RS232、RS485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

1、第三講 RS232、RS485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS232標(biāo)準(zhǔn) RS485標(biāo)準(zhǔn)RS232、RS485這兩個(gè)詞經(jīng)常聽(tīng)到，它究竟是干什么的？在異步串行通信中，通信雙方除了要遵守前面所說(shuō)的異步串行協(xié)議外，還必須要求通信的雙方采用相同的接口標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行正常的通信。也就是說(shuō)串行接口的信號(hào)線定義、電氣規(guī)格等要相同，這些設(shè)備才能相互連接。 即需要一個(gè)統(tǒng)一的串行通信接口。RS232、RS485是目前常用的兩種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)5.1、 RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)接口及其電氣特性 RS-232C 修改次數(shù) 標(biāo)識(shí)號(hào) 推薦標(biāo)準(zhǔn) RS-232是美國(guó)EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS232接口標(biāo)志主要

2、對(duì)串行通信的連接電纜、機(jī)械、電氣特性信號(hào)功能以及傳送的過(guò)程進(jìn)行了明確的規(guī)定。DTEDTEDCEDCERS232CRS232C電話線雙絞線作為一種標(biāo)準(zhǔn)在微機(jī)通信接口中得到廣泛的應(yīng)用。最初的想法演變后. 對(duì)于一般雙工通信，只需幾條信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)：一條發(fā)送線、一條接收線、一條地線。 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為：50、75、100、300、600、1200、2400、4800、9600、19200b/s。信號(hào)傳輸速率為2400b/s時(shí)，最大傳輸距離為15m。屬于短距離通信。 5.1.1 RS-232C電氣特性帶37K負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平0:+3V +25V,1:-25V +25V不帶負(fù)載時(shí)

3、驅(qū)動(dòng)器輸出電平U0-25V25V驅(qū)動(dòng)器通斷時(shí)輸出阻抗300輸出短路電流0.5A驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率30V/us接收器輸入阻抗37K接收器輸入電壓-25V+25V輸入開(kāi)路時(shí)接收器的輸出邏輯1輸入經(jīng)300接地時(shí)接收器的輸出邏輯1+3V輸入時(shí)接收器的輸出邏輯0-3V輸入時(shí)接收器的輸出邏輯1不能識(shí)別時(shí)過(guò)渡區(qū)-3V+ 3V最大負(fù)載電容2500PF5.1.2 計(jì)算機(jī)9芯串口引腳信號(hào)功能引腳號(hào)信號(hào)名稱(chēng)方 向信號(hào)功能1DCD*PC機(jī)對(duì)方PC機(jī)收到遠(yuǎn)程信號(hào)2RXDPC機(jī)對(duì)方PC機(jī)接收數(shù)據(jù)3TXDPC機(jī)對(duì)方PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR*PC機(jī)對(duì)方PC機(jī)準(zhǔn)備就緒5GND信號(hào)地6DSR*PC機(jī)對(duì)方對(duì)方準(zhǔn)備就緒7RTS*PC機(jī)對(duì)方

4、PC機(jī)請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)8CTS*PC機(jī)對(duì)方對(duì)方已經(jīng)切換到接收狀態(tài)9RI *PC機(jī)對(duì)方通知PC機(jī)，線路正常 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) transmitted data RXD 接收數(shù)據(jù) received data RTS 請(qǐng)求發(fā)送 request to send CTS 允許發(fā)送 clear to send DSR 數(shù)據(jù)裝置就緒 DCE ready DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR ready DCD 數(shù)據(jù)載波檢出 receive line signal detector RI 振鈴提示 ring indicator 2 TxD (OUT)RxD (IN)37 GND電平轉(zhuǎn)換3 TxD2 RxDGNDMCUP

5、C/MCU個(gè)人計(jì)算機(jī)與HC08微控制器的通信連接近距離通信15m可用電纜直接相連5.1.3 電平轉(zhuǎn)換注意： C1、C2、C3、C4及V+、V-是電源變換部分。 C1、C2、C3、C4須選用鉭電容。連接時(shí)盡量靠近芯片。提高抗干擾能力。 C5是去耦電容，減少芯片對(duì)電源噪聲的敏感。 T1IN、T2IN和R1OUT、R2OUT可分別連接TTL/CMOS電平的單片機(jī)的串行發(fā)送端TxD和接收端RxD。 T1OUT、T2OUT和R1IN、R2IN分別連接到RS-232的PC機(jī)串行接收端和發(fā)送端。邏輯0邏輯1單片機(jī)及PC機(jī)電平030Vcc70VccVccRS-232C的電平+5+15V-155V 為什么要電平

6、轉(zhuǎn)換？距離。 為什么要使用MAX232？ MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232輸出電平所需要的正負(fù)10V電壓，所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的5V電源就可以了。加上價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單。故被廣泛采用。68HC08CPUPC機(jī)、其他機(jī)、其他單片機(jī)單片機(jī)5.2 RS-485標(biāo)準(zhǔn)隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，由單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，尤其是在要求響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制量多的應(yīng)用場(chǎng)合，使用多個(gè)單片機(jī)結(jié)合PC機(jī)構(gòu)成分布式系統(tǒng)是個(gè)很好的解決方案。另外，RS232接口因其傳輸速率慢、傳送距離短而無(wú)法滿足通信系統(tǒng)的要求，實(shí)際系統(tǒng)中往往使用RS485

7、接口標(biāo)準(zhǔn)。485接口MCU被監(jiān)測(cè)設(shè)備485接口MCU被監(jiān)測(cè)設(shè)備485接口MCU被監(jiān)測(cè)設(shè)備232/485接口卡主控機(jī)（PC）PC控制的單片機(jī)485現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)RS485總線節(jié)點(diǎn)N節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)1數(shù)據(jù)采集輪詢節(jié)點(diǎn)信息，收集并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集器5.2.1 RS485總線介紹1、 RS-232接口的主要缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)傳輸速率慢：通常異步通信速率限制在19.2kb/s以下。對(duì)于同步系統(tǒng)不能滿足傳送速率要求。 傳送距離斷：RS-232接口的一般裝置之間電纜長(zhǎng)度為15m。電纜最長(zhǎng)不會(huì)超過(guò)60m。 抗干擾能力差：?jiǎn)味穗娐返氖褂脽o(wú)法抑制共模干擾，各信號(hào)間易受到串?dāng)_。1、單端電路 通信雙方的接地電位的電 位差相差比較

8、大。2、最大負(fù)載電容12 K負(fù)載阻抗37k60 對(duì)共用電電壓范圍（V）正負(fù)25-7+12RS232、RS485標(biāo)準(zhǔn)性能比較5.2.1 接口器件 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)接口器件 有：MAX481/483/485/487/488/489/490/491/1487 。 它們都是用于 RS-485 或 RS-422 標(biāo)準(zhǔn)通信的小功率收發(fā)器，使用單一+5V 電源，內(nèi)含一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。只需用雙絞線分別將 A、B、Y 與 Z 同名端相連并接上終端匹配電阻即可實(shí)現(xiàn)通信。引腳號(hào)符號(hào)縮寫(xiě)說(shuō)明1Shield屏蔽地2RTS+請(qǐng)求發(fā)送+3RTS-請(qǐng)求發(fā)送-4TXD+發(fā)送數(shù)據(jù)+5TXD-發(fā)送數(shù)據(jù)-6CTS+允許發(fā)

9、送+7CTS-允許發(fā)送-8RXD+接收數(shù)據(jù)+9RXD-接收數(shù)據(jù)-9引腳連接器信號(hào)說(shuō)明半雙工通信RS485的驅(qū)動(dòng)接口部分通常由Maxim公司生出的差分平衡器收發(fā)芯片MAX483、485、487、489、MAX491、490系列以及SN75LBC184構(gòu)成。芯片內(nèi)部均集成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，符合RS422/RS485通信標(biāo)準(zhǔn)。管腳號(hào)管腳名稱(chēng)功能說(shuō)明1RO接收器輸出：A-B0.2V,RO=1、A-B+0.2V100-0.2V000輸入開(kāi)路110高阻應(yīng)用電路RS485網(wǎng)絡(luò)在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號(hào)，保證信號(hào)傳輸無(wú)毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。5.2.2 PC

10、COM 接口電路設(shè)計(jì) 利用已有的 COM1 或 COM2 串行口。 首先需將 COM1/COM2 串行口的 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為與 TTL 電平兼容的 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)電平，可以使用前面介紹的 MC1488/1489 或 MAX232 等電平轉(zhuǎn)換器件。 RS-232 RxD - RS-485 RO RS-232 TxD - RS-485 DI RS-232 DTR -RS-485 /RE RS-232 RTS -RS-485 DE 5.2.3 接地與匹配1、接地問(wèn)題 當(dāng)使用環(huán)境較惡劣，傳輸距離較遠(yuǎn)或傳輸速率很高時(shí)，建議使用帶屏蔽線的雙絞線電纜，屏蔽線作為地線，且在電纜的一端（如主站一

11、端）應(yīng)可靠地接入大地，電纜的另一端（如從站一端）則懸空。 因?yàn)殡娎|兩端接地時(shí)的電位不可能完全相等，所以會(huì)在屏蔽線中產(chǎn)生地電流而產(chǎn)生干擾。 另一種解決方案時(shí)屏蔽線兩端都不接地，而是分別通過(guò)一個(gè)約100歐姆/1W左右的限流電阻將屏蔽線接各自的公共地，即機(jī)殼，這樣可以抑制地電流地干擾。2、終端匹配 從理論上講，終端匹配電阻應(yīng)等于電纜地特性阻抗。才能徹底抑制傳輸線終端形成的反射現(xiàn)象。3、 其它考慮 當(dāng)傳輸電纜線處在戶外時(shí)，必須考慮雷擊地問(wèn)題。 應(yīng)選用抗雷擊地芯片，如SN75LBC184。 其內(nèi)部集成了4個(gè)瞬間過(guò)壓保護(hù)二極管，可以承受400W的瞬間脈沖功率。5.2.4 RS-485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理

12、一般采用主從式結(jié)構(gòu)： 從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，一切由主機(jī)控制。 從機(jī)之間不能相互通信，即使有信息也需要通過(guò)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。 通信規(guī)則 由于 RS-485 通信是一種半雙工通信，發(fā)送和接收共用同一物理通道，在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單片機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽(tīng)到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下才能應(yīng)答。 半雙工通信對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓，無(wú)法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須遵從以下幾項(xiàng)原則： (1) 復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 /RE、DE 端控制的。/RE=1，DE=1 時(shí)，處于發(fā)送狀態(tài)；/RE=0，DE=0 時(shí)， 處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī)的一根口線連接 /RE、DE 端。在上電復(fù)位時(shí)，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，加上電時(shí)各電路的不穩(wěn)定，可能向總線發(fā)送信息。 因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口線反向后接入芯片的控制端，使上電時(shí)芯片處于接收狀態(tài)。 另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如上電時(shí)或正式通信之前，對(duì)串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。控制端 /RE、DE 的信號(hào)的有效脈寬應(yīng)