第4章通用串口端口数据通信

1、河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术第第4 4章章 通用串行端口数据通信通用串行端口数据通信河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.1 RS232接口接口4.2 RS422/485接口接口4.3 USB技术技术第第4 4章章 通用串行端口数据通信通用串行端口数据通信河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术uRS-232DRS-232D 接口接口4.1 4.1 RS232RS232接口接口 R

2、S-232 RS-232串行通信接口，是计算机系统中最常见的标准接口，串行通信接口，是计算机系统中最常见的标准接口，最常用的方法：最常用的方法： PCPC机与机与MODEMMODEM PC PC机与鼠标之间机与鼠标之间 不仅如此，利用不仅如此，利用RS-232CRS-232C接口还可以连接多种设备，它是连接口还可以连接多种设备，它是连接数据通信设备（接数据通信设备（DCEDCE）与数据终端设备（）与数据终端设备（DTEDTE）之间的串行通信）之间的串行通信标准总线。标准总线。 EIA-232D EIA-232D 接口接口美国电子工业协会美国电子工业协会EIAEIA制订的制订的物理接口标准物理接

3、口标准，也是目前数据通信中应用最广泛的一种标准。前身是也是目前数据通信中应用最广泛的一种标准。前身是RS-232-CRS-232-C物物理接口标准。理接口标准。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术机械特性机械特性 DB25DB25连接器连接器 DB9DB9连接器连接器4.1 4.1 RS232RS232接口接口河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.1 4.1 RS232RS232接口接口电气特性电气特性 EIA-232-DEIA-232-D电气特性采用负

4、逻辑。电气特性采用负逻辑。 5 515V15V，表示逻辑，表示逻辑“1”1”； 5 515V15V，表示逻辑，表示逻辑“0”0”。EIA-232-DEIA-232-D的逻辑电平与的逻辑电平与TTLTTL电平不兼容，必须进行电平转换。电平不兼容，必须进行电平转换。 非平衡电气连接方式非平衡电气连接方式河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.1 4.1 RS232RS232接口接口电气特性电气特性 发送发送端端接收接收端端噪声干扰噪声干扰河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技

5、术工业网络技术4.1 4.1 RS232RS232接口接口接口特性接口特性 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.1 4.1 RS232RS232接口接口 近距离通信近距离通信 最简接线（最简接线（3 3线制）线制） 标准接线标准接线 （7 7线制）线制）最简接线：最简接线：无硬件握手方式无硬件握手方式河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.1 4.1 RS232RS232接口接口 近距离通信近距离通信 标准接线：标准接线：全握手方式全握手方式河南机电高

6、等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口1 1RS-423ARS-423A接口接口 RS-423ARS-423A接口是为克服接口是为克服RS-232CRS-232C接口抗干扰能力接口抗干扰能力差而设计，差而设计，RS-423ARS-423A接口采用了单端发送、双端接收接口采用了单端发送、双端接收的传送方式，如图所的传送方式，如图所示。示。 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485R

7、S422/485接口接口2 2RS-422ARS-422A接口接口 RS-422ARS-422A接口采用双端发送双端接受的传送方式。接口采用双端发送双端接受的传送方式。 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口3 3RS-485RS-485接口接口 RS-485RS-485接口也是采用双端发送双端接受的传送方接口也是采用双端发送双端接受的传送方式。它与式。它与RS-422ARS-422A接口是兼容的，是接口是兼容的，是RS-422ARS-422A的简化，的简化，但是它的

8、线路中可以有多个发送器，每个发送器可以但是它的线路中可以有多个发送器，每个发送器可以驱动多个负载设备，在传送的两端都要配备平衡电阻。驱动多个负载设备，在传送的两端都要配备平衡电阻。利用利用RSRS485485接口，可以在传输中实现多个发送器和接口，可以在传输中实现多个发送器和多个接多个接收器共用一条线路（收器共用一条线路（1 1对），组成一个对），组成一个485485网络，网络，但只能实现半双工的双向通信，这足以满足大多数工但只能实现半双工的双向通信，这足以满足大多数工业控制网络的要求。业控制网络的要求。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络

9、技术工业网络技术 EIA-485与与EIA-232 4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 EIA-232 EIA-232最大传输距离最大传输距离15m15m，最大传输速率，最大传输速率19.2Kbps19.2Kbps，最多，最多2 2个节点。个节点。 EIA-485EIA-485最大传输距离最大传输距离1200m1200m，最大传输速率，最大传输速率10Mbps10Mbps，最多，最多3232个节点。个节点。 EIA-485EIA-485更适合工业通讯。更适合工业通讯。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络

10、技术 EIA-485电气特性电气特性 4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 EIA-485-DEIA-485-D电气特性采用正逻辑。电气特性采用正逻辑。 2 26V6V，表示逻辑，表示逻辑“1”1” 2 26V6V，表示逻辑，表示逻辑“0”0”。 接口信号电平比接口信号电平比EIA-232-DEIA-232-D降低了，不易损坏接口电路的芯片，降低了，不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与且该电平与TTLTTL电平兼容，可方便与电平兼容，可方便与TTL TTL 电路连接。电路连接。 平衡差分电路，能够抑制噪声。平衡差分电路，能够抑制噪声。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实

11、验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 EIA-485电气特性电气特性 RS485RS485的信号发送端会先分解成正负的两条线路；当到达接收端的信号发送端会先分解成正负的两条线路；当到达接收端后，再将信号相减还原成原来的信号。后，再将信号相减还原成原来的信号。 这种方式可以有效的抑制噪声，适用于工业数据通讯。这种方式可以有效的抑制噪声，适用于工业数据通讯。 发送端信号：发送端信号： DT=(D+)DT=(D+)(D-)(D-) DT DT：发送端原始信号；：发送端原始信号； D+D+、D-D-：差分后信

12、号。：差分后信号。 如果无噪声干扰，接收端信号：如果无噪声干扰，接收端信号： DRDR(D+)(D+)(D-) = DT(D-) = DT 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 EIA-485电气特性电气特性 如果存在噪声干扰，传输线上信号电压分别成为如果存在噪声干扰，传输线上信号电压分别成为 (D(D) )NoiseNoise和和(D-)(D-)NoiseNoise； 如果接收端接收此信号，并计算电压差：如果接收端接收此信号，并计算电压差： DRDR(D(D)+N

13、oise-(D-)+Noise-(D-)NoiseNoise(D+)-(D-)(D+)-(D-)DTDT 与发送端信号相同与发送端信号相同河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 EIA-485的网络连接的网络连接 网络拓扑网络拓扑 半双工通信时，采用总线形或树形拓扑。半双工通信时，采用总线形或树形拓扑。 EIA-485EIA-485规定，每个网段最多连接规定，每个网段最多连接3232个负载。如果超过个负载。如果超过3232个，需个，需要添加中继器。要添加中继器。主从介

14、质访问控制方式主从介质访问控制方式 网段的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点。由网段的一个节点被指定为主节点，其他节点为从节点。由主节点负责控制网段上所有的通信连接。从节点不能主动发起主节点负责控制网段上所有的通信连接。从节点不能主动发起通信。为保证每个从节点都有机会传送数据，主节点需要对从通信。为保证每个从节点都有机会传送数据，主节点需要对从节点依次逐一轮询。主节点不停地传送报文给从节点，并等待节点依次逐一轮询。主节点不停地传送报文给从节点，并等待从节点的应答报文从节点的应答报文。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术

15、4.2 4.2 RS422/485RS422/485接口接口 主从通信示例主从通信示例 Controller Drive1Sensor Drive3Drive2Data AcquisitionALLEN-BRADLEY789456123.0- F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10P Pa an ne el lV Vi ie ew w 5 55 50 0vHMIAnalog I/O 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.3 4.3 USBUSB技术技术1 1USBUSB接口技术简介接口技术简介 USBUSB是英文是英文

16、Universal Serial BUSUniversal Serial BUS的缩写，中文含的缩写，中文含义是义是“通用串行总线通用串行总线”。 从从19941994年发表年发表USBUSB版本以后，版本以后，USBUSB版本经历了多年版本经历了多年的发展，已经发展为的发展，已经发展为3.03.0版本，成为当前电脑中的标版本，成为当前电脑中的标准准扩展接口扩展接口。当前。当前主板主板中主要采用中主要采用USB1.1USB1.1和和USB2.0USB2.0，各各USBUSB版本间能很好的兼容。版本间能很好的兼容。USBUSB用一个用一个4 4针插头针插头（USB3.0USB3.0标准为标准为9

17、 9针）作针）作为标准插头，采用为标准插头，采用菊花链菊花链形形式可以把所有的式可以把所有的外设外设连接起来，最多可以连接连接起来，最多可以连接127127个个外部设备，并且不会损失带宽。外部设备，并且不会损失带宽。 USBUSB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。备的连接和通讯。USBUSB接口支持设备的即插即用和热接口支持设备的即插即用和热插拔功能。插拔功能。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.3 4.3 USBUSB技术技术1 1USBUSB接口技术简介接

18、口技术简介USBUSB需要需要主机硬件主机硬件、操作系统操作系统和和外设外设三个方面的支持才能工作。当前的三个方面的支持才能工作。当前的主板主板一般都采用支持一般都采用支持USBUSB功能的功能的控制芯片组控制芯片组，主板上也安装有，主板上也安装有USBUSB插座插座，而且除，而且除了背板的插座之外，主板上还预留有了背板的插座之外，主板上还预留有USBUSB插针，可以通过连线接到机箱前面插针，可以通过连线接到机箱前面作为作为前置前置USBUSB接口接口以方便使用，而且以方便使用，而且USBUSB接口还可以接口还可以通过通过HubHub扩展扩展出更多的接出更多的接口。口。USBUSB具有具有传输

19、速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等优点，等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3MP3机、手机、机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USBUSB网卡、网卡、ADSL ModemADSL Modem、Cable ModemCable Modem等，几乎所有的外部设备。等，几乎所有的外部设备。USBUSB自从自从19961996年推出后，已成功替代串口和并口，年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智

20、能设备的必配的接口之一。并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。 河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室 工业网络技术工业网络技术4.3 4.3 USBUSB技术技术2 2USBUSB的版本的版本 第第一代：一代：USB 1.0/1.1USB 1.0/1.1的最大传输速率为的最大传输速率为12Mbps12Mbps。19961996年推出。年推出。 第二第二代：代：USB 2.0USB 2.0的最大传输速率高达的最大传输速率高达480Mbps480Mbps。USB 1.0/1.1USB 1.0/1.1与与USB 2.0USB 2.0的接口是相互

21、兼容的。的接口是相互兼容的。 第三代：第三代：USB 3.0 USB 3.0 最大传输速率最大传输速率5Gbps, 5Gbps, 向下兼容向下兼容USB1.0/1.1/2.0USB1.0/1.1/2.03 3USBUSB的应用的应用 USBUSB是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口，是一个使计算机周边设备连接标准化、单一化的接口，其规格是由其规格是由IntelIntel、NECNEC、CompaqCompaq、DECDEC、IBMIBM、MicrosoftMicrosoft、Northern TelecomNorthern Telecom联系制定的。联系制定的。 一一个个USBUSB接口理论上可以支持接口理论上可以支持127127个装置，但是目前还无法达个装置，但是目前还无法达到这个数字。其实，对于一台计算机，所接的周边外设很少有超到这个数字。其实，对于一台计算机，所接的周边外设很少有超过过1010个的，因此这个数字是足够我们使用的。个的，因此这个数字是足够我们使用