常用单元电路——串口

1、w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m深研所新员工培训深研所新员工培训w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m串口串口MPC860应用设计串口网口WDTJTAG热插拔w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m内容提要内容提要RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS-232RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（

2、TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m 接口特性（一）接口特性（一）与V.24/V.28接口的关系V.24 / V.28接口特性标准制定者ITU-TRS-232接口特性标准制订者EIA二者是一致的w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m 接口特性（二）接口特性（二）功能特性电气特性规程特性机械特性w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m功能特性功能特性w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o

3、 m信号说明（一）信号说明（一）数据电路“发送”和“接收”是从DTE的立场上出发的对于103电路“TD”，是由DTE向DCE发送数据，在DCE一侧仍然称它为发送数据电路，实际上是DCE从该电路接收数据信号。同样对于104电路“RD”是由DCE发送数据，DTE接收数据。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m信号说明（二）信号说明（二）时钟电路RC一定由DCE接口提供TC可以由DCE接口或者由DTE接口提供时钟方式是根据发送时钟而定，包括内部方式，从方式，外部方式等；w w w . h a r b o u r n e t w o r k s .

4、c o m信号说明（三）信号说明（三）辅助功能接口：备用测试功能接口：测试控制电路：为实现通信规程和测试规程的需要而建立的w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mDCD用于监视通信线路和DCE设备的工作状态DSR用于由DCE告诉DTE自己是否已经处于工作状态（开机）DTR用于由DTE告诉DCE自己是否已经处于工作状态（开机）信号说明（四）信号说明（四）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRTS/CTS用于实现DTE和DCE之间开始或结束数据传输的过程控制RTS为“ON”时，表示DTE要求发送

5、数据CTS为“ON”时，表示DCE准备好接收数据二者同时为“ON”时，数据开始传输信号说明（五）信号说明（五）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m电气特性（一）电气特性（一）不平衡双流接口信号源开路电压为不大于25V负载阻抗30007000欧姆负载电容不大于2500pFw w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m电气特性（二）电气特性（二）数据电路负逻辑接口点的电压低于3V时确定为二进制数据“1”接口点的电压高于3V时确定为二进制数据“0”w w w . h a r b o u r n e t

6、w o r k s . c o m电气特性（三）电气特性（三）对于控制和定时接口电路接口点的电压高于3V时确定为“ON”状态接口点的电压低于3V时确定为“OFF”状态w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m电气特性（四）电气特性（四）跃变区3V和3V之间规定为跃变区信号通过跃变区的时间不应超过1ms，或不超过比特码元周期的3，取二者中较短的时间为限。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m空号电平空号电平Space逻辑逻辑“0”跃变区跃变区传号电平传号电平Mark逻辑逻辑“1”15V5V5V15

7、V15V3V15V3V空号电平空号电平Space逻辑逻辑“0”跃变区跃变区传号电平传号电平Mark逻辑逻辑“1”噪声容限终端始端电气特性（五）电气特性（五）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m机械特性（一）：机械特性（一）：DB25管脚定义管脚定义w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m机械特性（二）机械特性（二）RS-232接口的机械特性由ISO2110定义，接口使用25芯连接器。 标准状态是DTE接口提供公插座，DCE接口提供母插座。当接口兼容DCE和DTE时，优选母插座。w w w .

8、 h a r b o u r n e t w o r k s . c o m机械特性（三）示意图机械特性（三）示意图w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mDB9引脚 DB25引脚源缩写信号命名18DCEDCD载波检测23DCERD接收数据32DTETD发送数据420DTEDTRDTE准备好57SG信号地66DCEDSRDCE准备好74DTERTS请求发送85DCECTS准备发送922DCERI振铃指示机械特性（四）机械特性（四）DB9管脚定义管脚定义w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mDB

9、25连接器的管脚未完全使用DB9管脚体积更小异步接口中常使用DB9连接器替代DB25机械特性（五）机械特性（五）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m机械特性（六）机械特性（六）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRJ45引脚 DB25引脚源缩写信号命名14DTERTS请求发送220DTEDTRDTE准备好32DTETD发送数据47SG信号地57SG信号地63DCERD接收数据76DCEDSRDCE准备好85DCECTS准备接收机械特性（七）机械特性（七）RJ45w w w . h a r

10、 b o u r n e t w o r k s . c o m86427531RJ45插座RJ45插座RJ45插头机械特性（八）示意图机械特性（八）示意图w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m76518432RJ48插座RJ48插座RJ48插头机械特性（九）机械特性（九）RJ48w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS-232接口有同步和异步两种接口同步接口要提供码元定时电路异步接口对接双方在异步字符的格式设置上必须一致同同/异步特性（一）异步特性（一）w w w . h a r b o

11、 u r n e t w o r k s . c o m异步接口的使用系统内部接口如调试串口、加载串口一般使用异步接口。通过高层通信协议协调工作，接口只提供地线、接收数据线、发送数据线。 为了防止调试串口带电插拔损坏，应在串口输出端串接100600欧姆的电阻。同同/异步特性（二）异步特性（二）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m当RS-232接口作为业务接口使用时情况比较复杂，很多情况下要能提供DCE/DTE兼容接口、同/异步兼容、能处理绝大多数控制信号线。同同/异步特性（三）异步特性（三）w w w . h a r b o u r n e

12、 t w o r k s . c o m根据邮电通讯网技术体制数字数据网（DDN）技术体制：当用户速率小于20Kbit/s时，使用V.24接口。当用户速率小于10Mbit/s时，使用X.21、G.703、V.35接口。速度速度/距离特性（二）距离特性（二）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m根据EIA RS232标准，该接口允许的最大数据传输率20Kbit/s。RS232接口推荐距离为15米以内。速度速度/距离特性（二）距离特性（二）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m调试串口电路图（一

13、）调试串口电路图（一）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mPhy芯片Max3221单路电源兼容3.3V/5V速率最高可达到120kbs以上电路构成（一）电路构成（一）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m接插件选择当调试串口所用插座设计在板内时，可采用单排3列插针。当调试串口所用插座需要保留在拉手条、面板、或母板等上面，用于在线检测或调试用，并发售给用户，统一采用RJ45，特殊情况下，也可采用DB9插座/RJ48插座。电路构成（二）电路构成（二）w w w . h a r b o u r

14、n e t w o r k s . c o mEMC防护电路R303/R304为限流电阻，pcb布局时靠近U17放置。DD3/DD4为TVS管，靠近P3放置。为抑制数据线上的高频噪声，有时在数据线上传接磁珠。电路构成（三）电路构成（三）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m调试串口电路图（二）调试串口电路图（二）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m当cpu不能直接提供UART接口时，必须进行转换。MPC8245不提供UART，通过总线转换器将Local Bus转换成UART接口。总线转换器

15、ST16C2552，提供2路UART接口。S T 1 6 C 2 5 5 2 的 时 钟 也 可 用 外 置1.8432M晶体实现。电路构成电路构成w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS422RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS422标准只是一个电气特性的标准，而没有定义机械特性，它适用于多个站之间长距离高速通讯。概述w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m电气特性电

16、气特性驱动器驱动器参数条件最小值最大值输出电压Rt= 10V / -10V输出电压Rt=100 2V / -2V输出电阻A TO B 100输出上升时间Rt=10010% of Bit width输出共模电压Rt=1003V输出短路电流per output to common150mAw w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m参数条件最小值最大值接收灵敏度Vcm7V200mV接收共模电压范围-7V7V输入电阻4,000差分接收电压10V差分接收电压（极限值）12V电气特性电气特性接收器接收器w w w . h a r b o u r n e t

17、w o r k s . c o m远距离点对点通信远距离点对点通信w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m一点对多点通信一点对多点通信w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS-485RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mRS485标准只是一个电气特性的标准，而没有定义机械特性，它适用于多个站之间长距离高速通讯。概述w w w . h a r b o u r n e t w o

18、 r k s . c o m平衡差分接口支持多点对多点之间的相互通信忍受-7V到12V共模干扰可驱动32个负载传输距离不超过50Ft时最高速率可达10Mbps特点（一）特点（一）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m传输速率为100Kbps时最大传输距离可达4000Ft支持全双工和半双工通讯（由所选用的器件决定）使用双绞线传输数据，具有较强的抗干扰能力特点（二）特点（二）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m参数条件MinMaxUnits差分输出电压开路+/-1.5+/-6V54欧姆负载+/

19、-1.5+/-5V输出短路电流250mA输出上升时间RLOAD=54 CLOAD=50pF30%bit宽度共模电压RLOAD=54 -13V输入灵敏度-7Vcm +12200mV输入共模电压-712V输入阻抗12KRS-485电气特性电气特性w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m三者比较（一）三者比较（一）RS-232RS-422RS-485支持不同的：通信速率，传输距离，抗干扰能力，带负载能力，电气特性。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m三者比较（二）三者比较（二）RS-232RS-4

20、22RS-485驱动方式单端驱动平衡驱动平衡驱动/二线/四线应用方式点对点点对多点多点对多点带负载能力1Max：10Max：32传输距离/速率9.6Kbps/15m 9.6Kbps/150m10Mbps/15m10Mbps/5m100Kbps/1.2Kmw w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m速率比较速率比较w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mV.35RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s

21、. c o mV.35接口机械特性接口机械特性34针连接器针连接器w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mV.35接口电气特性（一）接口电气特性（一）ITU-T建议V.35附录2规定了V.35 接口的电气特性：时钟、数据信号的电气特性为平衡双流接口电路。控制信号采用ITU-T建议V.28规定的不平衡双流接口电路，同RS-232规范。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mV.35接口电气特性（二）接口电气特性（二）平衡型双流接口（一）接口线采用平衡绞合多线对电缆，特性阻抗为80120 欧姆。信号

22、源阻抗为50150欧姆；负载阻抗为100+/- 10欧姆。每对平衡线两个端子之间正常工作电压为0.55V +/- 20。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mV.35接口电气特性（三）接口电气特性（三）平衡型双流接口（二）当端子A对端子B的电压为正（AB）时确定为二进制数据0，为负（AB）时确定为数据1。任何状态变化的10点和90点之间的上升时间应当小于信号码元周期的1或40ns，并取其中较小者为限w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mV.35接口功能特性接口功能特性w w w . h a

23、r b o u r n e t w o r k s . c o m板间通信串口（TTL）RS-232RS-422RS-485V.35板间通信串口（TTL）w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m板间通信串口电路图板间通信串口电路图VCCTXC110u+D1DIODET1NPN123R11KR2100U1A740412R54.7Kw w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m原理分析（一）原理分析（一）适用于板间异步TTL串口通讯。非门和三极管组成两级反相器，保证有数据发送时正确工作。空闲状态时，C1隔

24、直作用/T1输出高阻。可防止单板死机总线拉死。w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o m原理分析（二）原理分析（二）各个器件作用C1：隔直，防吊死D1：提供C1放电回路，开关二极管R1：C1充电回路电阻，确定充电时间常数R2：C1放电回路电阻，确定放电时间常数，同时可抑制C1放电时的瞬间大电流T1：驱动用普通三极管U1：反相器，保证驱动后的逻辑电平一致，也可用三极管实现w w w . h a r b o u r n e t w o r k s . c o mBaud的最低值取决于字符格式（设Baud为f）：设充电时间常数为t=R1C1，假定在t/2时间内电容充电到40%。由于异步通讯最