毕业设计分析了RS485的串口通信协议

1、摘要本文介绍并分析了 rs485的串口通信协议，以及口通信协议的内容。 着重分析了 rs485与rs232的优缺点，并说明了他们之间的转换原理，介 绍并分析了串口通信网络的接口标准及其特点和具体使用问题。阐述了该 协议的完整工作过程,rs-485布线注意事项以及rs-485的应用，同时提出 了相应的解决并讨论了总线负载能力和传输距离z间的具体关系。随着自 动化程度越来越高，传统的输配电操作和控制方式已不再适应当今的 发展要求，自动化控制系统得到越來越多的运用。rs-485因硬件设计 简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制 等领域。rs485具有接口简单、灵活性好、价格低、

2、易于控制等优点，可 广泛应用于工业控制系统中，从中体现了 rs485在工业生产屮的重要地位。 关键词：串口协议 串口传输与转换485总线rs485/232引言随着计算机技术的发展，在数据通信中经常采用串行通信来完成信息 交换。在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制检测系统中，经 常采用串行通信来完成信息交换。这类系统要求用最少的信号线来完成通 信任务，rtl 'j- rs485具有性能优异、组网简单的优点，在集中控制系统、 分布式控制系统中的应用相当广泛，特別是在耍求远距离传输的应用中 rs485应用是相当的广泛。但是rs485与rs232 rs422串口的电平信号有不同，就需要

3、他们z间 的相互转换，就必须通过rs232/rs485转换接口芯片与rs485总线连接在 一起。本文针对rs485等做了种种分析，并结合实际做分析，让它与实际紧 密结合目录摘要1弓丨 言ii第一章串口的介绍11.1串口协议11. 1. 1 rs-232串行接口标准11. 1.2 rs-422 与 rs-485 串行接 口标准21.2串口插口种类及转换31.3串口的扩展与应用41.3.1串口的扩展4第二章 数据传输协议62.1数据传输62.1.1数据在网络上转输62. 1.2 查询一冋应62.2 rs485的传输方式62.3消息帧72. 3. 1帧格式72. 3.2地址域72. 3. 3如何处理

4、功能域7第三章rs-485和其它串行口区别93. 1儿种串行口的简介93. 1. 1 串行口 rs-23293. 1. 2 串行口 rs-48593. 1. 3 串行口 rs-42293. 2 rs-232-c103. 2. 1电气特性103.2.2连接器的机械特性113. 2. 3 rs-232c 的接 口信号113.3典型的串行通讯14第四章rs-485在工业上的应用164. 1 rs-485 集线器164.2 rs485/usb 转换器174. 2. 1硬件电路的设计184.3软件的编程19参考文献21致 谢22第一章串口的介绍1串口协议串口协议只是定义了传输的电压，阻抗等，编程方式和普

5、通的串口一样。通常我们対于视频服务器、录像机、切换台等直接播出、切换控制主要使 用串口进行，主耍使用到rs-232、rs-422与rs-485三种接口控制。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口己的高层通信协议。例如：视频服务器都带 有多个rs422串行通讯接口，每个接口均可通过rs422通讯线由外部计算机控 制实现记录耳播放。视频服务器除提供各种控制硬件接口外，还提供i办议接口， 如rs422接口除支持rs422的profile协议外,还支持louth、odetics、bvw 等通过rs422控制的协议

6、。rs-232、rs-422与rs-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会 （eta）制订并发布的，rs-232在1962年发布。rs-422 rfl rs-232发展而來， 为改进rs-232通信距离短、速率低的缺点，rs-422定义了一种平衡通信接口， 将传输速率提高到10mbps,传输距离延长到4000英尺（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tta/eta-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

7、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tta/eia-485-a标准。1.1.1rs-232串行接口标准日前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。rs-232采取不平衡 传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。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

8、rs-232电平再返冋ttl电平。接收器典型的 工作电平在+3+ 12v与-3-12v0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3kq7k qo所以rs-232适合本地设备z间的 通信。ttl电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5v等价 于逻辑“1”，0v等价于逻辑“0”，这被称做ttl （品体管-品体管逻辑电平）信 号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分z间通信的标准技术。ttl电平信

9、号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首 先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也 较低，另外ttl电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器 以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下 进行的，而ttl接口的操作恰能满足这个要求。ttl型通信人多数情况下，是采 用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适介了。这 是由于可靠性和成本两而的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问 题，这些问题对可靠性均有影响。ttl输出高电平24v,输出低电平0.4vo在室温下,一般输出高电平是 3. 5v

10、,输出低电平是0. 2v。最小输入高电平和低电平：输入高电平x2.0v,输 入低电平=0. 8v，噪声容限是0. 4vo1.1.2 rs-422与rs-485串行接口标准(1) 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，将其中一线立义为a,另一线沱义为b。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-2v -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屮这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线 的切断与连接。当“使能

11、”端起作用吋，发送驱动器处于高阻状态，称作“笫 三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。(2) rs-422电气规定由于接收器釆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z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zi'可任何必须的信号交换均可以按软件方式(x0n/x0ff 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

12、尺(约1219米)，最人传输速率为10mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率 成反比，在100kbps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imbpso 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。 在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电 肌接在传输电缆的最远端。(3) 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

13、可以釆用二线与四线方式，二线制可实现真止的多点双向通信。rs-485总线， 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 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。rs-485采用半双工工作方式，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用于多点互连时非常方便，可以省掉许多 信号线。应用rs-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器 和32台接收器。rs-485与rs-422的不同还在于其共模输出电压是不

14、同的，rs-485是-7v至+12v之间,而rs-422在-7v至+7v之间;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与rs-422 一样，其最大传输距离约为1219米，最人传输速率为10mbps。平衡双绞线的长 度与传输速率成反比，在100kbps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imbpso(4) 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

15、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，应注意如下儿点：*采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起來，从总线到每个节点 的引出线长度应尽量短，以便使引出线屮的反射信号对总线信号的影响最低。*应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。 下列儿种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一 段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。1.2串口插口种类及转换串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，简单说只是物理层的一 个标准。没有规定接口插件电缆以及使用的协议，所以只

16、要我们使用的接口插 件电缆符介串口标准就可以在实际中灵活使用，在串口接口标准上使用各种协 议进行通讯及设备控制。以上我们了解了串口的协议，而我们口常工作中接触最多的是实际的一些 设备的外部接口，我们如何从外形上就知道它是那种接口呢？制作线缆各针脚 如何定义？我们知道串口 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。从我们实际工作屮碰到的使用最多的插口有三种db9 db25 rj45, 上面三种插口插件都可以用作串口插口插件，也可以通过线缆进行插口之间的 转换。下而我们就三种插口的针脚定义分别说

17、明，三个插口之间的转换也只要 按照插口定义的线缆跳接即可。表19针串口功能一览表 -针脚功能1载波检测2接收数据3发送数据4数据终端准备完成5信号地线6数据准备完成7发送请求8发送清除f 9振铳扌6小表2 25针串口功能一览表针脚功能1空2发送数据3接收数据4发送请求5发送清除6数据准备完成7信号地线8载波检测9空10空11空12 到 17空18空19空20数据终端准备完成21空22振铃指乔23空24空25空db9 （9脚插口插座）。9针串口功能如表1。db25 （25脚插口插座）。25针串口功能如表2。述有一种插口是rj45,比如湖 北台使用的品尼高mssl600、mss700视频服务器的编

18、解码板控制口都为串口, 插口是rj45的，而播控机的串口插口是db9,因此我们就需要使用转换线缆。rs485半双工接法为：rx+和tx+并联为data+；rx-和tx-并联为data-o rs485全双工/rs422接法为：full和gnd短接；信号线为rx+, tx+, rx-, tx-,可根据需要连接gnd。1.3串口的扩展与应用1.3.1串口的扩展一般一台计算机有两个串口，而对于一台播控计算机需要控制的设备远远 不上两台设备，我们需要同时控制视频服务器，录像机、切换台、字幕机等各 种设备。所以有些技术人员就需要对串口进行扩展，他们使用串口扩展卡对串 口进行扩展,例如他们在播控系统中使用的

19、串口扩展卡moxa ci-134。m0xaci-134是专为工业环境通信应用设计的rs-422/485四串口卡。它支 持4个独立的rs-422/485串口，在一对多点的通信应用下，最多可控制128个 设备。为使rs-485 2线半双工操作变得更加简单，每片ci-134卡都具有数据 流向自动控制（addc）,不需软件操作。因此,在windows应用下不需额外的编 码就能控制rs-485半双工协议。为达到工业环境对高可靠性产品的要求，其系 列产品提供可选择的光电隔离（2 kv）和浪涌保护（25 kv esd）功能。产品特点包括：可选择光电隔离（2kv）和浪涌保护（25kv esd）功能；提 供数据

20、流向自动控制 addc （automatic data direction control）功能；rs-485 数据控制1: addc或通过rts控制；内建终端电阻；采用芯片硕件流量控制， 保证数据不流失；采用先进asic设计，返修率低；支持众多常见的操作系统。 1.3.2串口在播出控制系统中的应用串口 rs232有效传输距离为15米，rs-422的最人传输距离为4000英尺（约 1219米），最人传输速率为10mbps。我们播控中使用的录像机如dvcpro、imx 控制接口有rs232、rs422多个接口供选择，如果使用pin9则为rs422接口， 视频服务器编解码口控制都是rs422接口，

21、只是插口为rj45不是db9的，需要 转换线缆进行转换。因此我们在控制屮根据以上特性可以灵活使用，由于主备 控制切换的需要，以及距离的考虑统一选用rs422倒换开关进行倒换，控制 rs422倒换开关的为rs232控制接口，直接由播控机木身的com 口来控制倒换开 关进行倒换，其他控制录像机、切换台、视频服务器编解码卡使用moxa卡扩展 的rs422接口进入rs422倒换开关进行倒换。整个系统中只有rs422倒换开口 控制是播控机的com （rs232） 口控制，其他都是moxa卡扩展的rs422接口,由 于应急开关需要rs232所以在应急开关前面加了一个rs422转rs232的转换器。 通过控

22、制线播控机可以及时发出播控指令，也可以随时读取录像机、切换台、 还有视频服务器的状态。rs422、rs485和rs422电路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的根木 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。以上三种接口各有缺点，在实际工作 屮可以根据需要灵活选用。计算机控制在广电播控系统屮运用会越来越广

23、泛，而且随着计算机技术的 不断发展，智能化也会不断提高，系统也会更加庞大，这就要求我们能更深入 了解计算机的基础理论，这样才能更深入的了解系统，维护系统，保证系统的 安全稳定运行，更好的保障安全播出。市场上的rs-232转rs-485的转换器,无源与有源两种无源一般只是转换，有源的转换器除了实现232和485的转换，还能保证 两者之间电气隔离。因为485的线路往往比较长，线路上有干扰，采取隔离措 施后即使485线路上有干扰也不会影响232。第二章数据传输协议rs485是主从式多机通讯协议，此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结 构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问

24、其它设备的 过程，如何冋应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错谋并记录。它制定了消息域格 局和内容的公共格式。此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决 定要产生何种行动。如果需要冋应，控制器将生成反馈信息按木协议发出。2.1数据传输2.1.1数据在网络上转输控制器通信使用主一从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其 它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信, 从设备返冋一消息作为冋应，如果是以广播方式查询的，则从设备不作任何冋应。协 议建立了主设备查询的格式：设备（或广播

25、）地址、功能代码、所有要发送的数据、 一错谋检测域。从设备冋应消息也由协议构成，包括确认要行动的域、任何要返冋的数据和一错 谋检测域。如果在消息接收过程屮发生一错谋（无相应的功能码），或从设备不能执行 其命令，从设备将建立一错谋消息并把它作为冋应发送出去。在对等网络上，控制器使用对等技术通信，故任何控制都能初始和其它控制器的 通信。这样在单独的通信过程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。在消息位，木协议仍提供了主一从原则，尽管网络通信方法是“对等”。如果一 控制器发送一消息，它只是作为主设备，并期望从设备得到冋应。同样，当控制器接 收到一消息，它将建立一从设备冋应格式并返冋给发送的控制器。

26、2.1.2查询一回应（1）查询查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设 备要执行功能的任何附加信息。错误检测域为从设备提供了-种验证消息内容是否正 确的方法。（2）回应如果从设备产生一止常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能 代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据。如果冇错误发生，功能代码将被修改 以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测 域允许主设备确认消息内容是否可用。2.2 rs485传输方式控制器能设置传输模式为rs485串行传输，通信参数为9600, n, & 1。在配置每 个控制器的时候，在一个

27、网络上的所有设备都必须选择相同的串口参数。地址功能代码数据数量数据1 .数据n crc字节每个字节的位1个起始位8个数据位，最小的有效位先发送1个停止位错误检测域crc （循环冗余码校验）2.3消息帧2.3.1帧格式传输设备将消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开始 工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知 何时信息已完成。错谋消息也能侦测到并能返冋结果。消息发送至少要以10ms时间的停顿间隔开始。传输的第一个域是设备地址。网络设 备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设 备都进行解码以判断是否发往口己的。

28、在最后一个传输字符z后，一个至少10ms吋 间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。整个消息帧必须作为一连续的流转输。如果在帧完成z前有超过5ms时问的停顿时间, 接收设备将刷新不完整的消息并假泄下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果 一个新消息在小于5ms的吋间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前一消息 的延续。这将导致一个错谋，因为在最后的crc域的值不可能是正确的。一典型的消 息帧如下所示：起始间隔设备地址功能代码数据数量及数据crc校验结束2.3.2地址域消息帧的地址域包含一个字符8bito可能的从设备地址是0. 247 （十进制）。单个设备的地址范围是1.2

29、47。主设备通过将要联络的从设备的地址放入消息中的 地址域来选通从设备。当从设备发送冋应消息时，也把自己的地址放入冋应的地址域 屮，以便主设备知道是哪一个设备作出冋应。地址0是用作广播地址，以使所有的从设备都能认识。2.3.3如何处理功能域消息帧中的功能代码域包含了一个字符8bitso可能的代码范围是十进制的 1.255。当然，有些代码是适用于所有控制器，有此是应用于某种控制器，还有些 保留以备后用。当消息从主设备发往从设备时，功能代码域将告z从设备需要执行哪些行为。 例如去读取当前检测参量的值或开关状态，读从设备的诊断状态，允许调入、记录、 校验在从设备屮的程序等。当从设备冋应时，它使用功能

30、代码域来指示是正常冋应（无谋）还是有某种错谋 发生（称作异议冋应）。对正常冋应，从设备仅冋应相应的功能代码。对异议冋应， 从设备返冋一等同于正常代码的代码，但功能代码的最高位为逻辑lo 例如：一从丄设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存器，将产生如下功能代码： 0 0 0 0 0 0 1 1（ |六进制 03h）对正常冋应，从设备仅冋应同样的功能代码。对异议冋应，它返冋：1 0 0 0 0 0 1 1（ |六进制 83h）除功能代码因异议错谋作了修改外，从设备将一独特的代码放到冋应消息的数据域 屮，这能告诉主设备发生了什么错谋。主设备应对程序得到异议的冋应后，典型的处理过程是垂发消息，或者诊断

31、发给 从设备的消息并报告给操作员。从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息：从设备用于进行执行由功能 代码所定义的行为所必须的数据。如果没有错误发生，从设备返冋的数据域包含请求的数据。如果有错误发生，此 域包含一异议代码，主设备应用程序可以用来判断采取下一步行动。在某种消息屮数据域可以是0长度。例如，主设备要求从设备冋应通信事件记录, 从设备回应不需任何附加的信息。数据域最长为70字节。错误检测域包含一字节8bitso错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗 长检测方法得出的。crc域附加在消息的最后，故crc字节是发送消息的最后一个字 节。具有竞争力。第三章rs-485和其它串行口区别

32、3. 1几种串行口的简介3.1.1 串行口 rs-232-crs -232- c 是美国电子工业协会 el a (e1 ectroni c i ndustry associ at i on)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。rs-232-c总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅 助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需儿条信号线就可 实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。rs-232-c标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、 1200、2400、4800、9600、19

33、200 波特。rs-232-c标准规定，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，最人通信距离为15m；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。3.1.2 串行口 rs-485rs-485总线，在要求通信距离为儿十米到上t米时，广泛采用rs-485串行 总线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。r

34、s-485釆用半双工工作方式，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用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用rs-485可 以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。3.1.3 串行口 rs-422rs422总线,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

35、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。rs422和rs485在19kpbs下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台 设备。串行通信接口标准经过使用和发展，日前已经有儿种。但都是在rs-232标 准的基础上经过改进而形成的。所以，以rs-232c为主来讨论。rs-323c标准是 美国eia（电子工业联介会）与bei丄等公司一起开发的1969年公布的通信协议。 它适介于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接 口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商 都生产与rs-232c制

36、式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，id前已在微 机通信接口屮广泛采用。先说明两点：首先，rs-232-c标准最初是远程通信连接数据终端设备dte（data terminal equ i pment）与数据通信设备 dce （ data commun i cat i on equipment）而制定的。 因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但kl前它乂广泛地被 借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接 标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾 的。有了对这种背景的了解，我们对rs-232c标准与计算机不兼容的地方就不 难

37、理解了其次,rs-232c标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在dte立场上, 而不是站在dce的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是cpu和i/o设 备之i'可传送信息，两者都是dte,因此双方都能发送和接收。3. 2 串行口 rs-232-crs-232c标准（协议）的全称是eia-rs-232c标准，其中el a （electronic industry association）代表美国电子工业协会,rs（ecommeded standard）代表 推荐标准，232是标识号，c代表rs232的最新一次修改（1969）,在这z前，有 rs232b、rs232a。它规定连接电

38、缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。 常用物理标准还有有 eia�rs-232-c、eia�rs-422-a、eia�rs-423a、 eia�rs-485o 这里只介绍 ela�rs-232-c（简称 232, rs232）。 例如，h 前在ibm pc机上的com1> com2接口，就是rs-232c接口。3. 2. 1电气特性e1a-rs-232c对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在 txd 和 rxd 上：逻辑 l（mark） =-3v-15v逻辑 0 （space）二+3+ 15v在rts、

39、cts、dsr、dtr和dcd等控制线上：信号有效（接通，0"状态，正电压）=+3v+ 15v信号无效（断开，off状态，负电压）=-3v-15v以上规定说明了 rs-323c标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻 辑“1”（传号）的电平低于-3v,逻辑“0”（空号）的电平告语+3v；对于控制 信号；接通状态（07）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,也就是当传输电平的绝对值大于3v时，电路可以有效地检查 出來，介于-3+3v z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±

40、（315） v之问。eia-rs-232c与ttl转换：eia-rs-232c是用正负电压来表示逻辑状态，与 ttl以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端 的ttl器件连接,必须在eia-rs-232c与ttl电路之间进行电平和逻辑关系的 变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。日前较为广 泛地使用集成电路转换器件，如mc1488、sn75150芯片可完成ttl电平到e1a 电平的转换，而mci489. sn75154町实现e1a电平到ttl电平的转换。max232 芯片可完成ttlela双向电平转换。3.2.2连接器的机械特性连接器:由于rs-2

41、32c并未定义连接器的物理特性,因此，出现了 db-25、db-15 和db-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接 器。（1）db-25： pc和xt机采用db-25型连接器。db-25连接器定义了 25根信号 线，分为4组：（2）异步通信的9个电压信号（含信号地sg） 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 20,22 20ma 电流环信号 9 个（12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 23, 24） 空 6 个（9, 10, 11, 18, 21, 25） 保护地（pe） 1个，作为设备接地端（1脚）db-25型连接器的外形及信 号线分配如图

42、3所示。注意,20ma电流环信号仅ibm pc和ibm pc/xt机提供， 至at机及以后，已不支持。（3）db-9连接器在at机及以后，不支持20ma电流环接口，使用db-9连接器，作为提供多 功能i/o卡或主板上com1和com2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信 的9个信号。db-25型连接器的引脚分配与db-25型引脚信号完全不同。因此， 若与配接db-25型连接器的dce设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆反度：在通信速率低于20kb/s时，rs-232c所直接连接的最大物理距 离为15m （50英尺）。最大直接传输距离说明：rs-232c标准规尬，若不使用modem,在码元畸变

43、 小于4%的情况下，dte和dce之问最大传输距离为15m （50英尺）。可见这个最 大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要 求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pfo3. 2. 3 rs-232c 的接口信号rs-232c规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7 条备用和未定义线，常用的只令9根，它们是(1) 联络控制信号线：数据装置准备好(data set ready-dsr)有效时(on)状态，表明modem处于可以使用的状态。数据终端准备好(data set ready-dtr)有效时(on)状态，表明数据

44、 终端可以使用。这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有 效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始 进行通信要由下面的控制信号决定。请求发送(request to send-rts)用來表示dte请求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。允许发送(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 ll准备好接收终端传來的 数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数

45、据线txd发送数 据。这对rts/cts请求应答联络信号是用于半双工modem系统中发送方式和接 收方式z间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式z间的切换。在全 双工系统屮，因配置双向通道，故不需要rts/cts联络信号，使其变高。接收线信号检lu (received line detection-rlsd)用來农示dce己接通通信链路，告知dte准备接收数据。当木地的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， 并口山modem将接收下來的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线rxd 送到终端。此线也叫做数据载波检lb

46、(data carrier dectect ion-dcd )线。振铃指示(ringing-ri)当modem收到交换台送来的振铃呼叫信号时, 使该信号有效(07状态)，通知终端，已被呼叫。(2) 数据发送与接收线：发送数据(transmitted data-txd)通过txd终端将串行数据发送到 modem, (dte-dce)。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)。(3) 地线有两根线sg、pg信号地和保护地信号线，无方向。上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。 例如，只有当dsr和dt

47、r都处于有效(on)状态时，才能在dte和dce之间进 行传送操作。若dte要发送数据，则预先将dtr线置成有效(on)状态，等cts 线上收到有效(on)状态的冋答后，才能在txd线上发送串行数据。这种顺序的 规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定dce已由接收 方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。2个数据信号：发送txd；接收rxd。1个信号地线：sgo6个控制信号：数传机(即modem)准备好，data set ready.数据终端(dte,即微机接口电路,如intel8250/8251, 16550)准备好,data terminal readydte 请求 dc

48、e 发送(request to send) odce允许dte发送(clear to send)，该信号是对rts信号的回答。数据载波检til，data carrier detection当本地dce设备(modem)收到对 方的dce设备送来的载波信号时，使dcd有效，通知dte准备接收，并且由dce 将接收到的载波信号解调为数字信号，经rxd线送给dteo振铃信号ringing当dce收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有 效，通知dte已被呼叫。由于rs-232-c接口标准出现较早，难免有不足之处， 主要有以下四点:(1) 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，乂因为与ttl电

49、平 不兼容故需使用电平转换电路方能与ttl电路连接。(2) 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps。(3) 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种 共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。(4) 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在 50米左右。针对rs-232-c的不足,于是就不断出现了一些新的接口标准,rs-485就 是其中之一，它具有以下特点：1. rs-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+ (0.26) v表 示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.26) v表示。接口信号电平比rs-232-c 降低了，就不易损

50、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. rs-485的数据最高传输速率为10mbps3. rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增 强，即抗噪声干扰性好。4. rs-485最人的通信距离约为1219m,最大传输速率为10mb/s,传输速 率与传输距离成反比，在100kb/s的传输速率下，才可以达到最大的通信距离， 如果需传输更长的距离，需要加485屮继器。rs-485总线一般最大支持32个节 点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最人的可以 支持到400个节点。因rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的

51、传输距离和多站能力等上述 优点就使其成为首选的串行接口。因为rs485接口组成的半双工网络，一般只 需二根连线，所以rs485接口均采用屏蔽双绞线传输。rs485接口连接器采用 db-9的9芯插头座，与智能终端rs485接口采用db-9 （孔），与键盘连接的键 盘接口 rs485采用db-9 （针）。5. 采用rs485接口时，传输电缆的长度如何考虑？在使用rs485接口时， 对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度 是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。 如果最大电缆长度与信号速率的关系illi线是使用24awg铜芯双绞电话电缆（线

52、 径为0.51mm）,线问旁路电容为52.5pf/m,终端负载电阻为100欧时所得出。 可知，当数据信号速率降低到90kbit/s以下时，假定最人允许的信号损失为 6dbv时，则电缆长度被限制在1200mo实际上，这样的illi线是很保导的，在 实 用时是完全可以取得比它人的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得 的最大电缆长度是不相同的。例如：当数据信号速率为600kbit/s时，釆用 24awg电缆，则这样可知最 大电缆长度是200m,若采用19awg电缆（线径为 0.91mm）则电缆长 度将可以人于200m,若采用28awg电缆（线径为0.32mm） 则电缆长度只能小于200mors-4

53、85总线，在要求通信距离为儿十米到上t米时，广泛采用rs-485串行 总线标准。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敬度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千 米以外得到恢复。rs-485釆用半双工工作方式，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用于多点互连时非常方 便，可以省掉许多信号线。应用rs-485可以联网构成分布式系统，其允许最多 并联32台驱动器和32台接收器。以往，pc与智能设备通讯多借助rs232、rs485、以太网等方式，主要取决 于设备的接口规范。但rs232、rs485

54、只能代表通讯的物理介质层和链路层,如 果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都 不能符合iso/osi的规范，只能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程 序不具备通用性。在rs232或rs485设备联成的设备网中，如果设备数量超过2 台，就必须使用rs485做通讯介质,rs485网的设备间要想互通信息只有通过“主 （master）”设备中转才能实现，这个主设备通常是pc,而这种设备网屮只允许 存在一个主设备，其余全部是从（slave）设备。而现场总线技术是以is0/0si 模型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链 路维护等问题。3.3典

55、型的串行通讯标准典型的串行通讯标准是，它们定义了电压，阻抗等，但不对软件协议给 予定义，于是rs232, rs485的特性包括：1. rs-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+ (26) v表示；逻 辑“0”以两线间的电压差为- (26) v表示。接口信号电平比rs-232-c降低 t，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. rs-485的数据最高传输速率为10mbps。3. rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强, 即抗噪声干扰性好。4. rs-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达300

56、0米，另 外rs-232-c接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而rs-485接口 在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单 一的rs-485接口方便地建立起设备网络。因rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述 优点就使其成为首选的串行接口。因为rs485接口组成的半双工网络一般只需二 根连线，所以rs485接口均采用屏蔽双绞线传输。rs485接口连接器采用db-9 的9芯插头座，与智能终端rs485接口采用db-9 (孔)，与键盘连接的键盘接口 rs485采用 db-9 (针)。第四章rs-485工业上的应用4.1 rs-

57、485集线器rs-485集线器是一款专为解决复杂的电磁场环境下rs-485总线人系统要求而设 计的rs-485总线分割集屮器(485hub)。可以提供更加灵活的rs-485星型总线结构 rs-485接口输入、输出端均采用独立驱动方式，改变原有总线的单一式结构为星型网 络结构，可以给工程建设及系统的稳定性带来极人的好处。产品特点：工业级光电隔离：为所有的rs-485接口提供3kv以上的光电隔离，有效的解决了 外界雷击浪涌和地电位差带来的传输问题。短路开路保护：具rs-485端口故障告警功能，并能自动切掉故障端口，这种设 计能够保证当其中连接的rs-485端口设备发生故障时，出现问题的rs-485端口将被 隔离，以确保其他网段的设备正常工作。星形连接：提供更加灵活的rs-485星型总线结构rs-485接口输入、输出端均采 用独立驱动方式，改变原有总线的单一式结构为网络结构给工程建设及系统的稳定性 带来极人的好处。数据流向自动控制：通过硬件解决数据流向问题，自动判别和控制数据传输方向。技术参数:接口特性：串口符合eiars-232/485协议电气接口：串口接口位接线端子传输介质：超五类双绞屏蔽线或者485