串行通信_串行通信协议 - CSDN
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  • 串行通信

    2009-04-29 13:41:00
    串行通信:使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。...使用串口通信时,发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的,每一位为1或者为0。 串行通信的分类 串行通信可

          串行通信:使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

    串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用串口通信时,发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的,每一位为1或者为0。

    串行通信的分类

    串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收,异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。

    同步通信

    同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同,通常含有若干个数据字符。

    它们均由同步字符、数据字符和校验字符(CRC)组成。其中同步字符位于帧开头,用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后,个数没有限制,由所需传输的数据块长度来决定;校验字符有1到2个,用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。

    异步通信

    异步通信中,在异步通行中有两个比较重要的指标:字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送,通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收,这两个时钟源彼此独立,互不同步。

    接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"(即字符帧起始位)时,确定发送端已开始发送数据,每当接收端收到字符帧中的停止位时,就知道一帧字符已经发送完毕。

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  • 同步串行与异步串行通信

    万次阅读 2018-09-14 14:38:46
    串行通信是微机接口的一个重要组成部分,有着极其广泛的应用。...微机通信串行和并行两种通信方式,并行通信可以提高数据交换速度而串行通信可以节省系统资源,降低系统成本。串行通信又分为同步串行...

    转载:https://blog.csdn.net/u012160319/article/details/43486995

    串行通信是微机接口的一个重要组成部分,有着极其广泛的应用。随着微机特别是单片机的发展,其应用已从单机逐渐转向多机或联网,而多机应用的关键又在微机通信。微机通信有串行和并行两种通信方式,并行通信可以提高数据交换速度而串行通信可以节省系统资源,降低系统成本。串行通信又分为同步串行通信和异步串行通信。本章将就串行通信进行详细讲述,末了还给出应用实例,力求反应目前串行通信的新技术和新发展。

     串行通信的概念

      并行通信和串行通信

    在微机系统中,CPU 与外部的基本通信方式有两种:

    并行通信——数据各位同时传送;

    串行通信——数据一位位顺序传送。

    图1 是这两种方式的示意图。一般快速设备之间采用并行通信,譬如CPU 与存储设备、存储器与存储器、主机与打印机等都采用并行通讯。并行通讯,有多少位数据就必须有多少根数据线,如下图是11 位数据就有11 根数据线。串行通信最少可以只需一根通信线,只发或只收。因而大大节省了系统资源,降低了系统成本。由于只用一根数据线,所以是以降低传送速度来换取资源的,它常用在传送距离远,速度要求不高的场合。

    串行通信的传送方式

    串行通信的传送方式通常有3 种:

    一种为单向(或单工)配置,只允许数据向一个传送;

    另一种是半双工配置,允许数据向两个方向中的任一方向传送,但每次只能有一个站发送;

    第三种传送方式是全双工配置,允许同时双向传送数据,因此,全双工配置是一对单向配置,它要求两端的通信设备具有完整和独立的发送和接收能力。

    图7-2 所示为串行通信中的数据传送方式。

    异步通信和同步通信

     

    串行通信进行数据传送时是将要传送的数据按二进制位,依据一定的顺序逐位发送到接收方。其有两种通信方式:

    1、 异步通信

    异步通信是我们最常采用的通信方式,我们后面的例子都是采用的异步通信方式。异步通信采用固定的通信格式,数据以相同的帧格式传送。如图7-3 所示,每一帧由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

    在通信线上没有数据传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备发送一个字符数据时,首先发出一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备,当接收设备检测到这个逻辑低电平后,就开始准备接收数据信号。因此,起始位所起的作用就是表示字符传送开始。

          起始位后面紧接着的是数据位,它可以是5 位、6 位、7 位、或8 位。数据传送时,低位在前。

     

    奇偶校验位用于数据传送过程中的数据检错,数据通信时通信双方必须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言,奇偶校验位是冗余位,但它表示数据的一种性质。也有的不要校验位。

    在奇偶校验位或数据位后紧接的是停止位,停止位可以是一位、也可以是1.5 位或2 位。接收端收到停止位后,知道上一字符已传送完毕,同时,也为接收下一字符作好准备。若停止位后不是紧接着传送下一个字符,则让线路保持为“1”。“1”表示空闲位,线路处于等待状态。存在空闲位是异步通信的特性之一。

    2、 同步通信

    同步通信时,通信双方共用一个时钟,这是同步通信区分于异步通信的最显著的特点。在异步通信中,每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志,以致占用了时间。所以在数据块传送时,为提高通信速度,常去掉这些标志,而采用同步通信。同步通信中,数据开始传送前用同步字符来指示(常约定1~2 个),并由时钟来实现发送端和接收端的同步,即检测到规定的同步字符后,下面就连续按顺序传送数据,直到一块数据传送完毕。同步传送时,字符之间没有间隙,也不要起始位和停止位,仅在数据开始时用同步字符SYNC来指示,其数据格式见图7-4。

     

    同步通信和异步通信相比有以下特点:

     

    1. 以同步字符作为传送的开始,从而使收发双方取得同步。

    2. 每位占用的时间相等。

    3. 字符数据之间不允许有空位,当线路空闲或没字符可发时,发送同步字符。

    同步字符的插入可以是单同步字符或双同步字符,如图7-4 所示同步字符也可以由用户约定,当然也可以采用ASCII 码中规定的SYN 代码,即16H。

    在同步传送时,要求用时钟来实现发送端和接收端之间的同步。为了保证接收正确无误,发送方除了传送数据外,还要传送同步时钟。

    同步通信虽然可以提高传送速度,可达56Kb/s 或更高,但实现起来颇为复杂,因此实际较少使用。

     波特率和接收发送时钟

    1. 波特率(Baud rate)

    波特率是指数据传送时,每秒传送数据二进制代码的位数,它的单位是位/秒(b/s)。1波特就是一位每秒。假设数据传送速率是每秒120 字符,而每个字符格式包括10 个代码位(1个起始位、一个终止位、8 个数据位),这时传送的波特率为:

    10 × 120 = 1200b/s

    位传送时间宽度Td=波特率的倒数,则上式中的Td=1/1200s=0.883ms。

    在异步串行通信中,接收设备和发送设备保持相同的传送波特率,并以每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位。数据位。奇偶位和停止位的约定,在同一次传送过程中必须保持一致,这样才能成功的传送数据。

    2.接收/发送时钟

    二进制数据系列在串行传送过程中以数字信号波形的形式出现。不论接收还是发送,都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。接收/发送时钟就是用来控制通信设备接收/发送字符数据速度的,该时钟信号通常由外部时钟电路产生。

    在发送数据时,发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出;在接收数据时,接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样,进行数据位检测,

    接收/发送时钟频率与波特率有如下关系:

     

    收/发时钟频率 = n × 收/发波特率

    n=1,16,64

    在同步传送方式,必须取n=1,即接收/发送时钟的频率等于收/发波特率。在异步传送方式,n=1,16,64,即可以选择接收/发送时钟频率是波特率的1,16,64 倍。因此可由要求的传送波特率及所选择的倍数n 来确定接收/发送时钟的频率。

    例如,若要求数据传送的波特率为300Baud,则

    接收/发送时钟频率=300Hz (n=1)

    接收/发送时钟频率=4800Hz (n=16)

    接收/发送时钟频率=19.2kHz (n=64)

    接收/发送时钟的周期Tc 与传送的数据位宽之间的关系是:

    Tc = Td / n

    若取n=16,那么异步传送接收数据实现同步的过程如下:接收器在每一个接收时钟的上升沿采样接收数据线,当发现接收数据线出现低电平时就认为是起始位的开始,以后若在连续撤8 个时钟周期(因n=16,故Td=16Tc)内检测到接收数据线仍保持低电平,则确定它为起始位(不是干扰信号)。通过这种方法,不仅能够排除接收线上的噪声干扰,识别假起始位,而且能够相当精确的确定起始位的中间点,从而提供一个正确的时间基准。从这个基准算起,每隔16Tc 采样一次数据线,作为输入数据。一般来说,从接收数据线检测到一个下降沿开始,若其低电平能保持n/2Tc(半位时间),则确定为起始位,其后每隔nTc 时间(一个数据时间)在每个数据位的中间点采样。

    由此可见,接收/发送时钟对于收/发双方之间的数据传输达到同步是至关重要的。

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  • 串口通信的基本知识

    万次阅读 多人点赞 2018-11-12 20:45:38
    串口通信的基本知识 本文介绍了串口通讯的基本概念、数据格式、通讯方式、典型的串口通讯标准等内容。 串口通讯,RS232,RS485,停止位,奇校验,偶校验 1 串口通讯  串口通讯(Serial Communication),是指外设和...

    串口通信的基本知识

    本文介绍了串口通讯的基本概念、数据格式、通讯方式、典型的串口通讯标准等内容。

    串口通讯,RS232,RS485,停止位,奇校验,偶校验

    1 串口通讯
        串口通讯(Serial Communication),是指外设和计算机间,通过数据信号线、地线等,按位进行传输数据的一种通讯方式。
        串口是一种接口标准,它规定了接口的电气标准,没有规定接口插件电缆以及使用的协议。


    2 串口通讯的数据格式


        一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,总是以“起始位”开始,以“停止位”结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。
        每一个字符的前面都有一位起始位(低电平),字符本身由7位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位),最后是一位或一位半或二位停止位,停止位后面是不定长的空闲位,停止位和空闲位都规定为高电平。实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关,波特率越高,宽度越小,在进行传输之前,双方一定要使用同一个波特率设置。

    3 通讯方式
        单工模式(Simplex Communication)的数据传输是单向的。通信双方中,一方固定为发送端,一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输,使用一根传输线。
    半双工模式(Half Duplex)通信使用同一根传输线,既可以发送数据又可以接收数据,但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在任何时刻只能由其中的一方发送数据,另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线,也可以使用两条数据线。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关,通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换,所以会产生时间延迟,信息传输效率低些。
        全双工模式(Full Duplex)通信允许数据同时在两个方向上传输。因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在全双工模式中,每一端都有发送器和接收器,有两条传输线,信息传输效率高。
        显然,在其它参数都一样的情况下,全双工比半双工传输速度要快,效率要高。

    4 偶校验与奇校验
        在标准ASCII码中,其最高位(b7)用作奇偶校验位。所谓奇偶校验,是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法,一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定:正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数,若非奇数,则在最高位b7添1;偶校验规定:正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数,若非偶数,则在最高位b7添1。

    5 停止位
        停止位是按长度来算的。串行异步通信从计时开始,以单位时间为间隔(一个单位时间就是波特率的倒数),依次接受所规定的数据位和奇偶校验位,并拼装成一个字符的并行字节;此后应接收到规定长度的停止位“1”。所以说,停止位都是“1”,1.5是它的长度,即停止位的高电平保持1.5个单位时间长度。一般来讲,停止位有1,1.5,2个单位时间三种长度。

    6 波特率
        波特率就是每秒钟传输的数据位数。
        波特率的单位是每秒比特数(bps),常用的单位还有:每秒千比特数Kbps,每秒兆比特数Mbps。串口典型的传输波特率600bps,1200bps,2400bps,4800bps,9600bps,19200bps,38400bps。
        PLC/PC与称重仪表通讯时,最常用的波特率是9600bps,19200bps。PLC/PC或仪表与大屏幕通讯时,最常用的波特率是600bps。

    7 典型的串口通讯标准
        EIA RS232(通常简称“RS232”): 1962年由美国电子工业协会(EIA)制定。
        EIA RS485(通常简称“RS485”): 1983年由美国电子工业协会(EIA)制定。

    8 RS232串口
        RS232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。它以全双工方式工作,需要地线、发送线和接收线三条线。RS232只能实现点对点的通信方式。
    8.1 RS232串口缺点
        ●接口信号电平值较高,接口电路芯片容易损坏。
        ●传输速率低,最高波特率19200bps。
        ●抗干扰能力较差。
        ●传输距离有限,一般在15m以内。
        ●只能实现点对点的通讯方式。
    8.2 RS232串口接口定义
        RXD:接收数据,TXD:发送数据,GND/SG:信号地。
    8.3 电脑DB9针接口定义
        电脑DB9针接口是常见的RS232串口,其引脚定义如下:
        2号脚:RXD(接收数据)
        3号脚:TXD(发送数据)
        5号脚:SG或GND(信号地)
        其它脚:我们不用

        

        电脑RS232串口与仪表串口连接图:
     
        

    9 RS485串口
    9.1 RS485串口特点
        ●RS485采用平衡发送和差分接收,具有良好的抗干扰能力,信号能传输上千米。
        ●RS485有两线制和四线制两种接线。采用四线制时,只能实现点对多的通讯(即只能有一个主设备,其余为从设备)。四线制现在很少采用,现在多采用两线制接线方式。
        ●两线制RS485只能以半双式方式工作,收发不能同时进行。
        ●RS485在同一总线上最多可以接32个结点,可实现真正的多点通讯,但一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。
        ●因RS485接口具有良好的抗干扰能力,长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。
    9.2 485抑制共模干扰示意图
        
    9.3 RS485串口接口定义
        A或Data+(D+)或+:信号正;
        B或Data-(D-)或-:信号负。
    9.4 计算机与RS485仪表通讯
        计算机自带的串口只有RS232,没有RS485,如果计算机要与RS485串口的仪表进行通讯,必须使用串口转换器或装上RS485串口转换卡后才能进行通讯。
    9.5 RS485串口的终端电阻
        ●一般情况下不需要增加终端电阻,只有在RS485通信距离超过100米的情况下,要在RS485通讯的开始端和结束端增加终端电阻,RS485典型终端电阻是120欧。
        ●终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射在通信过程中,有两种信号因导致信号反射:阻抗不连续和阻抗不匹配。
        阻抗不连续,信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有,信号在这个地方就会引起反射。消除这种反射的方法,就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻,使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的,因此,在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
        引起信号反射的另一原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射,主要表现在通讯线路处在空闲方式时,整个网络数据混乱。要减弱反射信号对通讯线路的影响,通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中,对于比较小的反射信号,为简单方便,经常采用加偏置电阻的方法。

    10 串口通讯硬件常见的注意事项
        ●通讯电缆端子一定接牢,不可有任何松动,否则,可能会烧坏仪表或上位机的通讯板。
        ●不可带电拔插通讯端子,否则,可能会烧坏仪表或上位机的通讯板,一定要关闭仪表电源后才能去拔插通讯端子或接通讯线。
        ●通讯用的屏蔽电缆最好选用双层隔离型屏蔽电缆,其次选用单层屏蔽电缆,最好不要选用无屏蔽层的电缆,且电缆屏蔽层一定要能完全屏蔽,有些质量差的电缆,屏蔽层很松散,根本起不到屏蔽的作用。单层屏蔽的电缆屏蔽层应一端接地,双层屏蔽的电缆屏蔽层其外层(含铠装)应两端接地,内层屏蔽则应一端接地。
        ●仪表使用RS232通讯时,通讯电缆长度不得超过15米。
        ●一般RS485协议的接头没有固定的标准,可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可能不尽相同,用户可以查阅相关产品RS485的引脚图。
        ●RS485通讯电缆最好选用阻阬匹配、低衰减的RS485专用通讯电缆(双绞线),不要使用普通的双绞电缆或质量较差的通讯电缆。因为普通电缆或质量差的通讯电缆,可能阻抗不匹配、衰减大、绞合度不够、屏蔽层太松散,这样会导致干扰将非常大,会造成通讯不畅,甚至通讯不上。
        ●仪表使用RS485通讯时,每台仪表必须手牵手地串下去,不可以有星型连接或者分叉,如果有星型连接或者分叉,干扰将非常大,会造成通讯不畅,甚至通讯不上。

        

        ●485总线结构理论上传输距离达到1200米,一般是指通讯线材优质达标,波特率9600,只有一台485设备才能使得通讯距离达到1200米,而且能通讯并不代表每次通讯都正常,所以通常485总线实际的稳定通讯距离远远达不到1200米。负载485设备多,线材阻抗不同时,通讯距离更短。
        ●仪表使用RS485通讯时,必要时,请接入终端电阻,以增强系统的抗干扰性,典型的终端电阻阻值是120欧。

    11 串口通讯软件设置要点
    11.1 有关通讯的一些基本概念
        ●主机与从机:在通讯系统中起主要作用、发布主要命令的称为主机,接受命令的称为从机。
        ●连续方式:指主机不需要发布命令,从机就能自动地向主机发送数据。
        ●指令方式:指主机向从机发布命令,从机根据指令执行动作,并将结果“应答”给主机的模式。
        ●输出数据类型:指在连续方式通讯时,从机输出给主机的数据类型。
        ●通讯协议:指主机与从机通讯时,按哪一种编码规则来通讯。
        ●波特率:主从机之间通讯的速度。
        ●数据位:每次传输数据时,数据由几位组成。
        ●校验位:数据传输错误检测,可以是奇校验、偶校验或无校验。
        ●地址:每一台从机的编号。
    11.2 主从机之间通讯设置要点
        ●要点一:主/从RS232/485硬件有无设置正确,通讯线有无接对。有些通讯板卡是RS422与RS485共用的,依靠板上跳线来实现的,有些仪表RS232/485也需要通讯跳线来实现。
        ●要点二:主机上的通讯端口有无设置正确;超时(一般设置为2s)、通讯延时(一般设置为5~20ms)、ACK信号延时(一般设置为0ms)有无设置正确。
        ●要点三:主/从机通讯协议有无选择正确。
        ●要点四:主/从机波特率有无选择正确。
        ●要点五:主/从机数据位有无选择正确。数据位可以选择7位,8位。
        ●要点六:主/从机校验位有无选择正确。校验位一般可选择偶校验、奇校验、无校验。
        ●要点七:主/从机停止位有无选择正确。停止位可以选择1位、1.5位还是2位。
        ●要点八:从机地址有无选择正确。
        ●要点九:主/从机的通讯方式有无选择正确。

     

    进行通讯测试的时候经常会进行线路测试,测试所用的串口线是否可用,方法有二如下:

     

    1  把串口线接到不同的串口,用串口调试工具从一个串口发数据,另一个能正常收到说明串口线是OK的。

    2  把串口线的一端短接(用金属把2,3号脚连通),用万用表测另一端的2,3号如果正常的话会有嘀嘀的短接报警声。

     

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  • 书名:《C/C++串口通信典型应用实例编程实践》(电子工业出版社.曹卫杉) PDF扫描版,全书共分10章,共316页。 内容介绍 本书从工程应用的角度出发,对目前流行的三种不同类型的C/C++语言(包括C++ Builder、Visual ...
  • 串行通信 计算机网络和TCP/IP协议

    千次阅读 2014-12-16 13:59:03
    在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式,监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。 一、串行通信协议 计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式:并行通信串行通信。 并行通信指数据的各位...

    在现场数据采集和数据传输中大量采用接口方式,监控系统涉及较多的是串行通信接口和网络接口。

    一、串行通信协议
    计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式:并行通信和串行通信。
    并行通信指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快,但占用的通信线多,传输数据的可靠性随距离的增加而下降,只适用于近距离的数据传送。
    串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。发送过程中,每发送完一个数据,再发送第二个,依此类推。接受数据时,每次从单根数据线上一位一位地依次接受,再把它们拼成一个完整的数据。在远距离数据通信中,一般采用串行通信方式,它具有占用通信线少、成本低等优点。
    1、串行通信的基本概念
    (1)同步和异步通信方式
    串行通信有两种最基本的通信方式:同步串行通信方式和异步串行通信方式。同步串行通信方式是指在相同的数据传送速率下,发送端和接受端的通信频率保持严格同步。由于不需要使用起始位和停止位,可以提高数据的传输速率,但发送器和接受器的成本较高。异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波特率下不需要严格地同步,允许有相对的时间时延,即收、发两端的频率偏差在10%以内,就能保证正确实现通信。
    异步通信在不发送数据时,数据信号线上总是呈现高电平状态,称为空闲状态(又称MARK状态)。当有数据发送时,信号线变成低电平,并持续一位的时间,用于表示发送字符的开始,该位称为起始位,也称SPACE状态。起始位之后,在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据,并且按照先低位后高位的顺序逐位发送。采用不同的字符编码方案,待发送的每个字符的位数不同,在5、6、7或8位之间选择。数据位的后面可以加上一位奇偶校验位,也可以不加,由编程指定。最后传送的是停止位,一般选择1位、1.5位或2位。
    (2)数据传送方式
    ①单工方式。单工方式采用一根数据传输线,只允许数据按照固定的方向传送。图8(a)中A只能作为发送器,B只能作为接收器,数据只能从A传送到B,不能从B传送到A。
    ②半双工方式。半双工方式采用一根数据传输线,允许数据分时地在两个方向传送,但不能同时双向传送。图8(b)中在某一时刻,A为发送器,B为接收器,数据从A传送到B;而在另一个时刻,A可以作为接收器,B作为发送器,数据从B传送到A。
    ③全双工方式。全双工方式采用两根数据传输线,允许数据同时进行双向传送。图8(c)中A和B具有独立的发送器和接收器,在同一时刻,既允许A向B发送数据,又允许B向A发送数据。
    (3)波特率
    波特率是指每秒内传送二进制数据的位数,以b/s和bps(位/秒)为单位。它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参数。计算机通信中常用的波特率是:110,300,600,1200,2400,4800,9600,19200bps。
    (4)串行通信的检错和纠错
    在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰,这些干扰有时会导致在传输过程中出现差错。因此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的,也是衡量通信系统质量的重要指标。检错,就是如何发现数据传输过程中出现的错误,而纠错就是在发现错误后,如何采取措施纠正错误。
    ①误码率
    误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。在计算机通信中,一般要求误码率达到10-6数量级。误码率与通信过程中的线路质量、干扰、波特率等因素有关。
    ②奇偶校验
    奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一位奇偶校验位(0或1),以保证数据位和奇偶校验位中1的总和为奇数或偶数。若采用偶校验,则应保证1的总数为偶数;若采用奇校验,则应保证1的总和为奇数。在接受数据时,CPU应检测数据位和奇偶校验位中1的总数是否符合奇偶校验规则,如果出现误码,则应转去执行相应的错误处理服务程序,进行后续纠错。
    ③纠错
    在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错,以重发方式进行纠错。在高级通信中一般采用循环冗余码(CRC)检错,以自动纠错方式来纠错。一般说来,附加的冗余位越多,检测、纠错能力就越强,但通信效率也就越低。
    2、串行通信接口标准
    串行通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。 RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年发展起来的新型接口标准,主要应用于高速数据传输领域。
    (1)RS-232串行接口
    目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通信。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电平,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。接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通信而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。由于RS-232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30米,最高速率为20kb/s。所以RS-232适合本地设备之间的通信。可以通过测量DTE的Txd(或DCE的Rxd)和Gnd之间的电压了解串口的状态,在空载状态下,它们之间应有约-10V左右(-5~-15V)的电压,否则该串口可能已损坏或驱动能力弱。
    ①管脚定义
    RS-232物理接口标准可分成25芯和9芯D型插座两种,均有针、孔之分。其中TX(发送数据)、RX(接受数据)和GND(信号地)是三条最基本的引线,就可以实现简单的全双工通信。DTR(数据终端就绪)、DSR(数据准备好)、RTS(请求发送)和CTS(清除发送)是最常用的硬件联络信号。

    表1-8-1   RS232接口中DB9、DB25管脚信号定义
    9针     25针     信号名称     信号流向     简称     信号功能
    3     2     发送数据     DTE —>DCE     TxD     DTE发送串行数据
    2     3     接收数据     DTE <—DCE     RxD     DTE接受串行数据
    7     4     请求发送     DTE —>DCE     RTS     DTE请求切换到发送方式
    8     5     清除发送     DTE <—DCE     CTS     DCE已切换到准备接受
    6     6     数据设备就绪     DTE <—DCE     DSR     DCE准备就绪可以接受
    5     7     信号地         GND     公共信号地
    1     8     载波检测     DTE <—DCE     DCD     DCE已接受到远程载波
    4     20     数据终端就绪     DTE —>DCE     DTR     DTE准备就绪可以接受
    9     22     振铃指示     DTE <—DCE     RI     通知DTE,通讯线路已接通
    按照RS232标准,传输速率一般不超过20kbps,传输距离一般不超过15M。实际使用时通信速率最高可达115200bps。
    ②RS232串行接口基本接线原则
    设备之间的串行通信接线方法,取决于设备接口的定义。设备间采用RS232串行电缆连接时有两类连接方式:
    直通线:即相同信号(Rxd对Rxd、Txd对Txd)相连,用于DTE(数据终端设备)与DCE(数据通信设备)相连。如计算机与MODEM(或DTU)相连。
    交叉线:即不同信号(Rxd对Txd、Txd对Rxd)相连,用于DTE与DTE相连。如计算机与计算机、计算机与采集器之间相连。
    以上两种连接方法可以认为同种设备相连采用交叉线连接,不同种设备相连采用直通线连接。在少数情况下会出现两台具有DCE接口的设备需要串行通信的情况,此时也用交叉方式连接。当一台设备本身是DTE,但它的串行接口按DCE接口定义时,应按DCE接线。如艾默生网络能源有限公司生产的一体化采集器IDA采集模块上的调测接口是按DCE接口定义的,当计算机与IDA采集模块的调测口连接时就要采用直通串行电缆。
    一般地,RS232接口若为公头,则该接口按DTE接口定义;若为母头,则该接口按DCE接口定义。但注意也有反例,不能一概而论。(一些DTE设备上的串行接口按DCE接口定义而采用DB9或DB25母接口的原因主要是因为DTE接口一般都采用公头,当人用手接触时易接触到针脚;采用母头时因不易碰到针脚,可避免人体静电对设备的影响。)
    对于某些设备上的非标准RS232接口,需要根据设备的说明书确定针脚的定义。如果已知Txd、Rxd和Gnd三个针脚,但不清楚哪一个针脚是Txd,哪一个针脚是Rxd,可以通过用万用表测量它们与Gnd之间的电压来判别,如果有一个电压为-10V左右,则万用表红表笔所接的是DTE的Txd或DCE的Rxd。
    ③RS232的三种接线方式
    三线方式:即两端设备的串口只连接收、发、地三根线。一般情况下,三线方式即可满足要求,如监控主机与采集器及大部分智能设备之间相连。
    简易接口方式:两端设备的串口除了连接收、发、地三根线外,另外增加一对握手信号(一般是DSR和DTR)。具体需要哪对握手信号,需查阅设备接口说明。
    完全口线方式:两端设备的串口9线全接。
    此外,有些设备虽然需要握手信号,当并不需要真正的握手信号,可以采用自握手的方式。
    (2)RS-422/485串行接口
    ①平衡传输
    RS-422由RS-232发展而来。为改进RS-232通信距离短、速度低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mbit/s,并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。
    RS-422的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1-8-8。通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+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, “使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。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。
    接收器也作与发送端相应的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB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。
    ②RS-422
    RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。图1-8-9是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线,共5根线。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(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。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的最大传输距离为4000英尺(约1200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。
    RS422接口的定义很复杂,一般只使用四个端子,其针脚定义分别为TX+、TX-、RX+、RX-,其中TX+和TX-为一对数据发送端子,RX+和RX-为一对数据接收端子,参见图1-8-10。RS422采用了平衡差分电路,差分电路可在受干扰的线路上拾取有效信号,由于差分接收器可以分辨0.2V以上的电位差,因此可大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响,有利于抑制共模干扰,传输距离可达1200米。
    另外和RS232不同的是,在一RS422总线上可以挂接多台设备组网,总线上连接的设备RS422串行接口同名端相接,与上位机则收发交叉,可以实现点到多点的通信,如图1-8-11所示。(RS232只能点到点通信,不能组成串行总线。)
    通过RS422总线与计算机某一串口通信时,要求各设备的的通信协议相同。为了在总线上区分各设备,各设备需要设置不同的地址。上位机发送的数据所有的设备都能接收到,但只有地址符合上位机要求的设备响应。
    ③RS-485
    为扩展应用范围,EIA在RS-422的基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,通常在要求通信距离为几十米至上千米时,广泛采用RS-485收发器。
    RS-485收发器采用平衡发送和差分接收,即在发送端,驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;在接收端,接收器将差分信号变成TTL电平,因此具有抑制共模干扰的能力,加上接收器具有高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,故数据传输可达千米以外。
    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,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达32个设备,SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400个节点。
    RS-485与RS-422的共模输出电压是不同的。RS-485共模输出电压在-7V至+12V之间, RS-422在-7V至+7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12KΩ;RS-422是4kΩ;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。但RS-422的驱动器并不完全适用于RS-485网络。
    RS-485与RS-422一样,最大传输速率为10Mb/s。当波特率为1200bps时,最大传输距离理论上可达15千米。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度。
    RS-485需要2个终接电阻,接在传输总线的两端,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需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。
    RS485是RS422的子集,只需要DATA+(D+)、DATA-(D-)两根线。RS485与RS422的不同之处在于RS422为全双工结构,即可以在接收数据的同时发送数据,而RS485为半双工结构,在同一时刻只能接收或发送数据。
    RS485总线上也可以挂接多台设备,用于组网,实现点到多点及多点到多点的通信(多点到多点是指总线上所接的所有设备及上位机任意两台之间均能通信)。
    连接在RS485总线上的设备也要求具有相同的通信协议,且地址不能相同。在不通信时,所有的设备处于接收状态,当需要发送数据时,串口才翻转为发送状态,以避免冲突。
    为了抑制干扰,RS485总线常在最后一台设备之后接入一个120欧的电阻。
    很多设备同时有RS485接口方式和RS422接口方式,常共用一个物理接口,见图1-8-14。图中,RS485的D+和D-与RS422的T+和T-共用。
    (3)RS232/422/485串行通信接口性能比较
    上述三种通信接口的比较见下表1-8-2。
               接口性能     RS-232     RS422     RS485
    操作方式     电平     差分     差分
    最大传输速率     20kb/s(15m)     10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)100kb/s(1200m)     10Mb/s(12m)1Mb/s(120m)100kb/s(1200m)
    驱动器输出电压     无负载时 

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