮到有效的通信速率可以把作为一个低速的设备使用，低速设备通信速度可以在10~100 Kb/s的范围变化考虑到传输的数据量和传输的频率， 此系統中使用中断的传输类型中断传输可以在2个方向进行，但不能同时进行,这种类型的传输要求在规定的时间里完成相当大数据量的传输任務

　　对于转换模块，它可以用于PC机的数据收发提供了HID驱动， 允许使用中断传输模式对于低速设备的一个事务，中断传输最大的包嫆量是 8字节如果需要发送大量的数据，则必须把它分割为很多事务

　　转换模块要定义的另一个特性是所需端点数。如上所述 端点昰在USB通信过程中所用来发送和接收数据的缓冲区。此系统中该定义了2个端点：一个端点（端点0）用来控制传输，另一个端点是中断输入端点定义为发数据给PC机。

　　根据以上要求通过研究比较现有的，考虑到如空间、价格和开发包等因素我们选用Cypress家族的一种8位RISCCY7C634XX/5XX。 它使用哈佛结构是对较高 I/O要求的低速应用设备的低价解决方案。

　　图2为USB通信实现硬件方框原理图

　　3 软件设计和执行

　　系统软件由6蔀分组成：定义描述符、设备检测和列举、端点中断服务程序、USB数据交换模块、串行口数据交换模块、USB/Serial模块接口。 下面简要描述其中部分模块程序的功能和实现思想

　　3.1 描述符定义

　　描述符是数据结果或信息的格式化块,它可以使主机知道这个设备。每个描述符包含了这個设备整体的信息或者某个元素的信息所有的USB外设必须响应对标准的USB描述符的请求。

　　该系统中使用了1个接口和2个终端(控制和中断输叺)由于受Win98的限制还不能使用中断输出终端,因此为了解决这个问题，我们通过在端点0中使用SetReport传输PC机欲送往门禁考勤设备的数据

　　数据接收是在Output Reports中完成的。它根据送往门禁考勤设备最大的数据量系统定义为16K个8位域。发送数据给主机是在输入报告中完成的它是8K个8位域。

　　3.2 设备检测和列举

　　当1个USB 人机接口类（HID）设备第一次连接到 它将被供电但仍然非功能性等待1个复位。D-端的通知Hub连接上了新的设备主机也同时知道了新连接的USB设备，并将它复位紧跟输入包之后，主机发送1个配置包从缺省地址0处读取设备描述符。读到描述符后主機将分配一个新的地址给设备，并继续查询关于设备描述、配置描述、人机报告描述的信息设备将开始对新分配的地址作出反应。根据從设备处返回的信息主机知道了被设备支持的数据终端的数量，完成列举过程列举结束后，Windows将把新的设备加入到控制面板的设备管理器中显示

　　为此，在中必须写入访问描述符的代码这样便于对主机在列举设备时发送的请求作出有效的辨识和响应。在设备方面需偠创建一个INF文件使Windows能够辨识设备，并且为设备找到其驱动由于提供了简单的INF文件，因此开发中只需要编写写入到中的程序。

　　3.3 数據发送和接收过程

　　发送数据到是通过控制端点0中使用SetReport来完成的主机先向请求发送数据，设备响应请求后主机便开始执行。 当有数據到达设备的终端0时将对设备产生一个中断。此时相应的中断服务程序便将数据复制到数据缓冲区。 一旦进入端点0的中断服务程序所有的中断必须关闭，确保能够正确地复制数据

　　的数据缓冲区编程为可以接收64个字节，这个值是存放在设置包的包头请求信息中從主机处接收到的最大包大小，是根据它将发送给的最大数据量来决定的

　　系统还使用了Put_command线程，通过1个 I/O端口引脚向发送数据。在执荇此线程时根据通信协议插入了起始位、停止位以及相应的延时。

　　从接收数据的过程是利用端点1完成的端点1配置为1个中断输入端點，当有1个起始位到达引脚时GPIO中断必须打开，并关闭所有其它类型中断 设计中通过使用1个Get_Serial线程来收集I/O引脚发出的串行数据，并把它存叺数据缓冲区 同时该线程负责检验接收到的起始位和停止位的正确性。当收到8个字节时将接收缓冲区中的数据复制到终端1的缓冲区，並且允许响应中断输入请求

　　考虑到一般串行口的有效波特率的范围在300~19 200 bps， 我们按处于最大波特率19 200 bps 的情况来考虑, 传输1个字符需要时间接菦0.75 ms；而1个输入中断大约每10 ms送1个8字节的数据包,因此设计1个128字节的快速数据缓冲区便可以保证不会丢失数据。

　　RS232-USB接口转换模块用于改进我們的使用效果良好。

USB作为一种的PC机互连协议使外设箌计算机的连接更加高效、便利。这种接口适合于多种设备不仅具有快速、即插即用、支持热插拔的特点，还能同时连接多达127个设备解决了如资源冲突、中断请求(IRQs)和直接数据通道(DMAs)等问题。而RS-232是单个设备接入计算机时常采用的一种接入方式，其硬件实现简单因此在传統的设备中有很多采用了这种通信方式。一般的IC卡门禁考勤系统也使用RS-232接口与PC机通信如果将USB技术应用于IC卡门禁考勤系统与PC机之间的数据通信，这样不仅能使IC卡门禁考勤设备具备USB通信的诸多优点，而且对PC机而言还可以节余1个RS-232串口为其它通信所用

USB规范描述了总线特性、协議定义、编程接口以及其它设计和构建系统时所要求的特性。USB是一种主从总线工作时USB主机处于主模式，设备处于从模式USB系统所需要的唯一的系统资源是，USB系统软件所使用的内存空间、USB主控制器所使用的内存地址空间(I/O地址空间)和中断请求(IRQ)线USB设备可以是功能性的如显示器、鼠标或者集线器之类。它们可以作低速或者高速设备实现低速设备最大速率限制在1.5 Mb/s，每一个设备有一些专有寄存器也就是端点(endpoint)在进荇数据交换时，可以通过设备驱动间接访问它每一个端点支持几种特殊的传输类型，并且有一个唯一的地址和传输方向不同的是端点0僅用作控制传输，并且其传输可以是双向的

系统上电后，USB主机负责检测设备的连接与拆除、初始化设备的列举过程并根据设备描述表咹装设备驱动后自动重新配置系统，收集每个设备的状态信息设备描述表标识了设备的属性、特征，并描述了设备的通信要求USB主机根據这些信息配置设备、查找驱动，并且与设备通信

典型的USB数据传输是由设备驱动开始的，当它需要与设备通信时设备驱动提供内存缓沖区，用来存放设备收到或者即将发送的数据USB驱动提供USB设备驱动和USB主控制器之间的接口，并将传输请求转化为USB事务转化时需要与带宽偠求及协议结构保持一致。某些传输是由大块数据构成的这时需要先将它划分为几个事物再进行传输。

具有相似功能的设备可以组成一類这样便于分享共有的特性和使用共同的设备驱动程序。每个类可以定义其自己的描述符如：HID类描述符和Report描述符。HID类是由人控制计算機系统的设备组成的它定义了一个描述HID设备的结构，并且表明了设备的通信要求HID设备描述符必须支持端点输入中断，固件也必须包括┅个报告描述符表明接收和发送数据的格式。在IC卡门禁考勤系统引入RS-232到USB的接口转换模块后从系统所具有的特性来看，应该属于HID设备洇此两种特殊的HID类请求必须被支持：SetReport和GetReport.这些请求使设备能接收和发送一般的设备信息给主机。在没有中断输出终端时SetReport是主机发送数据给HID設备的唯一方式。

为了实现IC卡门禁考勤系统中RS-232-USB的接口转换需要1台支持USB的主机，同时还要提供主机上用于与外设通信的驱动一般由操作系统提供。此外还需开发在主机上执行的客户端应用程序。在设备端需要提供具有USB接口的主控制器芯片以及编写主控制器上执行的USB通信代码和用于执行外设功能的相关代码。

主机必须能够通过设备驱动接收USB数据并且使这些数据对处理这些请求的应用程序有效。在主机Φ必须有一个驱动负责处理USB传输、辨识设备、向USB设备收发数据;同时还需要有一个设备驱动-虚拟化串行口，仿效真实的串口这个驱动必須能够像真实的串口接收和发送USB数据。

从应用的观点设备驱动必须能收发数据，可以通过使用一个虚拟化的串口或通过转化为USB数据实现微软提供了一个叫作USB POS的设备驱动，它允许应用程序访问USB设备时好像它们连接到标准串口上一样。系统大致结构方框图如图1所示

在定義即将使用的微控制器时，必须说明一些通信要求如：通信速率、频率、传输的数据量等。考虑到IC卡门禁考勤系统有效的通信速率可鉯把转换器作为一个低速的设备使用，低速设备通信速度可以在10~100 Kb/s的范围变化考虑到传输的数据量和传输的频率，此系统中使用中断的传輸类型中断传输可以在2个方向进行，但不能同时进行这种类型的传输要求在规定的时间里完成相当大数据量的传输任务。

对于转换模塊它可以用于PC机的数据收发，操作系统提供了HID驱动允许使用中断传输模式。对于低速设备的一个事务中断传输最大的包容量是8字节，如果需要发送大量的数据则必须把它分割为很多事务。

转换模块要定义的另一个特性是所需端点数如上所述，端点是微控制器在USB通信过程中所用来发送和接收数据的缓冲区此系统中，该转换器定义了2个端点：一个端点(端点0)用来控制传输另一个端点是中断输入端点，定义为发数据给PC机

根据以上要求，通过研究比较现有的微控制器考虑到如内存空间、价格和开发包等因素，我们选用Cypress家族的一种8位RISC微控制器CY7C*XX/5XX.它使用哈佛总线结构是对较高I/O要求的低速应用设备的低价解决方案。

图2为IC卡门禁考勤系统USB通信实现硬件方框原理图

系统软件由6蔀分组成：定义描述符、设备检测和列举、端点中断服务程序、USB数据交换模块、串行口数据交换模块、USB/Serial模块接口下面简要描述其中部分模块程序的功能和实现思想。

描述符是数据结果或信息的格式化块它可以使主机知道这个设备。每个描述符包含了这个设备整体的信息戓者某个元素的信息所有的USB外设必须响应对标准的USB描述符的请求。

该系统中使用了1个接口和2个终端(控制和中断输入)由于受Win98的限制还不能使用中断输出终端，因此为了解决这个问题我们通过在端点0中使用SetReport传输PC机欲送往IC卡门禁考勤设备的数据。

数据接收是在Output Reports中完成的根據送往IC卡门禁考勤设备最大的数据量，系统定义为16K个8位域发送数据给主机是在输入报告中完成的，它是8K个8位域

当1个USB人机接口类(HID)设备第┅次连接到总线，它将被总线供电但仍然非功能性等待1个总线复位D-端的上拉电阻通知Hub连接上了新的设备，主机也同时知道了新连接的USB设備并将它复位。紧跟输入包之后主机发送1个配置包，从缺省地址0处读取设备描述符读到描述符后，主机将分配一个新的地址给设备并继续查询关于设备描述、配置描述、人机报告描述的信息，设备将开始对新分配的地址作出反应根据从设备处返回的信息。主机知噵了被设备支持的数据终端的数量完成列举过程。列举结束后Windows将把新的设备加入到控制面板的设备管理器中显示。

为此在微控制器Φ必须写入访问描述符的代码，这样便于对主机在列举设备时发送的请求作出有效的辨识和响应在设备方面需要创建一个INF文件，使Windows能够辨识设备并且为设备找到其驱动。由于操作系统提供了简单的INF文件因此，开发中只需要编写写入到微控制器中的程序

3、数据发送和接收过程

发送数据到门禁考勤系统是通过控制端点0中使用SetReport来完成的。主机先向门禁考勤系统请求发送数据设备响应请求后，主机便开始執行当有数据到达设备的终端0时，将对设备产生一个中断此时相应的中断服务程序便将数据复制到数据缓冲区。一旦进入端点0的中断垺务程序所有的中断必须关闭，确保能够正确地复制数据

微处理器的数据缓冲区编程为可以接收64个字节，这个值是存放在设置包的包頭请求信息中从主机处接收到的最大包大小，是根据它将发送给门禁考勤系统的最大数据量来决定的

系统还使用了Put_command线程，通过1个I/O端口引脚向门禁考勤系统串口发送数据。在执行此线程时根据串口通信协议插入了起始位、停止位以及相应的延时。

从门禁考勤系统接收數据的过程是利用端点1完成的端点1配置为1个中断输入端点，当有1个起始位到达引脚时GPIO中断必须打开，并关闭所有其它类型中断设计Φ通过使用1个Get_Serial线程来收集I/O引脚发出的串行数据，并把它存入数据缓冲区同时该线程负责检验接收到的起始位和停止位的正确性。当收到8個字节时将接收缓冲区中的数据复制到终端1的缓冲区，并且允许微处理器响应中断输入请求

考虑到一般串行口的有效波特率的范围在300~19 200 bps，我们按处于最大波特率19 200 bps的情况来考虑传输1个字符需要时间接近0.75ms;而1个输入中断大约每10 ms送1个8字节的数据包，因此设计1个128字节的快速数据缓沖区便可以保证不会丢失数据

RS-232-USB接口转换模块用于改进我们的IC卡门禁考勤系统，使用效果良好