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  • 串口通信接口标准学习(三)——RS232》中我们学习了RS232串行通信接口标准,这里我们继续了解RS-422与RS-485de 串口标准。

    一、串口通信接口标准简介

    串行数据通信接口标准主要有RS-232、RS-422与RS-485,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的。

    RS-232在1970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。

    RS-422由RS-232发展而来,它是为改进RS-232通信距离短(最大传输距离15m)、速率低(最大位速率为20Kb/s)的缺点而提出的。RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mbps,传输距离延长到4000英尺≈1200米(速率低于100Kbps时),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,被命名为TIA/EIA-422-A标准。

    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,后命名为TIA/EIA-485-A标准。因RS-485为半双工的,当用于多站互连时可节省信号线,便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口,将它们联网也十分方便。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”(recommeded standard)推荐标准作为前缀,所以在通讯工业领域,仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。

    RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性(电压,阻抗)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。

    二、RS-422串行通信接口标准

    RS422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。典型的RS-422是四线接口,全双工,差分传输,多点通信的数据传输协议。实际上还有一根信号地线,共5根线。它采用平衡传输采用单向/非可逆,有使能端或没有使能端的传输线。硬件构成上RS-422相当于两组RS-485,即两个半双工的RS-485构成一个全双工的RS-422。

    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(Slave),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10×4k+100Ω(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的最大传输距离为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。

    RS485和RS422电路原理基本相同,都是以差动方式发送和接受,不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因,这正是二者与RS232的根本区别,因为RS232是单端输入输出,双工工作时至少需要数字地线、发送线和接受线三条线(异步传输),还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响,而RS485只能半双工工作,发收不能同时进行,但它只需要一对双绞线。

    1 电气特性

    RS-422 的电气特性与RS-485基本一样。

    很多人往往都误认为RS-422串行接口是RS-485串行接口的全双工版本,实际上,它们在电器特性上存在着不少差异,共模电压范围和接收器输入电阻不同使得该两个标准适用于不同的应用领域。

    RS-485串行接口的驱动器可用于RS-422串行接口的应用中,因为RS-485串行接口满足所有的RS-422串行接口性能参数,反之则不能成立。对于RS-485串行接口的驱动器,共模电压的输出范围是-7V和+12V之间;对于RS-422串行接口的驱动器,该项性能指标仅有士7V。RS-422串行接口接收器的最小输入电阻是4KΩ;而RS-485串行接口接收器的最小输入电阻则是12KΩ。

    2 机械特性

    RS422引脚定义

    名称作用备注
    TXA发送正TX+或A
    RXA接受正RX+或Y
    TXB发送负TX-或B
    RXB接收负RX-或Z

    RXA/Y︰接其他RS422模块的TXA/A
    RXB/Z︰接其他RS422模块的TXB/B
    TXB/B:接其他RS422模块的RXB/Z
    TXA/A:接其他RS422模块的RXA /Y
    接线原则:(发“+” 接 收“+”;发“-” 接 收“-”)

    RS422全双工(点对点)接线方式
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    三、RS-485串行通信接口标准

    RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准,该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。

    RS485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: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,总线上可最多接到32个节点;而采用二线制是,RS-485采用半双工工作方式,可实现真正的多点双向通信,此时任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。

    RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。

    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12kΩ、RS-422是4kΩ;由于RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以在RS-422网络中应用。
    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。

    在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。很多情况下,连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来,而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,原因一是共模干扰:虽然RS-485接口采用差分方式传输信号方式,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以,具有一定的抗共模干扰能力,但容易忽视了收发器有一定的共模电压范围。在通信控制领域,由于现场情况十分复杂,各个节点之间存在很高的共模电压,而RS-485收发器共模电压范围为-7到+12V,当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12 V或小于7V时,接收器就无法正常工作了,严重时甚至会损坏芯片和仪器设备;原因二是EMI的问题:发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

    1 电气特性

    RS-485的电气特性与RS-422基本一样。

    RS-485总线标准规定了总线接口的电气特性标准,发送端:正电平在+2V~+6V之间,表示逻辑状态“1”;负电平在-2V~-6V之间,则表示逻辑状态“0”;接收器:(V+) - (V-) ≥0.2V,表示信号“0”;(V+) - (V-) ≤0.2V,表示信号“1”)。

    数字信号采用差分传输方式,能够有效减少噪声信号的干扰。但是RS-485总线标准对于通信网络中相关的应用层通信协议并没有做出明确的规定,则对于用户或者相关的开发者来说都可以建立对于自己的通信网络设备相关的所适用的高层通信协议标准。同时由于在工业控制领域的应用RS-485总线通信网络的现场中,经常是以分散性的工业网络控制单元的数量居多并且各个工业设备之间的分布较远为主,将会导致在现场总线通信网络中存在各种各样的干扰使得整个通信网络的通信效率可靠性不高,而在整个网络中数据传输的可靠性将会直接影响着整个现场总线通信系统的可靠性,因此研究RS-485总线通信系统的通信可靠性具有现实意义。

    接口信号电平比RS-232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片, 且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。

    2 机械特性

    RS485两线制引脚定义

    名称作用备注
    Data-/B差分信号负端485-
    Data+/A差分信号正端485+

    A︰接其他RS485模块的A
    B:接其他RS422模块的B

    接线原则:(A接A,B接B)

    RS485半双工(点对多点)接线方式
    在这里插入图片描述

    五、总结

    通信标准RS-232RS-422RS-485 2线
    工作方式单端差分差分
    节点数(最多)1收1发1发10收1发32收
    最大传输电缆长度约15米(50英尺)约1219米(4000英尺)约1219米(4000英尺)
    最大传输速率20Kbps10Mbps10Mbps
    最大驱动输出电压±25V-0.25V~+6V-7V~+12V
    驱动器输出信号电平负载(最小值)±5V~±15V±2.0V±1.5V
    驱动器输出信号电平空载(最大值)±25V±6V±6V
    驱动器负载阻抗3KΩ~7KΩ100Ω54Ω
    摆率(最大值)30V/μs不涉及(N/A)不涉及(N/A)
    接收器输入电压范围±15V±10V-7V~+12V
    接收器输入门限±3V±200mV±200mV
    接收器输入电阻3KΩ~7KΩ≥4KΩ≥12KΩ
    驱动器共模电压不涉及(N/A)±3V-1V~+3V
    接收器共模电压不涉及(N/A)±7V-7V~+12V

    参考:
    【1】https://baike.baidu.com/item/RS-422/6983214?fromtitle=RS422&fromid=9817213&fr=aladdin
    【2】https://baike.baidu.com/item/RS-485/9695794?fromtitle=rs485&fromid=3555602&fr=aladdin
    【3】http://m.elecfans.com/article/663969.html

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  • 串口通信,顾名思义也就是利用串行接口进行通信。串行接口指串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比按字节(byte)传输的并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。 串口通信中比较...

    一、串口通信简介

    串口通信,顾名思义也就是利用串行接口进行通信。串行接口指串口按位(bit)发送和接收字节。尽管比按字节(byte)传输的并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。

    串口通信中比较重要的参数包括波特率、数据位、停止位及校验位,通讯双方需要约定一致的数据格式才能正常收发数据。串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。在串口通信中,常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。它们的主要区别在于其各自的电平范围不相同。

    二、串行和并行通信

    刚说到串口通信是通过接口进行串行通讯。那么什么是串行通讯呢?

    1 串行通信:

    串行通信:计算机与I/O设备之间,同一时刻,只能传输一个bit位的信号。传输数据按顺序依次一bit位接一bit位进行传输,通常数据在一根数据线或一对差分线上传输。

    比如,当传输1字节信息时,并行通讯有8根信号线实现同时传输,假如耗时为1T,而串行是在一根信号线上,把数据排成一行、一位一位传输,需要传8次,因此耗时为8T。因此可总结出二者的特性:

    2 并行通信:

    并行通信是和串行通信相对的数据传输的方式。

    并行通信:计算机与I/O设备之间,通过多条传输线,可以同时传输多个bit位的信号。

    • 并行通讯的效率高,但是成本高、对信号线路要求高,一般应用于快速设备之间近距离传输,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。

    • 串行通讯效率较低,但是对信号线路要求低,抗干扰能力强,同时成本也相对较低,一般用于计算机与计算机、计算机与外设之间远距离通讯。

    3 串口通信和串行通信的区别

    串口通信和串行通信的区别在于:串行通信是一种概念,串口通信是一种具体的通信手段。

    串行通信是一种概念,是指一比特一比特的收发数据,相对于并行通信可同时传输多个bit位而言。包括一般的的串口通信、I2C、SPI等等。

    串口通信是外设和计算机间的一种通信手段,是相对于以太网通信等通信手段而言的。

    二者一个是一种概念,一个是一种实际的通信方式。

    三、同步和异步通信

    在设备之间传送数据,不管是同步通信还是异步通信,都是为了保证数据被正确的发送和接收,即发送方和接收方的“同步”。即接收方可以确定什么时候发送方开始或者结束发送数据以及每一个数据单位(例如bit,字符)的开始和结束的位置,这样接收方才能在正确的时间对发送方的数据进行采样,以接收正确的数据,否则接收到的数据就是错误的。

    根据“同步方式”的不同,由此分出两种同步信号得方法:
    (1)同步通信(比特位同步)
    (2)异步通信(字符间同步,字符内比特位异步)

    同步通信会利用一根额外的信号线,其实也就是时钟信号线,它往往是发送设备提供的时钟信号,发送设备和接收设备在发送设备提供的同一时钟频率下完成同步。(实际上,基本所有的并行通信采用同步通信。)

    异步通信没有额外的一根信号线用于同步,接收者和发送者使用各自的时钟信号,接收者根据与发送者按事先约定的规来确定数据发送的开始与结束以及数据单位的持续时间。例如异步串行通信中,一般接收双方会确定一致的停止位,数据位的个数、波特率的大小以及是否采用奇偶校验位。接收方可以根据这些信息推测出准确的数据采样时间以接收正确的数据。如果是同步通信则不需要这些额外的用于同步的数据位(开始位,结束位,奇偶校验位)。

    1 同步通信

    同步通信要求发送和接收双方在进行数据传输时,保持完全的同步,因此,要求发收双方必须使用同频同相的同步时钟信号。只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符,使发收双方建立同步,此后在同步时钟的控制下逐位发送/接收。这样,信息传输完全可以确定传输过程中每1位的位置。因此同步通信是一种比特同步通信技术。

    如下图所示:
    在这里插入图片描述

    同步通信是一种连续传送数据的通信方式,一次通信传送一帧数据,每个信息帧用同步字符作为开始,字符间不加标识位。(这里的数据帧比异步通信中的字符帧要大得多,通常含有若干个数据字符)。当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。

    同步通信以数据帧为单位,其格式包括:同步字符+数据+校验字符CRC。

    (a)单同步数据帧结构

    同步字符数据字符1数据字符2数据字符3数据字符nCRC1CRC1

    (b)双同步数据帧结构

    同步字符1同步字符2数据字符1数据字符2数据字符nCRC1CRC1

    没有数据发送时,接收方要时刻做好接收数据的准备。在每组信息(通常称为帧)传输的开始,发送方先发送一个或两个特殊字符,该字符称为同步字符。当接收方收到同步字符,并和发送方达到同步后,就可以以固定的节奏一个字符接一个字符地发送一大块数据,而不再需要用起始位和停止位了,这样可以明显地提高数据的传输速率。同步通信更加适合对速度要求高的传输,对时序的要求很高,当然对硬件要求也更高。

    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5~8位。当然,对同一个传输过程,所有字符对应同样的数位,比如说n位。这样,传输时,收发双方用一个时钟进行协调,按每n位划分为一个时间片,发送端在一个时间片中发送一个字符,接收端则在一个时间片中接收一个字符,这样就可以确定传输中每一位的位置。接收数据时,接收方利用同步字符使内部时钟与发送方保持同步,然后将同步字符后面的数据逐位移入,并转换成并行格式,供CPU读取,直至收到结束符为止。

    2 异步通信

    异步通信是按字符帧传输的,相对于同步通信,异步通信在发送字符时,所发送的字符之间的时隙可以是任意的,接收方并不知道数据什么时候会到达,因此接收端必须时刻做好接收的准备(如果接收端主机的电源都没有加上,那么发送端发送字符就没有意义,因为接收端根本无法接收)。发送端可以在任意时刻开始发送字符,时间间隔可以是任意的,在一字符帧中的所有比特是连续发送的。

    发送端不需要在发送字符之前和接收端进行协调(不需要先进行比特同步)。接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。内部处理器在完成了相应的操作后,通过一个回调的机制,以便通知发送端发送的字符已经得到了回复。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准(依靠检测起始位来实现发送与接收方的时钟自同步的字符间同步,字符内比特位异步)

    因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志,即加上开始位和停止位,以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。通信双方需要对采用的信息格式(字符的位数、停止位的位数、有无校验位及校验方式等)和数据的传输速率作相同的约定。接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现字符传送时的同步。这种传输通常是很小的分组,比如一个字符为一组,为这个组配备起始位和结束位。所以这种传输方式的效率是比较低的,毕竟额外加入了很多的辅助位作为负载,常用在低速的传输中。

    在这里插入图片描述
    异步通信以字符为单位,其格式包括:起始位+数据+奇偶校验位+停止位。
    以起止式异步协议为例,如下图所示
    在这里插入图片描述
      起止式异步通信的特点是: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低电平起始位(逻辑值0),字符本身由5-8位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),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(逻辑值1),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据起始位和停止位也就很容易的实现了字符的界定和同步。
      如上图中所示,这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起止式协议。
      
    (1)起始位:发送数据时,先发持续一个bit时间的逻辑”0”信号,表示字符传输的开始,接收端可根据起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。

    (2)数据位:起始位后是数据位,异步传送规定低位在前,高位在后,数据位的位数一般可以是5~8位。

    (3)奇偶校验位:奇偶位紧跟在数据最高位之后,占用一位(也可省去)。加上这一位后,使得逻辑“1”信号的位数得到偶校验或奇校验,以此来校验数据传送的正确性。
      如果是奇校验,需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位;如果是偶校验,需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。举例来说,假设传输的数据位为01001100,如果是奇校验,则奇校验位为0(要确保总共有奇数个1),如果是偶校验,则偶校验位为1(要确保总共有偶数个1)。
      由此可见,奇偶校验位仅是对数据进行简单的置逻辑高位或逻辑低位,不会对数据进行实质的判断,这样做的好处是接收设备能够知道一个位的状态,有可能判断是否有噪声干扰了通信以及传输的数据是否同步。

    (4)停止位:数据发送完后,再发1位、1.5位、2位的高电平(逻辑”1”信号)代表停止位,表示一帧数据结束,同时为接收下一帧数据做准备。

    (5)空闲位:在没有数据发送时,即下一帧的起始位“0”到来之前,数据线保持默认的“1”状态,即由高电平来填充。

    异步通信字符帧格式总结如下表:

    逻辑信号数据位数
    起始位01位
    数据位0或15~8位
    校验位0或11位或无
    停止位11位,1.5位或2位
    空闲位1任意数量

    :位数的本质含义是信号持续的时间,故可有分数位,如停止位1.5位,1.5是它的长度,即停止位的电平保持1.5个单位时间长度。一个单位时间就是波特率的倒数,例如波特率为9600bps,则一个单位时间长为1/9600s,1.5个停止位,即停止位电平保持1.5/9600s。

    3 同步通信和异步通信比较

    (1)同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致;异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。

    (2)同步通信数据传输是以字节块(多个字节)传输的;异步通信数据传输是以字符(一个字节)传输的。

    (3)同步通信传输效率高,但复杂、要求高,双方时钟的允许误差较小;异步通信传输效率低,但简单、要求低,双方时钟可允许一定误差。

    (4)同步通信的字节传输是没有间隔的发送端发送连续的比特流;异步通信字节传送的间隔是任意的,发送端发送完一个字节后,可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。

    同步通信和异步通信的差异总结如下表:

    同步通信异步通信
    传送单位信息帧(由若干字符组成的数据块)字符(由若干bit组成)
    单位格式同步字符+数据+校验字符CRC起始位+数据位+奇偶校验位+停止位
    传送间隔一个数据块(信息帧)内,字符与字符间无间隔相邻两字符之间隔任意长
    时钟信号时序要求高,使用同频同相的时钟线路时序要求较低,使用各自的时钟信号
    优点效率高简单,要求低
    缺点复杂,要求高效率低(传送一个字符,要增加约20%的附加信息位)
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  • 前 言使用微控制器或任何其他电子设备都涉及接口的使用,接口就是将一台设备连接到另一台设备进行通信的电子电路。如果你正在设计电子设备,那么你可能已经接触过一个或多个接口。例如,最常见的有线接口是消费类...

    前 言

    使用微控制器或任何其他电子设备都涉及接口的使用,接口就是将一台设备连接到另一台设备进行通信的电子电路。如果你正在设计电子设备,那么你可能已经接触过一个或多个接口。例如,最常见的有线接口是消费类设备中的USB和HDMI,以及工业设备中的RS-232 / RS-485。但是,有线接口还有数十种其他类型,其中一些不为人们所熟知。多年来,为达到特定目的,人们开发出了许多新的串行接口。本书试图对所有比较常见的有线和无线接口进行编目。本书可以作为选择、比较和使用串行接口的指南。

    其中几章旨在简要介绍相关的数据通信和网络技术。这些章涵盖了有线基带接口、宽带基础以及无线理论与技术。你也许已经拥有了必要的技术背景来使用这本书,但是即使你还未拥有相应的技术背景,这些章也会给你带来关于这些基础知识的一个简要课程。其余章专门描述各个接口和协议。为了使读者能够方便比较各个接口,本书采用一种标准的格式来描述接口。

    请注意,接口描述很简短,只描述了一些你需要知道的关键数据。每个接口的详细信息和相关协议未包含在本手册中。接口总结有助于你为了达到比较的目的,聚焦于主要的规范和应用。如果需要更多细节,可以去查看标准的原始来源或一些可用的图书。

    本书分成几个重点部分。前三部分涵盖了有线基带接口,按照数据速率列出了接口:慢速、中速和高速。为了高效地使用这些章,当聚焦于实际应用时,可以先估计实际应用所需的数据速率,然后到相关的部分查看可用的接口。在每部分,接口是按照字母顺序排列的。每个接口都是简短的一章。然后,你就可以为项目选择最适合的接口了。

    另一部分重点介绍了采用调制技术的宽带接口。在这部分,本手册回顾了最常用的调制方法。最后,有一章专门介绍了无线的基础知识,这一章讲解了阅读无线接口章节所需的基础知识。

    关于接口列表,其中一个关键点就是:在描述接口时,只使用了OSI 模型的物理层和数据链路层(参见第2章)。有些情况下,可能会简要介绍一下相关的高层协议。有时,几种不同的协议使用了一个通用的物理接口。由于这些协议变体的复杂性,本书只是简单提到而没有完全描述这些协议。

    本书不打算详细介绍每个接口标准。大多数接口规范有几十甚至几百页长,在一本书中不可能涵盖它们的方方面面。许多接口是专有的,或要求具有某个组织的成员资格,才可以访问。因此,本书总结了最常见的接口,让你能够横向比较,找到自己所需的最适合接口。我可能错过了一些可用的接口。如果你知道本书需要囊括的任何接口,请通知我,我将在未来的版本中包括它们。

    我希望你能发现这本书是你的良师益友。我非常乐意接受来自你可能希望提交的任何更正,或本书应该添加任何接口或特征的反馈。

    祝万事如意!

    Louis E. Frenzel Jr

    作于德克萨斯州奥斯汀市

    2015年

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  • 串口通信接口标准(三)——RS232

    千次阅读 2021-03-07 21:57:28
    一、串口通信接口标准简介 串行数据通信接口标准主要有RS-232、RS-422与RS-485,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的。 RS-232在1970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。...

    一、串口通信接口标准简介

    串行数据通信接口标准主要有RS-232、RS-422与RS-485,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的。

    RS-232在1970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。

    RS-422由RS-232发展而来,它是为改进RS-232通信距离短(最大传输距离15m)、速率低(最大位速率为20Kb/s)的缺点而提出的。RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mbps,传输距离延长到4000英尺≈1200米(速率低于100Kbps时),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,被命名为TIA/EIA-422-A标准。

    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,后命名为TIA/EIA-485-A标准。因RS-485为半双工的,当用于多站互连时可节省信号线,便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口,将它们联网也十分方便。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”(recommeded standard)推荐标准作为前缀,所以在通讯工业领域,仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。

    RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性(电压,阻抗)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。

    二、RS-232串行通信接口标准

    RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry AssociaTIon)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。它的全名是“ 数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

    传统的RS-232-C总线标准采用标准25芯D型插头座(DB25),包含了两个信号通道,即主通道和副通道。利用RS- 232总线可以实现全双工通信,在多数情况下主要使用主通道。在一般应用中,使用3条~9条信号线就可以实现全双工通信,如采用三条信号线(接收线、发送线和信号地)能实现简单的全双工通信过程。

    后来使用简化为9芯D型插座(DB9)现在应用中25芯插头座已很少采用。

    为了保证码元畸变小于4%的要求,按RS-232-C标准规定,驱动器的负载电容应小于 2500pF。驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m(50英尺);若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。

    RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。由于其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3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
    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讯中增加通讯距离的单端标准。

    收、发两端的数据信号是相对于信号地,如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚(信号地)的电平。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。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20Kbps。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

    1 电气特性

    RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定,如下:

    在TXD和RXD数据线上:

    (1)逻辑1的电平为-3V~-15V

    (2)逻辑0的电平为+3~+15V的电压

    在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:

    (1)信号有效(接通,ON状态)为+3~+15V的电压

    (2)信号无效(断开,OFF状态)为-3~-15V的电压

    规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V,逻辑“0”的电平为+5 V~+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力,增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V,接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”,将低到-3 V的信号作为逻辑“1

    以上规定说明RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态。对于数据(信息码),逻辑1(传号)的电平低于-3V,逻辑0(空号)的电平高于+3V;对于控制信号,接通状态(ON)即信号有效的电平高于3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V。
     
    也就是说,当传输电平的绝对值大于 3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在± (3~15) V之间。

    2 机械特性

    常用的串口接头有两种,一种是9针串口(简称DB-9),一种是25针串口(简称DB-25)。
    RS-232C标准接口有25条线,其中,4条数据线、11条控制线、3条定时线以及7条备用和未定义线。那么,这些信号线在9针串口和25针串口的管脚上是如何分配的呢?9针串口和25针串口信号线分配下图所示。
    9针串口和25针串口信号线分配示意图
    每种接头都有公头和母头之分,其中带针状的接头是公头,而带孔状的接头是母头。9针串口的外观如下图所示。
    在这里插入图片描述
    可以看出,在9针串口接头中,公头和母头的管脚定义顺序是不一样,这一点需要特别注意。那么,这些管脚都有什么作用呢?9针串口和25针串口常用的9根管脚的功能说明如下图所示。
    9针串口和25针串口常用管脚功能说明
    RS232标准采用的接口常用的一般是9针D型插头。

    编号信号方向缩写名称描述
    1调制解调器DCD(又名CD)载波检测
    2调制解调器RXD接收数据
    3PCTXD发送数据
    4PCDTR数据终端准备
    5GND信号地线
    6调制解调器DSR通讯设备准备好
    7PCRTS请求发送
    8调制解调器CTS允许发送(发送清除)
    9调制解调器RI响(振)铃指示器

    (1)数据载波检出(Data Carrier detection,DCD)——用来表示数据通信设备(DCE)已接通通信链路,告知数据终端设备(DTE)准备接收数据:当本地的 MODEM收到由通信链路另一端(远地)的MODEM送来的载波信号时,使RLSD信号有效,通知终端准备接收,并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字数据后,沿接收数据线RXD送到终端。此线也叫作接收线信号检出( Received Line Signal Detection,RSD)线。

    (2)接收数据( Received data,RXD)——通过RXD线终端接收从 MODEM发来的串行数据(DCE→DTE)。
    接收信号(RXD),数据终端设备(DTE)通过该信号线接收从数据通信设备(DCE)发来的串行数据。

    (3)发送数据( Transmitted data,TXD)——通过TXD终端将串行数据发送到 MODEM(DTE→DCE)。
    发送数据(TXD),数据终端设备(DTE)通过该信号线将串行数据发送到数据通信设备(DCE)。

    (4)数据终端准备好( Data Terminal Ready,DTR)——有效时(ON)状态,表明数据终端可以使用。
    数据终端准备好(DTR),有效状态(ON)表示数据终端设备处于可以使用状态。

    (5)地线-GND。
    地线(SG、PG),分别表示信号地和保护地信号线。

    (6)数据装置准备好( Data Set ready,DSR)——有效状态(ON),表明通信设备处于可以使用的状态。

    (7)请求发送( Request to Send,RTS)——用来表示数据终端设备(DTE)请求数据通信设备(DCE)发送数据,即当终端要发送数据时,使该信号有效(ON状态),向 MODEM请求发送。它用来控制 MODEM是否要进入发送状态。

    (8)清除发送( Clear to Send,CTS)―用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是对请求发送信号RTS的响应信号。当 MODEM已准备好接收终端传来的数据并向前发送时,使该信号有效,通知终端开始沿发送数据线TXD发送数据。
    允许发送(CTS),用来表示数据通信设备(DCE)已经准备好了数据,可以向数据终端设备(DTE)发送数据,是对请求发送信号RTS的响应。

    (9)振铃指示( Ringing,R)——当 MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON状态),通知终端,已被呼叫。
    振铃指示(RI),当数据通信设备收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON),通知终端,已被呼叫。

    RS422与RS485放在下一章《串口通信接口标准学习(四)——RS422、RS485》继续了解。

    参考:
    【1】https://baike.baidu.com/item/RS-232/2022036?fromtitle=rs232&fromid=3555506&fr=aladdin
    【2】https://blog.csdn.net/bekars/article/details/1392586
    【3】http://m.elecfans.com/article/663969.html

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