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工业电路板上串口通信介绍

2016/09/02 | 作者: 广州科誉 | 查看: | 评论: 0 | 来源: 盈科电路板维修培训网

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工业电路板上串口通信介绍

一、RS-232

RS-232在1962年发布,命名为EIA-232-E,作为工业标准,以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。

1、RS-232通信端口

 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

DCD

8

数据载波检测

DCD

2

接收数据

RXD

3

接收数据

RXD

3

发送数据

TXD

2

发送数据

TXD

4

数据终端准备

DTR

20

数据终端准备

DTR

5

信号地

GND

7

信号地

GND

6

数据设备准备好

DSR

6

数据准备好

DSR

7

请求发送

RTS

4

请求发送

RTS

8

清除发送

CTS

5

清除发送

CTS

9

振铃指示

DELL

22

振铃指示

DELL

目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯

收、发端的数据信号是相对于信号地,如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚(信号地)的电平,DB25各引脚定义参见上图。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5~+15V,负电平在-5~-15V电平。当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

2、RS232C串口通信接线方法(三线制)

串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连

·       同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;

·       两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)

 9针-9针

25针-25针

9针-25针

2

3

3

2

2

2

3

2

2

3

3

3

5

5

7

7

5

7

上面表格是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼些交叉,信号地对应相接。3、串口的电气特性
1)RS-232串口通信最远距离是50英尺
2)RS232可做到双向传输,全双工通讯,最高传输速率20kbps
3)RS-232C上传送的数字量采用负逻辑(逻辑1:-3 ~-15V ,逻辑0:+3~+15V ),且与地对称,所以RS-232与单片机连接时常常需要加入电平转换芯片

二、RS485和RS422

RS-422由RS-232发展而来,它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(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、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,后命名为TIA/EIA-485-A标准。

RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同,都是以差动方式发送和接受,不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因,这正是二者与RS232的根本区别,因为RS232是单端输入输出,双工工作时至少需要数字地线发送线和接受线三条线(异步传输),还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响,而RS485只能半双工工作,发收不能同时进行,但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。

1、平衡传输

RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,如下图。通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2~6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422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”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。

2、RS-485电气规定

由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,参见下面左图。

采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进, 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备,参见下面右图。


RS-485
与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间。 

RS-485需要2个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。

规定

RS232

RS422

R485

工作方式

单端

差分

差分

节点数

1收、1发

1发10收

1发32收

最大传输电缆长度

50英尺

400英尺

400英尺

最大传输速率

20Kb/S

10Mb/s

10Mb/s

最大驱动输出电压

+/-25V

-0.25V~+6V

-7V~+12V

驱动器输出信号电平
  (负载最小值)

负载

+/-5V~+/-15V

+/-2.0V

+/-1.5V

驱动器输出信号电平
  (空载最大值)

空载

+/-25V

+/-6V

+/-6V

驱动器负载阻抗(Ω)

3K~7K

100

54

摆率(最大值)

30V/μs

N/A

N/A

接收器输入电压范围

+/-15V

-10V~+10V

-7V~+12V

接收器输入门限

+/-3V

+/-200mV

+/-200mV

接收器输入电阻(Ω)

3K~7K

4K(最小)

≥12K

驱动器共模电压


-3V~+3V

-1V~+3V

接收器共模电压


-7V~+7V

-7V~+12V

 

三、RS232和RS485调试"秘技"

串口通信RS232和RS485在工业设备中使用非常广泛,具有兼容性强、调试简单、运行可靠、现场抗干扰能力强等优点。但是实际使用中,RS232和RS485的调试工作还是让很多技术人员感到麻烦,广州科誉电子有限公司的维修工程师通过实战掌握了一些简单的秘技,可以对调试工作起到很大的作用。

1、RS232串口通信有3个要点:

1)收发线连接一定要正确;

2)波特率是否一致;

3)流控制设置对了没有。

2、RS485串口通信有2个要点:

1)AB线连接对了没有;

2)波特率是否一致。

关于设备的波特率和流控制,可以通过软件进行设置;如果连接线不对,可以不动设备就能检测出来,

方法如下:1)RS232在2个通信的设备连接好,上电的情况下,测量串口线2-5、3-5字节电压,2个电压都是+-3V以上,说明连接线是对的,如果其中一个是0,那么收发线接反了,(或者断线了),2-3交换下连接即可;2)RS485在2个通信设备连接好,上电的情况下,测试2线之间的电压,如果电压在3V左右,则是正常的,如果是0,很可能,AB两线接反了。

 

 


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