第七章分散型测控网络技术

1、第四章总线技术41 概述42 内总线4 3 外总线标准外总线：设备与设备之间信息交换使用的总线，称之为外总线。常用的外总线： RS-232C、RS-422、RS-485。外总线主要采用并行通信和串行通信两种方式。并行通信： 数据的各位同时传送，一个字或字节可以并行传送。通常传送的距离较短，小于 10 米。串行通信： 数据是一位一位的传送。只使用很少的几根数据线，即可完成数据交换。通常传送的距离很长，可达几十甚至上千米。数据传输的线路通常分为平衡方式和不平衡方式。不平衡方式： 使用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的；= 1 =平衡方式： 是用双绞线传输信号，信号在双绞线

2、中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号的。区别：在不平衡方式中，信号线上所感应的干扰和地线上的干扰将叠加后影响到接收信号；而在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。因此，平衡传输方式在抗干扰方面有较好的性能，并适合较远距离的数据传输。4 31 RS-232C总线及接口电路RS-232C 是目前使用最广泛的串行通信接口标准。采用的是异步串行通信格式。1RS-232C总线标准（ 1） 信息格式异步帧格式：05-8位数据位P1起始位 数据位 奇偶校验 停止位通信约定： 通信速率、起始和结束位数、奇偶校验方式、数据位数。通常使用的通信速率：19200， 9

3、600，4800，2400， 1200（2） 电平标准= 2 =RS-232C采用负逻辑电平： 逻辑 1 ： - 3V -15V逻辑 0 ：+3V + 15V* 计算机内通常使用 TTL 电平：逻辑 1 ： 2.0V 5V逻辑 0 ：0.8V 0V故需将电平进行转换。如图 4-20 TTL 电平与 RS-232C电平的转换MC1488：实现 TTL->RS-232C 电平转换的传输线驱动器；MC1489：实现 RS-232C->TTL 电平转换的传输线接收器。（ 3） 接口电路图 4-21 RS-232C中的单端驱动非差分接收电路图 4-22 两台单片机采用 RS-232C进行串行

4、通信。* PC 机的串口，使用的是 RS-232C 标准。内部集成了 UART （异步收发器），实现接收和发送的硬件功能。* 短距离的 RS-232C通信，可以直接连线；长距离通信需要加 MODEM （调制解调器）。= 3 =*RS-232C 通信采用的是不平衡传输方式。（4） 总线定义采用 25 芯插头座，定义如下。引名称 信含义注释脚号方向1屏蔽地连到设备的机架（保护上。地）2TXD输发送数据发送数据出线3RXD 输接收数据接收数据入线4RTS输请求发送通知 MODEM,出线计算机要发送数据。5CTS输允许发送计算机可以发送入线数据6DSR 输数据通信MODEM 已开入装置就绪启并就绪。7

5、信号地与另外一台设备的信号地连= 4 =8DCD 输接收线信MODEM 已与入号检测另一个MODEM 相连9-未定义10-未定义11-未定义12DCD 输付通道接入收线信号检测13CTS输付通道允入许发送线14TXD输付通道发出送数据线15TXC输发时钟信出号16RXD 输付通道接入收数据线17RXC 输接受时钟入线18-未定义19RTS输付通道请出求发送线20DTR输数据终端通知 MODEM,出就绪计算机可通信。= 5 =21输信号质量入检测22输振铃指示入23输数据信号出速率选择器24输发送器信出号定时25-未定义注释：信号线只有 3 个 2、3、7 引脚，其余用于与 MODEM 的握手信

6、号。2 个通道，主信道和付信道。付信道在连接的 2 个设备之间传送辅助控制信息，很少使用，速率较低。图 4-23 2 台计算机进行 RS-232C通信的引脚连接（ 5）特点：从图 4-21 中可以看出，由于发送器和接收器之间有公共的信号地，因此，共模干扰信号不可避免地要进入信号传输系统。为了避免= 6 =这种干扰信号， RS-232C必须采用大幅度的电压摆动来避免干扰信号。由于不平衡传输的限制，干扰大时信号的准确性受到影响，其速度和距离均受到影响，最高速率为 19.2kbps, 最大距离为 15 米。4 32 RS-422总线及接口电路为了解决上述地电平的电位差问题， RS-423A 对 RS

7、-232C 电路进行了改造，采用差动接收器，接收器的另一端接收发送端的信号地。如图 4-24（清华图 7-8） RS-423A 中的单端驱动差动接收电路。RS-422A 则更进一步采用平衡驱动和差动接收方法，从根本上消除信号地线。这种驱动器相当于 2 个单端驱动器，它们输入的是同一个信号，输出的是 2 线的差动信号。这样，共模干扰信号出现时，接收器则接收差动信号。只要接收器具有足够的抗共模电压范围，它就能识别干扰而正确地接收传送的信息。如图 4-24 （清华图 7-8） RS-422A 中的平衡驱动差动接收电路。（ 1） 信息格式与 RS-232C信息格式相同，采用的是异步收发帧。异步帧格式：

8、= 7 =05-8位数据位P1起始位数据位奇偶校验停止位通信约定： 通信速率、起始和结束位数、奇偶校验方式、数据位数。通常使用的通信速率： 19200， 9600，100K, 1M, 10M（2） 电平标准RS-422A 电平： 逻辑 1 ： +2V + 6V逻辑 0 ： -6V -2V* 计算机内通常使用 TTL 电平：逻辑 1 ： 2.0V 5V逻辑 0 ： 0.8V 0V 故需将电平进行转换。图 4-24 （清华图 7-8） RS-422A 中的平衡驱动差动接收电路MC3487：实现 TTL->RS-422A 电平转换的传输线驱动器；MC3486：实现 RS-422A ->T

9、TL 电平转换的传输线接收器。* 实现长距离的通信。*RS-422A 通信采用的是平衡传输方式。（3） 接口电路使用双端线传送信号。由发送器、电缆、接收器组成。线路中只允许有一个发送器，多个= 8 =接收器。发送器负责将逻辑电平转换成电位差，实现始端信号的发送；接收器将电位差转换成逻辑电平，实现终端信号的接收。下图中图 4-25 RS-422A 两点传输电路（ 4） 总线定义为了解决 RS-232C的问题， EIA 于 1977 年制定了新标准 RS-449, 以支持较高的数据传送速率；支持较远的传输距离；制定连接器的技术规范；通过提供平衡电路改进接口电气特性。RS-449 中规定了 37 脚

10、和 9 脚 2 种连接器。RS-422和 RS-423A 以及 RS-485 都是 RS-449 标准的子集，它们都遵守 RS-499 的规定。RS-449 标准 9 芯插头座定义引脚 信号名称注释1屏蔽地（保护地）2次信道接收就绪3次信道发送数据4次信道接收数据5信号地6接收器公共端7次信道发送请求8次信道发送就绪9发送公共端= 9 =RS-422规定：使用 RS-232C定义的 9 芯插头座，无地线，只使用 RS-232C 中的数据线。具体连接如下图：图 4-26 采用 9 芯插座进行 RS-422通信对于全双工方式，需要有 4 根信号线。（ 5）特点：电气性能优于 RS-232C,发送器

11、和接收器之间传送的是差动信号。电压幅度小于 RS-232C。由于采用平衡传输，抗共模干扰强，最高速率为 10Mbps, 最大距离为 1200 米(90kbps)。4 33 RS-485总线及接口电路在工业控制及通信网络系统中，往往有许多点互连，而且，大多数情况下，在任一时刻只一个主控模块发送数据，其它模块处于接收数据的状态。从而产生了主从结构的 RS-485 标准。RS-485是 RS-422A 的变型，它们都采用平衡差动电路，区别在于 RS-485 工作在半双工方式，只需要 2 根电缆线来连接。而 RS-422A 在通信线路上= 10 =只能有 1 个发送器，而 RS-485 可以有多个发送器。图 4-27 RS-485传输电路特点：平衡传输差动信号实现多点连接的网络电气特性与 RS-422A 相同多个发送器和多个接收器适合长距离、高速度几种通信接口比较接 RS- RS-423A RS-422A RS-485 口 232C连1 台驱1 台驱动1 台驱动32 台驱接动器器器