各种通信协议

1、串行通信基础知识MOXA产品知识,Prepared by: 彭洪波 Date: 9-10-2009,议程,串行通信基础知识 MOXA产品知识,Confidential,Confidential,串行通信基础知识,串口信号 串口流控 串口效能 串口保护,串行通信基础知识,Confidential,串口信号,RS-232 RS-422/485,Confidential,串行通信的基本概念,串行通信资料是一个bit 一个bit地送出,且每个bit表示不是0就是1,1 bit,Confidential,并行通信的基本概念,一次发送和接收多个Bit, 传输一次就可以完成 一个Byte的容量。传输的效率高

2、,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,Confidential,串行通信 VS 并行通信,Confidential,起始位: 总是 “1” 数据位: 5, 6, 7, 8 位 校验: None, Odd, Even, Space, Mark 停止位: 1, 1.5(数据位 =5), 2 位 数据帧长度 如果N, 8, 1: 数据帧长度为 10 位 如果E, 7, 2: 数据帧长度为 10 位,串行通讯数据格式,Confidential,RS232,由电子工业协会（EIA）制订并发布工业标准，RS-232标准在1962年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。 RS-232

3、-C 接口（又称EIA RS-232-C ）是目前最常用的一种串行通讯接口。 RS-232 作用: 在串行通讯时，要求通讯双方都采用统一的标准接口，使不同的设备进行通讯。,Confidential,RS-232-C 发展,用于串行通讯的标准。 规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器 对连接器的每个引脚的信号加以规定 对各种信号的电平加以规定。 IBM 将RS232 简化成了DB-9 连接器 工业控制的RS-232 一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。,DB25,DB9,Confidential,电气特性、逻辑电平,EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定

4、。 在TxD和RxD上：逻辑1=-3V-15V 逻辑0=+315V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V,Confidential,UART,并行,TTL,0V,5V,RS-232 信号传输,收发器,D0,D7,0V,5V,RS-232,-12V,+12V,-12V,+12V,Tx,Rx,Confidential,RS-232信号传输及信号波形,Confidential,RS-232 接口,信号定义：TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI、GND（Fem

5、ale/Male定义相反） 最高速率：115200bps,Confidential,RS-232 信号 典型应用: PC + 交叉电缆 + PC 短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作，比如架装服务器的控制台端口。,RS-232 连接类型 I,Confidential,RS-232 连接类型 II,RS-232 信号 典型应用: PC + 直连电缆 + Modem DCE 设备上的DCD信号一般用作输出信号,Confidential,串口信号,RS-232 RS-422/485,Confidential,RS-232 VS RS-422,RS-232通信距离短 RS-232通信速率

6、低 提出RS-422定义了一种平衡通信接口，数据信号采用差分传输方式，它使用二对双绞线，将其中一对定义为A，另一对定义为B,Confidential,RS-422电气特性,发送驱动器A、B之间的电压差 正电平在+200mv+6V，是一个逻辑状态 负电平在-200mv-6V，是另一个逻辑状态,Confidential,RS-422信号,收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+ 、Rxd-与Txd-对应相连 大于+200mV的电平时输出正逻辑电平 小于-200mV时输出负逻辑电平 MOXA定义 B为信号正 A为信号负 |A-B|200mv,Confidential,RS-422 特性,RS-42

7、2传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速率低于100kb/s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、平衡传输方式，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 平衡传输方式 长度：1200米 速度：10M 节点：2、10(广播) 线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GND,Confidential,RS-422 优势与不足,RS-422优势 传输距离远 传输速率高 不易受到干扰 RS-422不足 点对多点方式只能单向通讯,Confidential,RS485,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准 多点

8、双向通讯能力 增加发送器的驱动能力和冲突保护特性 扩展了总线共模范围 命名为TIA/EIA-485-A标准 由于EIA提出的建议标准都是以“RS”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。 平衡传输方式 长度：1200米 速度：10M 节点：32、256(加中继器) 线缆类型：2线+GND,Confidential,RS-422/485 信号,差分信号,UART,并行,TTL,0V,5V,收发器,D0,D7,RS-232,TxB,TxA,Confidential,RS485信号定义,4-Wire TxDA(-) TxDB(+) RxDB(+) RxDA(-) GND 2

9、-Wire DataB(+) DataA(-) GND,Confidential,2线与4线传输,Confidential,接线： 4 线全双工 优势 1. 抗干扰能力强 2. 传输距离长 (可达 1.2公里) 3. 支持点对点和多站通讯方式,RS-422 信号,Confidential,RS-422 拓扑结构 I,点对点,Moxa CI-134,Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A),Rx+(B) Rx-(A) Tx+(B) Tx-(A),PLC,Confidential,RS-485 信号,RS-422的增强方式 与 RS-422兼容 接线 点对点 2 线半双工，菊链式连接

10、 4 线全双工，菊链式连接,Confidential,RS-422 vs. RS-485,Confidential,RS-485 拓扑结构 I,点对点,Moxa CI-134,PLC,Data+(B) Data-(A),Data+(B) Data-(A),120,终端电阻,Confidential,RS-485 拓扑结构 II,2 线半双工,Moxa CI-134,Data+(B) Data-(A),120,PLC #1,PLC #2,PLC #31,Data+(B),Data+(B),Data+(B),Data+(B),Data-(A),最大1.2公里，32节点,Confidential,R

11、S-485 拓扑结构 II,2 线半双工,Confidential,RS-485 拓扑结构 III,4 线全双工,Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A),120,DE-211,Note: 1. Tx-(A) 2. Tx+(B) 3. Rx-(A) 4. Rx+(B),1,2,3,4,最大1.2公里，32节点,Confidential,RS-485 拓扑结构 III,4 线全双工,Confidential,RS-422 d,e,f为正确连接方式. 、注意总线阻抗匹配,否则就会发生信号的反射,Confidential,RS-485 数据流方向控制,什么是数据流方向控制 ? 在一个时

12、间只允许一个设备发送 如果流控信号时序不对，整个RS-485 网络将不能正常工作 流控的方式 1. 传统的RTS控制 内部电路使用 RTS信号来决定发送和接收 无数据发送时，RTS信号处于清除状态，此时收发器处于监听模式 当有数据发送时设置RTS信号， 同时断开监听模式 当数据发送完成之后清除RTS信号，转回监听模式 RTS 状态由用户软件控制,Confidential,ADDC (自动数据流控),ADDC 2线RS-485通过硬件准确的切换数据收发状态 ADDC是我们的专利技术,1. 没按键时, 处于监听状态;(数据接收状态),3. 确认当前频率空闲, 按键讲话对方可以听到;(线中上没有数据

13、, 切换状态到数据发送),2. 判断当前频率是否有信号?(检查线路上是否有数据),4. 话讲完后, 松开按键, 回到监听状态; (数据接收状态),A,B,Confidential,ADDC (自动数据流控),当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界面的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传输信号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关闭. 有两种方法可以切换数据收发状态.一种是通过软件人为用RTS信号控制,另一种是用ADDC ADDC可以通过硬件准确地切换数据收发状态,有效地把用软件控制的复杂时序控制简单化

14、.,Confidential,ADDC vs No ADDC,Confidential,传输距离,距离 EIA标准/ 实测性能,Confidential,RS-232 ,Confidential,接口保护,ESD Surge Isolation Protection,Confidential,ESD保护,ESD (Electro Static Discharge) 静电放电现象 ESD保护 即为静电放电保护,静电无处不在, 防为上策,Confidential,Surge Protection 浪涌保护,浪涌(Surge 也叫突波), 是超出正常工作电压的瞬间过电压.,1ms,2ms,5v,0,

15、1000v,Confidential,Surge Protection 浪涌保护,原理 因闪电、静电放电及其他形式产生的瞬间强电压，或周围磁场突变感应到信号连接线路的一种异常电压，在接口接收处加保护措施以防止设备內部元件烧坏. ESD vs. EFT ESD(静电保护)：这是一个发生在时间很短，但电压很高电流较小的异常情況 EFT(连续性恒定异常电压保护) : 这是一种受到一段恒定连续电压的干扰保护,电压不及ESD高,但時間較長.所以能量也很大.,Confidential,浪涌保护 vs ESD保护,注: 我们的绝大多数产品的串口都支持15KV的ESD保护.,Confidential,光电隔离

16、保护,用光的方式把信号隔离开,发光器件,感光器件,Data,Data,光信号,光电隔离元件,PCB Board,Confidential,光电隔离保护 - Isolation Protection,原理 由于电线两端的地电压不同，长距离连接的通讯设备会因电压不匹配而造成损坏隔离保护会在线的两端使用光电隔离元件来保护两端的设备不被损坏 Surge Protection vs. Isolation Surge : 瞬间异常电压引起的损坏 Isolation : 两端共地不良,EMI及纹波干扰引起的损坏.,Confidential,光电隔离的作用,消除两端设备间因地电压差造成的放电,RS-485 2

17、线,GND电平为 0V,PC的GND电平为 60V,光电隔离,1000m,Confidential,光电隔离的作用,隔离干扰信号,RS-485 2线,光电隔离,大功率电机,强电,Confidential,MOXA光电隔离器,Confidential,Confidential,MOXA产品知识,完整的设备联网解决方案,Confidential,MOXA产品知识,串口卡 智能型 非智能型 USB转串口 转换器 串口连网服务器 NPort 5000系列 NPort 6000系列,Confidential,总线,ISA - PCI - PCI-X - PCI Express (PCIe),ISA 19

18、88,PCI 1992,1980,1990,2000,PCIe 2003,PCI-X 1998,33M/66MHz,266M/533MHz 66M/133MHz,2.5GHz,1M/4MHz,2GI/O,2.5GI/O,3GI/O,Confidential,MOXA串口卡命名规则,Confidential,MOXA串口卡命名规则 - CA系列,Confidential,智能型卡特点,C320每块卡最多可达32口,单机最多128口, 高速率：C320 460.8Kbps,C218 921.6Kbps 自带精简指令集CPU、512KB Ram，可有效的降低CPU占用率 提供ISA版本和PCI版本,

19、Confidential,智能型多用戶卡架構,CPU,16K RAM(Firmware),CPU,512K RAM(Firmware),(Dumb Part),PC,Intelligent Control Board,UARTsT/Rs er,(Intelligent Part),ASIC USB 2.0 在USB 1.1的基础上提高了速度; USB的三种速率1.5 Mbit/s(183 KByte/s)低速速率12 Mbit/s(1.4 MByte/s)全速速率480 Mbit/s(57 MByte/s)高速速率 USB的传输距离USB 1.15mUSB 2.01.5m,Confidenti

20、al,USB的特点,方便, 即插即用(PNP) 高传输速率 无须占用 IRQ 和 I/O 地址 应用范围广,Confidential,USB转串口产品的命名规则,Confidential,USB转串口的优势,方便, 即插即用(PNP) 不占用主机的内部空间 速度快, 效率高 口数多,Confidential,USB接头,加固型的USB Type B 15N接头,Confidential,USB供电,USB接口可提供5V 500mA的电流 我们一到四串口的产品都可以通过USB供电正常工作(除1450外),Confidential,UPort与市场上同类产口对比,Confidential,USB

21、VS MSB,Confidential,MOXA产品知识,串口卡 智能型 非智能型 USB转串口 转换器 串口连网服务器 NPort 5000系列 NPort 6000系列,Confidential,接口类型回顾,RS-232 RS-422 RS-485 4线 RS-485 2线 双绞线 光纤,RS-232,RS-422/485,RJ45双绞线接头,光纤接头,ST,Confidential,为什么需要转换器,信号转换 介质转换 延长距离 提供光电隔离保护 提高抗干扰能力,Confidential,功能 & 型号,RS-232 to RS-422/485串口信号转换 TCC-80, TCC-80

22、I TCC-100, TCC-100I RS-422/485 延长距离: TCC-120, TCC-120I 串口到光纤, 介质转换 & 延长距离 TCF-90 TCF-142 以太网到光纤, 介质转换 & 延长距离 IMC-21 IMC-101, IMC-101G 隔离保护: RS-232 to RS-232 or RS-422/485 to RS-422/485 TCC-82, TCC-120I TCC-80I, TCC-100I,Confidential,无源型产品,单信号线供电,Confidential,2线, 4线RS-485 / RS-422 端子接头,RS-232 DB9 孔式接

23、头,USB及电源适配器连接头,无源型产品,Confidential,TCF-142光纤环,Confidential,Link Fault Pass-Through,没有 Link Fault Pass-Through,Link Fault Pass-Through,Confidential,工业级转换器 vs 商业级转换器,TCC-80 MTBF:,Confidential,串口转换器选型,Confidential,以太网转换器选型,Confidential,MOXA产品知识,串口卡 智能型 非智能型 USB转串口 转换器 串口连网服务器 NPort 5000系列 NPort 6000系列,C

24、onfidential,串口设备联网服务器结构 I,硬件,以太网,控制器和Moxa 嵌入式操作系统,多串口卡,CPU,Firmware/OS,RAM,10/100 Mbps 以太网,RS-232/422/485 Ports,网卡芯片,UART,+,+,Confidential,串口设备联网服务器结构 II,软件,Moxa Embedded OS,AP,Socket,TCP/IP,网络驱动程序,以太网,AP Decode Encode,TCP/IP,Mxdriver,UART Driver,网络驱动程序,以太网,UART,以太网,RS-232,主机,NPort,Confidential,应用及安

25、装说明,驱动程序模式 单主机 多主机 Socket mode TCP Server TCP Client UDP Server/Client 对等连接模式 以太网 Modem,Confidential,驱动程序模式-With Native COM port driver & Real tty driver,以太网,Win9x/NT/2K/XP,COM3,COM4,COM N,Linux, SCO Unix, Unixware7, SVR4.2,tty 1,tty2,tty N,以太网,*use existing serial comm software such as HyperTermina

26、l,Confidential,驱动程序模式-单主机,单主机模式,POS Terminal,POS Terminal,POS Terminal,Bar Code Reader,Windows NT Host,NPort Server Lite,NPort Server Pro,Bar Code Reader,Bar Code Reader,Wafer Testing Machine,Robot,Confidential,驱动程序模式-多主机,共享串口,Windows NT Host B,Windows NT Host A,NPort Server Lite,NPort Server Pro,PO

27、S Terminal,POS Terminal,POS Terminal,Bar Code Reader,Bar Code Reader,Bar Code Reader,Wafer Testing Machine,Robot,Confidential,Socket Mode,Confidential,TCP Server 操作模式 I,以太网,IP:Port,Telnet IP:Port,Device Server,-监听 TCP 连接 -IP 地址访问控制 可改变端口号 数据打包 -允许socket 软件控制,特点,Server Administration Config Save sett

28、ing Quit,RS-232 控制台端口,1. 建立连接,2. 收发数据,串口设备,Confidential,TCP Server 操作模式 II,以太网,192.168.1.100:4001,NPort Express Device Server,RS-232 console,路由器,Administration PC,PC,串口设备,A. PC use Telnet to establish a console connection to 路由器 # telnet 192.168.1.100 4001,NPort,1. Configure NPort to TCP Server Mode

29、 # telnet 192.168.1.100 2. NPort start to “listen” for TCP connection,准备工作,TCP/IP,Serial,Connect,Connect,A,Data,Data,Data,Data,Data,Data,Disconnect,Disconnect,B,B. 路由器s serial console program Activated.,C,C. PC disconnect with NPort,Confidential,TCP Client模式 - I,以太网,Device Server,主动将串口设备数据发送到以太网 连接控

30、制 数据打包 Byte stream data transmission,特点,Serial,读卡器,Socket software,1. 建立连接,2. 收发数据,Confidential,TCP Client 操作模式 II,以太网,192.168.1.100,Device Server,Serial,Administration PC,PC,读卡器,NPort接收到串口数据,然后激活TCP连接.然后将Data1和Data2从以太网发送出去. 100ms 以后,最后的串口发送出来的数据被接收,NPort会自动的断开TCP连接.,读卡器,NPort,1. 配置NPort到TCP Client

31、 # telnet 192.168.1.100 TCP conn. : any char serial timeout: 100ms 2. NPort开始主动从串口 设备接收串口数据.,准备工作,TCP/IP,Serial,A,Connect,Data1,Data2,192.168.1.200 Listen TCP 4001,Data(1+2),Disconnect,B,读卡器 ，数据采集,典型应用,Confidential,TCP Client 操作模式 III,以太网,192.168.1.100,Device Server,Serial,Administration PC,PC,读卡器,N

32、Port 自动与计算机建立连接 Nport接收串口数据，当接收到0 x0a和0 x0d后， Nport开始发送所有收到的数据data1 和2 到计算机 无须断开连接 如果连接中断，NPort 和计算机自动重新建立连接,读卡器,NPort,1. 配置NPort 为TCP Client 模式 # telnet 192.168.1.100 TCP conn. : start up serial timeout: 0ms Delimiter: 0 x0a, 0 x0d 2. NPort 开始主动为串口 设备发送数据,准备工作,TCP/IP,Serial,B,Connect,Data1,Data2,0a

33、,0d,192.168.1.200 Listen TCP 4001,Data(1+2),0a,0d,B,A,Confidential,UDP Server/Client 操作模式,Device Server,Serial,读卡器,UDP datagram,以太网,R,R,R,TCP/IP,数据采集,典型应用,Confidential,UDP Server/Client 操作模式,以太网,Device Server,串口设备主动通过以太网进行数据传输 实时数据传输 点对多点 数据打包,特点,Serial,读卡器,UDP datagram,R,R,R,TCP/IP,Confidential,UDP

34、 Server/Client 操作模式-原由的 RS-485 控制系统解决方案,以太网,Device Server,RS-485,读卡器,UDP datagram,Device Server,RS-485,读卡器,UDP datagram,Device Server,RS-485,读卡器,UDP datagram,Device Server,RS-485,读卡器,UDP datagram,RS-232/485,DOS+自动化软件,Device Server,Confidential,对等连接模式- 透明数据通道，全部 Modem 控制信号,以太网,主,从,RS-232,RS-232,Write

35、r,PLC,原始数据或专属通讯协议,Confidential,对等连接模式应用 I - 透明的数据通道,无须驱动程序 TCP 数据通道 适合各种串口设备,特点,以太网,TCP Client Mode,TCP Server Mode,RS-232,RS-232,Writer,PLC,原始数据或专属协议,Confidential,MOXA产品知识,串口卡 智能型 非智能型 USB转串口 转换器 串口连网服务器 NPort 5000系列 NPort 6000系列,Confidential,网络,安全的控制管理,Confidential,网络,安全的数据传输,Confidential,安全的数据传输,

36、SSL (Secure Socket Layer) SSL是由Netscape（网景）公司开发的一套数据传输安全协议，它在应用层与传输层之间，提供数据通讯安全支持 NPort 6000系列的 Driver 模式, TCP Server/Client 模式, Pair Connection 模式及 Web设置提供此安全性 SSH2 (Secure Shell 2) 一个将传输数据加密的协议，通常用于远程终端登陆及数据传输 NPort 6000系列的终端访问和反向终端服务功能提供此安全性,Confidential,加密算法,DES (Data Encryption Standard) 著名的保密密钥或对称密钥加密算法，由IBM开发，在70年代被美国国家标准和技术协会 (National Institute of Standards and Technology ，NIST ) 承认 3DES (Triple DES) 由IBM 在DES基础上发展起来 用两个