常用串口通讯技术.ppt
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1、常用串口通信技术,仲崇权 大连理工大学电子与信息工程学院,串口通信标准 串行通信需完成的基本任务 RS-232C标准 RS-422/RS-485 RS-422与RS-485串行接口标准 RS-422与RS-485的网络安装注意要点 RS-422与RS-485传输线上匹配的一些说明 RS-422与RS-485的接地问题 RS-422与RS-485的网络失效保护 RS-422与RS-485的瞬态保护 用RS485构成总线型多点数据采集系统,串口通讯协议,所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共
2、同遵守。因此,也叫做通信控制规程,或称传输控制规程,它属于ISO/OSI七层参考模型中的数据链路层。,串口通讯协议,通常采用的通信协议有两类: 异步协议 同步协议 同步协议又有 面向字符 面向比特 面向字节计数 其中,面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体系结构中。,同步通信协议,采用同步通信时,将许多字符组成一个信息组,这样,字符可以一个接一个地传输,但是,在每组信息(通常称为帧)的开始处要加上同步字符,在没有信息要传输时,要填上空字符,因为同步传输不允许有间隙。在同步传输过程中,一个字符可以对应58位。,同步通信协议,同步传输时,一个信息帧中包含许多字符,每个信息帧用同步字符作为
3、开始,一般同步字符和空字符共用同一个代码。在整个系统中,由一个统一的时钟控制发送端发送代码。接收端检测到有一串数位和同步字符相匹配时,就认为开始一个信息帧,于是,把此后的数位作为实际传输信息来处理。,RS232/RS422/RS485通讯技术,RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-232在1962年发布,命名为EIA-232-E,作为工业标准,以保证不同厂家产品之间的兼容。为弥补RS-232通信距离短、速率低等不足,EIA又提出了RS-422 。,RS232/RS422/RS485通讯技术,RS-422定义了一种平衡通
4、信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。它是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。 为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围。,RS232/RS422/RS485通讯技术,RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。,串行通讯的基本任务
5、,实现数据格式化 进行串并转换 控制数据传输速率 进行错误检测 进行TTL与EIA电平转换 提供接口标准所要求的信号线,实现数据格式化,实现数据格式化:因为来自CPU的是普通的并行数据,所以接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。 在异步通信方式下,接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下,接口要在待传送的数据块前加上同步字符。,串行通讯的基本任务,进行串并转换:串行传送,数据是一位一位串行传送的,而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时,首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。,串行通讯的基本任务
6、,控制数据传输速率:串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特率进行选择和控制的能力。,串行通讯的基本任务,进行错误检测:在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时,接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码,确定是否发生传送错误。,串行通讯的基本任务,进行TTL与EIA电平转换:CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑,它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容,需在接口电路中进行转换。,串行通讯的基本任务,提供接口标准所要求的信号线:远距离通信采用MODEM时,需要9根信号线;近距离零MODEM方式,只需要3根信号线。这些信号线由接口电路提供,以便与MODEM或终端进行联络与
7、控制。,RS-232串行接口标准,RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准 采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯 典型的RS-232信号在正负电平之间摆动 在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5+15V,负电平在-5-15V电平 当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平,RS-232串行接口标准,接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。 由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s RS-232是
8、为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为37k。 所以RS-232适合本地设备之间的通信,RS232/RS485/RS422的电气参数表,RS-422与RS-485串行接口标准,平衡传输 RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,如图,平衡传输发送端,正电平在+2+6V,是一个逻辑状态 负电平在-2-6V,是另一个逻辑状态 另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这个“使能”端是可用可不用的 “使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。
9、 当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。,平衡传输接收器,接收端也作与发送端相对的规定 收、发端通过平衡双绞线将A-A、B-B对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。 接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。,RS-422电气规定,RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性” 由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点 即一个主设备(Master),其余为从设备
10、(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。 接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是104k+100(终接电阻) RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。,RS-422电气规定,RS422的四线接口,RS422的DB9引脚定义,RS-422电气规定,RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mb/s。 其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在
11、很短的距离下才能获得最高速率传输。 一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。 在矩距离传输时(一般在300米以下)可不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。,RS-485电气规定,由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。 如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。 RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。 而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备
12、 但它比RS-422有改进, 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。,图,RS-485电气规定,RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的 RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间 RS-485接收器最小输入阻抗为12k,RS-422是4k RS-485满足所有RS-422的规范 所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。,RS-485电气规定,RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。 平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长
13、度。 只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。 一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。 RS-485需要2个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不接。,RS-422与RS-485的网络安装注意要点,RS-422可支持10个节点,RS-485支持32个节点,因此多节点构成网络。 网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。 在构建网络时,应注意如下几点:,RS-422与RS-485的网络安装注意要点,采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来 从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 a,b,c这三种
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