串行通信培训资料

串行通信培训资料随着多微机系统的的普及广泛应用和计算机网络技术，计算机的通信功能越来 越显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息 交换。通信有并行通信和串行通信两种方式。在多微机系统又及现代测控系统中信息 的交换多采用串行通信方式计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计-并行通仁通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。算机与计算机之间的信息交换。可又分为两大类：并行通信与串行通信并行通信控制简单.传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高 且接收方的各位同时接收在困难串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个传送翥翳驚如翩毂威鸳籃舉娜且可又利用电话网等现1:异步通信异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过 程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时 间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是又固定的时间传送的，即字符之间 不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍字符00/1 0/1低位校验位停止位0/1 0/1 1 1空闲位起始位1 数据位数据位校验位停止位表每个字符开紧跟着起始位传用于校验是示该字符传送始传送的标送。由 58 个一否传送正确结束。停止位志，起始位进制位组成，低可选择奇检采用逻辑 1 电平采用逻辑 0 电位先传送验.偶校验可选择 1. 1.5或不传送校或 2 位验位高位异步通信数据格式起始位空闲位传送字符之间的逻辑 1 电平，表示没 有进行传送a着養象簞粵簷忍農卷瞥鏗話鹽嚟蹩间蟹滿器容备鑄為妾鐸劄2：同步通信同步通信时发送时钟对接收时钟的直接控制，使双方达到完全同步。传输数据磷黎距髒彰翳其專錢爲殿鬍鎬偿蠶驟麗蠶位计 H机I11)1131环；_j1f片忡 rLrLTLTLn-二.串行通信的传输方向1：单工单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输3：全双工全双工是指数据可又同时进行双向传输接收发送三.传输速率与传输距离1:传输速率比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位/秒（bps） o 如每秒钟送 960 个字符，而每个字符格式包含 10 位（1 个起始位、1 个停止位.8 个数据位）110| D1|D2|D3| D4|D5| D6| DT| |1 TK-即：10 位 X960 个/秒=9600 bps 每一位的传输时间：Td=1/9600=0.104 ms 国际上规定了一个标准波特率系列：110. 300. 1200. 1800. 2400. 4800.9600. 14.4Kbps. 19.2Kbps. 28.2Kbps. 33.6Kbps. 56Kbps1：信息传输的检错和纠错 串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错如何发现传输中的错误，叫检错 发现错误后，如何消除错误，叫纠错 最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送 1 位奇偶校验 位。可采用奇校验或偶校验。奇校验：所有传送的数位（包含字符的各个数位和校验位）中，1 的个数为 奇数偶校验：所有传送的数位（包含字符的各个数位和校验位）中，1 的个数为 匪偶数奇偶校验能够检测出 1 位误码，但是不能纠错RS-232串行通信及应用1：RS232 通讯基础知识RS232 通讯又叫串口通讯方式,是指计算机通过 RS232 国际标准协议用串口连 接线和单台设备（控制器）进行通讯的方式通讯距离：9600 波特率下建议 13 米以内通讯速率（最常用 9600bps,常见的有 1200, 2400, 4800, 19200, 38400 等, 髯夫传输連度越快，但稳定的传输距离越短抗干扰能力越差RTS：请求发送，当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS 信号, 用于通知数据通信设备准备接收数据CTS：消除发送（允许发送）,当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的 传送数据时，发出 CTS 有效信号来响应 RTS 信号上232 通汛原理接线图232C 接口采用 EIA 电平高电平为一 3V-15V低电平为+3V+15V实际常用土 12V 或15V互相转换3：EIA RS-232C 的引脚定义TxD：发送数据，串行数据的发送端RxD：接收数据，串行数据的接收端 标准 TTL 电平高电平：+2 0V + 5V 低电平：OV0.8V在 RTS、CTSDSRDTfDCD 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计tv*备痒：一股台式机会自带2 个串口插座公头（9 针插头上带针的称公关，带针昭与数DTR：数据终端准备好，通常当数据终端设备一加电，该信号就有效，表明数 据终端设备准备就绪DSR：数据装置准备好，通常表示数据通信设备（即数据装置）已接通电源连 到通信线路上，并处在数据传输方式DTR 和 DSR 也可用做数据终端设备与数据通信设备间的联络信号，例如应答数 据接收GND：信号地，为所有的信号提供一个公共的参考电平CD：载波检测（DCD）,当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，该 引脚向数据终端设备提供有效信号RI：振铃指示，当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚信号作为电 话铃响的指示.保持有效短接 DCD 倍号和 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孩线DCE信弓-RxDTxDCTS RTS DSR-DTR DCD GND典型应用：PC +直连电缆+ ModemDCE 设备上的 DCD 信号一般用作输出信号TxDRxD典型应用：PC +交叉电缆+ PCDCDGNDDTW信弓TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDRS-232 信号DTE信号DTE信号接线TxDRxDRTSCTSDTRDSRGND5：DB9 与 DB25 常用引脚说明9 针串口（DB9）25 针串口 (DB25)针号功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR5信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据设备准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS9振铃指示RI22振铃指示RI5：串行通讯的特点是数据一位一位传送数据传送按位顺序进行 最少只需一根传输线即可完成成本低但送速度慢串行通讯的距离可以从几米到几千米。由于串行通讯方式具有使用线路少、成 本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛釆用。这 种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传 输速度比并行传输慢6：RS-232-缺点1）接口的信号电平值较高.易损坏接口电路的芯片，又因为与 TTL 电平不兼容 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 20Kbps3）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 15 米左5）232 只支持点对点通讯发送驱动器 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-200mv6V,是另一个逻辑状态收、发端通过平衡双绞线将 A 与 A . B 与 B 对应相连大于+200mV 的电平时输出正逻辑电平小于-200m V 时电平时输出负逻辑电平之接收器接收平衡线上的电平范围通常在 200mV6V 间平在 26V 是一个逻辑状态，另有一个信号地 C。在 RS-485中还有一个“使能” 端。 而在 RS422 中这是可用可不用的“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”起杵用时发送驱动器处于高阻状态称杵“第三态” 即它是有别于逻辑“們，“0”的第三态2：什么是差分信号 一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异 一个差分信号作用在两个导体上，信号值是两个导体间的电压差3：采用差分信号有什么好处在控制“基准电压能够很容易地识别小信号 它对外部电磁干扰（EMI）有高度免疫能力。 在一个单电源系统，能够从容精确地处理双极信号RS-485 的信号在传送出去之前先分解成正负对称的两条线路(即我们常说的入B 信号线)当到达接收端后，再将信号相减还原成原来的信号，如果将原来的信 号标注为 DT,而被分解后的信号分别标注为 De D-,则原始信号与分解后的信 号在由传输端传送出去时的运算关系如下：DT=(D+)-(D-)同样地接收端在接收到信号后也按上式关系将信号还原成原来的样子，如果此 线路受到干扰在两条传输线上的信号分分别成为(D+)+Noise 和(D)+Noise,如 果接收端接收此信号，它必须按照一定的方式将其合成，合成的方程式如下：DT=(D+)+Noise+(D-)+Noise) =(D+)-(D-)什么是数据流方向控制？在一个时间只允许一个设备发送1 J 附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三旺通信转换器通过硬件设计来自动控制数据流方向JUTTL馅号如KDTJUTTLjmiLn_TLTLrD-rr*n此方程与前一方程式的结果是一样的，干扰信号被抵消，因此在 RS-485 网络传5、影响 RS-485 高速可靠传输的因素1）信号在电缆中的衰减：、传输电缆的特性阻抗.长度.线路分布影响 R&485 数据传输。电缆乂分仆电容 和分布电感会降低信号的边沿速度，进而降低噪声裕量，而分布电阻直接导致 信号电平的衰减一条传输电缆可以把它看成由分布电容.分布电感和电阻联合组成的等效电路。 由于导线电阻对信号的影响很小，可以忽略不计，因此信号的损失主要是由总 线电缆的分布电容和分布电感组成的 LC 低通滤波器引起分布电容：在请充放电期间导致 CRC 校验错误和整个数据帧传输错误分布电感：对信号的衰减与传输速率有关，传输速率越大衰减越大幕（方泳：在不降低传输速率的前提下，提高传输线的质量，使用分布电容小 的电缆，在分布电容系数一定情况下，总线电缆的分布电容与其长度成正比， 所以在实际应用中应选用分布电容系数小，长度适当的总线电缆2信号反射的影响在通信过程中有两种信号会导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配阻抗不连续：所谓阻抗不连续是指信号在传输总线末端突然遇到电缆阻抗很小 甚至沒有，信号在这个地方引起反射，消除这种反射的方法是在电缆的末端跨 接一个与电缆特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。在总线电缆 的两接终端电阻不会再出现信号反射现象，但是由于通信速率等应用环境对总 线电缆特性阻抗影响，使得通信过程中或多或少的信号反射还会存在，只不过 这样小的反射不会对系统造成影响阻抗不匹配：数据收发器与总线电缆之间阻抗不匹配，造成通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱可在线路上加入偏置电阻，作用是在线路进入空闲 状态后把总线上没有数据时（空闲方式）的电平拉离 0 电平， 即使线路中出现较小的反射信号或干扰， 连接在总线上的 485 设备不会因信号到来而产生错误3）信号干扰-共模干扰是 485 总线的主要干扰，在通信控制领域由于现场情况十分复杂，各个 节点之间存在很高的共模电压，虽然 RS485 接口采用的差分传输方式具有一定 的抗共模干扰能力，但共模电压超过 RS485 接收器的极限接收电压，即大于 +12V 或小于 7V 时，接收器无法正常工作严重时会烧坏芯片或仪器设备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（査询）。 其它设备（从设备）根据主设备査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，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式査询的，则从设备不作任何回应。协议建立了主设备査询的格式：设备（或广播地址.功能代码.所有要发送的数据.一错误检测域解决方法：A.将系统电源与 RS-485 收发器电源隔离B.通过光耦将信号隔离C传输线加屏蔽层D利用已有软件编写适合工程的传输协议，最大程度减少信号干扰的影响RS-422接口标准1：RS-422 标准-RS-422 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义接口电路电气特性。典型的 RS-422 四线接口，实际上还有一根信号地线，共 5 根通讯线6-发送驱动HR-tttt88 4-号地JL -保护地或机H地GWG电恋地RS-422 最大传输距离为 1219M,最大传输速率为 10Mbps,平衡双绞线的长度与传 输速率成反比，在 100Kbps 速率以下才可能达到最大传输距离。只有在很短的距 离下才能最高速率传输。一般 400M 长双绞线最大传输速率为 1MbpsRS422 需要一终端电阻，要求阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时 可不接终端电阻。即 300M 以下不接终端电阻，终端电阻接在传输电缆最远端RS-422 允许在相同传输线上连接多个接收节点，即一个主设备（Master）,其余为从设备（Salve）,从设备之间不能通信，即 RS-422 支持点对多的双向通信。信号线（四线）：T+:RS422 发送正T-:RS422 发送负GND:接地R+:RS422 接收正R-RS422 接收负最大传输距离标准值为 4000 英尺，即 1219 米 最多可接 10 个节点，全双工数据最高传输速率为 10MBpSRS-232. RS-485. RS-422 区别标准RS-232RS-422RS-485工作方式单端差分差分节点数1 收、1 发 （点对点通讯）1 发、10 收 （点对多点通讯）1 发、32 收 （点对多点通讯）最大传输距离15M1200M1200M最大传输速率20Kbps10Mbps10Mbps最大驱动输出电压25V-0.25-+6V-7V+12V发送器输出信号电平（负载最小值）负载5V15V2V6V发送器输出信号电平（空载最大值）空载25V6V6V接收器输入门限3V200mV200mV在构建网络时，应注意如下几点采用一条双绞线电缆作总线，将各个 节点串接起来从总线到每个节点的引出线长度尽量 短，以便使引出线中的反射信号对总 线信号的影响最低1：a,c,e 这三种网络连接尽管不正确，在短距离，低速率仍可能正常工作2：但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重3：主要原因是信号在各支路末端反射后网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络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与原信号叠加，会造成信号质量下降4：RS-485 与 RS422 通信匹配对 RS-485 与 RS-422 总线网络一般要使用终端电阻进行匹配但在短距离与低速率下可以不用考虎终端匹配在什么情况下不用考虑匹配：理论上在每个接收数据信号的终点进行采样时， 只要反射信号存开始采样时衰减到足够低就可以不考虑兀配（在数据传输和电 缆长度时需要进行匹配）,当信号的转换时间超过电信号沿总线单身传输所需 时间的 3 倍以上右不加匹配一般终端匹配采用终接电阻方法探 RS-422 在总线电缆的远端并接电阻探 RS-485 在总线电缆的开始和末端并接终接电阻终接电阻一般在 RS-422 网络中取 100Q ,在 RS-485 网络中取 120Q探 相当于电缆特性阻抗的电阻，大多数双绞线电缆特性阻抗在 100-120Q探 这种匹配方法简单有效，但有一个缺点匹配电阻要消耗较大功率，对开功耗限制比较严格的系统不太适合比较省电的匹配方式是 RC 匹配：利用一只电容 C 隔断直流成分可以节省大部分I功率探 但电容 C 的取值是个难点.需要在功耗和匹配质量间进行折衷还有一种采用二极管的匹配方法探这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信 号.达到改善信号质量的目的，节能效果显著系统接地是个很重要的问题，但常常被忽视，接地处理不当往往会导致系统不 能稳定工作甚至危及系统安全-因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和 传输距离较远的情况下.对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高很多情况下，连接 RS-422. RS-485 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个 接口的A、B 端连接起来，而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合能 正常工作的，但却埋下很大的隐患，这个有以下二个原因共模干扰问题由于主机在发端发完一个信息数据后，将总线置于第三态，即总线空闲时没有 任何信号驱动总线，使 AB 之间的电压在-200+200mV 直至趋于 0V这带来一个问题：接收器输出状态不确定如果接收机的输出为网络中从机将把其舗释为一个新的启动位.并试图读取 后续字节，由于永远不会有停止位，产生一个帧错误结果，不再有设备请求总 线，网络陷于瘫痪状总线空闲会造成两线电压差低于 200mV 的情况外.开路或短路时也会出现这种情在总线上加偏置当总线空闲或开路时，利用偏置电阻将总线偏置在 厂一个确定的状态（差分电压200mV）,将 A 上拉到地，B 下接到 5V,电阻的典型值是 1KQ,具休数 值随电缆的电容变化而变化比较经典的方法，仍然不能解决总线短路时的问题， 有些厂家将接收门限移到-200mV/-50mV,可解决胜 这个问题，况.采取一定的措施避免接收器处于不确定状态5：RS-485 与 RS-422 通信匹配EMI 问题6：RS-485 与 RS-422 的网络失效保护不仅省去了外部偏置电阻，而且解决了 总线短路情况下的失效保护问题