畢業(yè)設計分析了RS485的串口通信協(xié)議

1、摘要本文介紹并分析了 rs485的串口通信協(xié)議，以及口通信協(xié)議的內容。 著重分析了 rs485與rs232的優(yōu)缺點，并說明了他們之間的轉換原理，介 紹并分析了串口通信網(wǎng)絡的接口標準及其特點和具體使用問題。闡述了該 協(xié)議的完整工作過程,rs-485布線注意事項以及rs-485的應用，同時提出 了相應的解決并討論了總線負載能力和傳輸距離z間的具體關系。隨著自 動化程度越來越高，傳統(tǒng)的輸配電操作和控制方式已不再適應當今的 發(fā)展要求，自動化控制系統(tǒng)得到越來越多的運用。rs-485因硬件設計 簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點廣泛應用于工廠自動化、工業(yè)控制 等領域。rs485具有接口簡單、靈活性好、價格低、

2、易于控制等優(yōu)點，可 廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，從中體現(xiàn)了 rs485在工業(yè)生產(chǎn)屮的重要地位。 關鍵詞：串口協(xié)議 串口傳輸與轉換485總線rs485/232引言隨著計算機技術的發(fā)展，在數(shù)據(jù)通信中經(jīng)常采用串行通信來完成信息 交換。在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡以及工業(yè)上的分布式控制檢測系統(tǒng)中，經(jīng) 常采用串行通信來完成信息交換。這類系統(tǒng)要求用最少的信號線來完成通 信任務，rtl 'j- rs485具有性能優(yōu)異、組網(wǎng)簡單的優(yōu)點，在集中控制系統(tǒng)、 分布式控制系統(tǒng)中的應用相當廣泛，特別是在耍求遠距離傳輸?shù)膽弥?rs485應用是相當?shù)膹V泛。但是rs485與rs232 rs422串口的電平信號有不同，就需要

3、他們z間 的相互轉換，就必須通過rs232/rs485轉換接口芯片與rs485總線連接在 一起。本文針對rs485等做了種種分析，并結合實際做分析，讓它與實際緊 密結合目錄摘要1弓丨 言ii第一章串口的介紹11.1串口協(xié)議11. 1. 1 rs-232串行接口標準11. 1.2 rs-422 與 rs-485 串行接 口標準21.2串口插口種類及轉換31.3串口的擴展與應用41.3.1串口的擴展4第二章 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議62.1數(shù)據(jù)傳輸62.1.1數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上轉輸62. 1.2 查詢一冋應62.2 rs485的傳輸方式62.3消息幀72. 3. 1幀格式72. 3.2地址域72. 3. 3如何處理

4、功能域7第三章rs-485和其它串行口區(qū)別93. 1兒種串行口的簡介93. 1. 1 串行口 rs-23293. 1. 2 串行口 rs-48593. 1. 3 串行口 rs-42293. 2 rs-232-c103. 2. 1電氣特性103.2.2連接器的機械特性113. 2. 3 rs-232c 的接 口信號113.3典型的串行通訊14第四章rs-485在工業(yè)上的應用164. 1 rs-485 集線器164.2 rs485/usb 轉換器174. 2. 1硬件電路的設計184.3軟件的編程19參考文獻21致 謝22第一章串口的介紹1串口協(xié)議串口協(xié)議只是定義了傳輸?shù)碾妷?，阻抗等，編程方式和?/p>

5、通的串口一樣。通常我們対于視頻服務器、錄像機、切換臺等直接播出、切換控制主要使 用串口進行，主耍使用到rs-232、rs-422與rs-485三種接口控制。rs-232、 rs-422與rs-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或 協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立口己的高層通信協(xié)議。例如：視頻服務器都帶 有多個rs422串行通訊接口，每個接口均可通過rs422通訊線由外部計算機控 制實現(xiàn)記錄耳播放。視頻服務器除提供各種控制硬件接口外，還提供i辦議接口， 如rs422接口除支持rs422的profile協(xié)議外,還支持louth、odetics、bvw 等通過rs422控制的協(xié)議

6、。rs-232、rs-422與rs-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，都是由電子工業(yè)協(xié)會 （eta）制訂并發(fā)布的，rs-232在1962年發(fā)布。rs-422 rfl rs-232發(fā)展而來， 為改進rs-232通信距離短、速率低的缺點，rs-422定義了一種平衡通信接口， 將傳輸速率提高到10mbps,傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kbps時）， 并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。rs-422是一種單機發(fā)送、多機 接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為tta/eta-422-a標準。為擴展應用范圍， eia又于1983年在rs-422基礎上制定了 rs-485標準，增加了多點、雙向通

7、信 能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力 和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為tta/eia-485-a標準。1.1.1rs-232串行接口標準日前rs-232是pc機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。rs-232被 定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。rs-232采取不平衡 傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地。典型的rs-232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在+5 + 15v,負電平在-5-15v電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為ttl,從開始傳送數(shù) 據(jù)到結束，線上電平從ttl電平到

8、rs-232電平再返冋ttl電平。接收器典型的 工作電平在+3+ 12v與-3-12v0由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2v至3v 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大 為約15米，最高速率為20kbps。rs-232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備） 通訊而設計的，其驅動器負載為3kq7k qo所以rs-232適合本地設備z間的 通信。ttl電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，+5v等價 于邏輯“1”，0v等價于邏輯“0”，這被稱做ttl （品體管-品體管邏輯電平）信 號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設備內部各部分z間通信的標準技術。ttl電平信

9、號對于計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首 先計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也 較低，另外ttl電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅動器 以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下 進行的，而ttl接口的操作恰能滿足這個要求。ttl型通信人多數(shù)情況下，是采 用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適介了。這 是由于可靠性和成本兩而的原因。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問 題，這些問題對可靠性均有影響。ttl輸出高電平24v,輸出低電平0.4vo在室溫下,一般輸出高電平是 3. 5v

10、,輸出低電平是0. 2v。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平x2.0v,輸 入低電平=0. 8v，噪聲容限是0. 4vo1.1.2 rs-422與rs-485串行接口標準(1) 平衡傳輸rs-422、rs-485與rs-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平 衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線立義為a,另一線沱義為b。通常情況 下，發(fā)送驅動器a、b之間的正電平在+2+6v,是一個邏輯狀態(tài)，負電平在-2v -6v,是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地c,在rs-485中還有一 “使能”端， 而在rs-422屮這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅動器與傳輸線 的切斷與連接。當“使能

11、”端起作用吋，發(fā)送驅動器處于高阻狀態(tài)，稱作“笫 三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。(2) rs-422電氣規(guī)定由于接收器釆用高輸入阻抗和發(fā)送驅動器比rs232更強的驅動能力，故允 許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設備 (master),其余為從設備(salve),從設備z間不能通信，所以rs-422支持 點對多的雙向通信。rs-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不 必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置zi'可任何必須的信號交換均可以按軟件方式(x0n/x0ff 握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現(xiàn)。rs-422的最大傳輸距離為4000 英

12、尺(約1219米)，最人傳輸速率為10mbps。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率 成反比，在100kbps速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離 下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率 僅為imbpso rs-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。 在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電 肌接在傳輸電纜的最遠端。(3) rs-485電氣規(guī)定由于rs-485是從rs-422基礎上發(fā)展而來的，所以rs-485許多電氣規(guī)定與 rs-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。rs-485

13、可以釆用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真止的多點雙向通信。rs-485總線， 在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用rs-485串行總線標準。rs-485 采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具 有高靈敏度，能檢測低至200mv的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。rs-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送 電路須由使能信號加以控制。rs-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多 信號線。應用rs-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅動器 和32臺接收器。rs-485與rs-422的不同還在于其共模輸出電壓是不

14、同的，rs-485是-7v至+12v之間,而rs-422在-7v至+7v之間;rs-485滿足所有rs-422 的規(guī)范，所以rs-485的驅動器可以用在rs-422網(wǎng)絡中應用。rs-485與rs-422 一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最人傳輸速率為10mbps。平衡雙絞線的長 度與傳輸速率成反比，在100kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。 只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速 率僅為imbpso(4) rs-422與rs-485的網(wǎng)絡安裝注意要點rs-422可支持10個節(jié)點，rs-485支持32個節(jié)點，因此多節(jié)點構成網(wǎng)絡。 網(wǎng)絡拓撲一般采用

15、終端匹配的總線型結構，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡。在構建網(wǎng) 絡時，應注意如下兒點：*采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節(jié)點串接起來，從總線到每個節(jié)點 的引出線長度應盡量短，以便使引出線屮的反射信號對總線信號的影響最低。*應注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點就會發(fā)生信號的反射。 下列兒種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一 段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線?？傊?，應該提供一條單一、連續(xù)的信號通道作為總線。1.2串口插口種類及轉換串口是一種接口標準，它規(guī)定了接口的電氣標準，簡單說只是物理層的一 個標準。沒有規(guī)定接口插件電纜以及使用的協(xié)議，所以只

16、要我們使用的接口插 件電纜符介串口標準就可以在實際中靈活使用，在串口接口標準上使用各種協(xié) 議進行通訊及設備控制。以上我們了解了串口的協(xié)議，而我們口常工作中接觸最多的是實際的一些 設備的外部接口，我們如何從外形上就知道它是那種接口呢？制作線纜各針腳 如何定義？我們知道串口 rs-232、rs-422與rs-485標準只對接口的電氣特性 做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高 層通信協(xié)議。從我們實際工作屮碰到的使用最多的插口有三種db9 db25 rj45, 上面三種插口插件都可以用作串口插口插件，也可以通過線纜進行插口之間的 轉換。下而我們就三種插口的針腳定義分別說

17、明，三個插口之間的轉換也只要 按照插口定義的線纜跳接即可。表19針串口功能一覽表 -針腳功能1載波檢測2接收數(shù)據(jù)3發(fā)送數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)終端準備完成5信號地線6數(shù)據(jù)準備完成7發(fā)送請求8發(fā)送清除f 9振銃扌6小表2 25針串口功能一覽表針腳功能1空2發(fā)送數(shù)據(jù)3接收數(shù)據(jù)4發(fā)送請求5發(fā)送清除6數(shù)據(jù)準備完成7信號地線8載波檢測9空10空11空12 到 17空18空19空20數(shù)據(jù)終端準備完成21空22振鈴指喬23空24空25空db9 （9腳插口插座）。9針串口功能如表1。db25 （25腳插口插座）。25針串口功能如表2。述有一種插口是rj45,比如湖 北臺使用的品尼高mssl600、mss700視頻服務器的編

18、解碼板控制口都為串口, 插口是rj45的，而播控機的串口插口是db9,因此我們就需要使用轉換線纜。rs485半雙工接法為：rx+和tx+并聯(lián)為data+；rx-和tx-并聯(lián)為data-o rs485全雙工/rs422接法為：full和gnd短接；信號線為rx+, tx+, rx-, tx-,可根據(jù)需要連接gnd。1.3串口的擴展與應用1.3.1串口的擴展一般一臺計算機有兩個串口，而對于一臺播控計算機需要控制的設備遠遠 不上兩臺設備，我們需要同時控制視頻服務器，錄像機、切換臺、字幕機等各 種設備。所以有些技術人員就需要對串口進行擴展，他們使用串口擴展卡對串 口進行擴展,例如他們在播控系統(tǒng)中使用的

19、串口擴展卡moxa ci-134。m0xaci-134是專為工業(yè)環(huán)境通信應用設計的rs-422/485四串口卡。它支 持4個獨立的rs-422/485串口，在一對多點的通信應用下，最多可控制128個 設備。為使rs-485 2線半雙工操作變得更加簡單，每片ci-134卡都具有數(shù)據(jù) 流向自動控制（addc）,不需軟件操作。因此,在windows應用下不需額外的編 碼就能控制rs-485半雙工協(xié)議。為達到工業(yè)環(huán)境對高可靠性產(chǎn)品的要求，其系 列產(chǎn)品提供可選擇的光電隔離（2 kv）和浪涌保護（25 kv esd）功能。產(chǎn)品特點包括：可選擇光電隔離（2kv）和浪涌保護（25kv esd）功能；提 供數(shù)據(jù)

20、流向自動控制 addc （automatic data direction control）功能；rs-485 數(shù)據(jù)控制1: addc或通過rts控制；內建終端電阻；采用芯片碩件流量控制， 保證數(shù)據(jù)不流失；采用先進asic設計，返修率低；支持眾多常見的操作系統(tǒng)。 1.3.2串口在播出控制系統(tǒng)中的應用串口 rs232有效傳輸距離為15米，rs-422的最人傳輸距離為4000英尺（約 1219米），最人傳輸速率為10mbps。我們播控中使用的錄像機如dvcpro、imx 控制接口有rs232、rs422多個接口供選擇，如果使用pin9則為rs422接口， 視頻服務器編解碼口控制都是rs422接口，

21、只是插口為rj45不是db9的，需要 轉換線纜進行轉換。因此我們在控制屮根據(jù)以上特性可以靈活使用，由于主備 控制切換的需要，以及距離的考慮統(tǒng)一選用rs422倒換開關進行倒換，控制 rs422倒換開關的為rs232控制接口，直接由播控機木身的com 口來控制倒換開 關進行倒換，其他控制錄像機、切換臺、視頻服務器編解碼卡使用moxa卡擴展 的rs422接口進入rs422倒換開關進行倒換。整個系統(tǒng)中只有rs422倒換開口 控制是播控機的com （rs232） 口控制，其他都是moxa卡擴展的rs422接口,由 于應急開關需要rs232所以在應急開關前面加了一個rs422轉rs232的轉換器。 通過控

22、制線播控機可以及時發(fā)出播控指令，也可以隨時讀取錄像機、切換臺、 還有視頻服務器的狀態(tài)。rs422、rs485和rs422電路都是以差動方式發(fā)送和接受，不需要數(shù)字地線。 差動工作是同速率條件下傳輸距離遠的根本原因，這正是二者與rs232的根木 區(qū)別，因為rs232是單端輸入輸出，雙工工作時至少需要數(shù)字地線、發(fā)送線和 接受線三條線（異步傳輸），還可以加其它控制線完成同步等功能。rs422通過 兩對雙絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響，而rs485只能半雙工工作，發(fā)、收 不能同時進行，但它只需要一對雙絞線。以上三種接口各有缺點，在實際工作 屮可以根據(jù)需要靈活選用。計算機控制在廣電播控系統(tǒng)屮運用會越來越廣

23、泛，而且隨著計算機技術的 不斷發(fā)展，智能化也會不斷提高，系統(tǒng)也會更加龐大，這就要求我們能更深入 了解計算機的基礎理論，這樣才能更深入的了解系統(tǒng)，維護系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定運行，更好的保障安全播出。市場上的rs-232轉rs-485的轉換器,無源與有源兩種無源一般只是轉換，有源的轉換器除了實現(xiàn)232和485的轉換，還能保證 兩者之間電氣隔離。因為485的線路往往比較長，線路上有干擾，采取隔離措 施后即使485線路上有干擾也不會影響232。第二章數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議rs485是主從式多機通訊協(xié)議，此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結 構，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問

24、其它設備的 過程，如何冋應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯謀并記錄。它制定了消息域格 局和內容的公共格式。此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決 定要產(chǎn)生何種行動。如果需要冋應，控制器將生成反饋信息按木協(xié)議發(fā)出。2.1數(shù)據(jù)傳輸2.1.1數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上轉輸控制器通信使用主一從技術，即僅一設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其 它設備（從設備）根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應反應。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信, 從設備返冋一消息作為冋應，如果是以廣播方式查詢的，則從設備不作任何冋應。協(xié) 議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播

25、）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、 一錯謀檢測域。從設備冋應消息也由協(xié)議構成，包括確認要行動的域、任何要返冋的數(shù)據(jù)和一錯 謀檢測域。如果在消息接收過程屮發(fā)生一錯謀（無相應的功能碼），或從設備不能執(zhí)行 其命令，從設備將建立一錯謀消息并把它作為冋應發(fā)送出去。在對等網(wǎng)絡上，控制器使用對等技術通信，故任何控制都能初始和其它控制器的 通信。這樣在單獨的通信過程中，控制器既可作為主設備也可作為從設備。在消息位，木協(xié)議仍提供了主一從原則，盡管網(wǎng)絡通信方法是“對等”。如果一 控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設備，并期望從設備得到冋應。同樣，當控制器接 收到一消息，它將建立一從設備冋應格式并返冋給發(fā)送的控制器。

26、2.1.2查詢一回應（1）查詢查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設 備要執(zhí)行功能的任何附加信息。錯誤檢測域為從設備提供了-種驗證消息內容是否正 確的方法。（2）回應如果從設備產(chǎn)生一止常的回應，在回應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能 代碼的回應。數(shù)據(jù)段包括了從設備收集的數(shù)據(jù)。如果冇錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改 以用于指出回應消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測 域允許主設備確認消息內容是否可用。2.2 rs485傳輸方式控制器能設置傳輸模式為rs485串行傳輸，通信參數(shù)為9600, n, & 1。在配置每 個控制器的時候，在一個

27、網(wǎng)絡上的所有設備都必須選擇相同的串口參數(shù)。地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1 .數(shù)據(jù)n crc字節(jié)每個字節(jié)的位1個起始位8個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1個停止位錯誤檢測域crc （循環(huán)冗余碼校驗）2.3消息幀2.3.1幀格式傳輸設備將消息轉為有起點和終點的幀，這就允許接收的設備在消息起始處開始 工作，讀地址分配信息，判斷哪一個設備被選中（廣播方式則傳給所有設備），判知 何時信息已完成。錯謀消息也能偵測到并能返冋結果。消息發(fā)送至少要以10ms時間的停頓間隔開始。傳輸?shù)牡谝粋€域是設備地址。網(wǎng)絡設 備不斷偵測網(wǎng)絡總線，包括停頓間隔時間內。當?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設 備都進行解碼以判斷是否發(fā)往口己的。

28、在最后一個傳輸字符z后，一個至少10ms吋 間的停頓標定了消息的結束。一個新的消息可在此停頓后開始。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉輸。如果在幀完成z前有超過5ms時問的停頓時間, 接收設備將刷新不完整的消息并假泄下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果 一個新消息在小于5ms的吋間內接著前個消息開始，接收的設備將認為它是前一消息 的延續(xù)。這將導致一個錯謀，因為在最后的crc域的值不可能是正確的。一典型的消 息幀如下所示：起始間隔設備地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量及數(shù)據(jù)crc校驗結束2.3.2地址域消息幀的地址域包含一個字符8bito可能的從設備地址是0. 247 （十進制）。單個設備的地址范圍是1.2

29、47。主設備通過將要聯(lián)絡的從設備的地址放入消息中的 地址域來選通從設備。當從設備發(fā)送冋應消息時，也把自己的地址放入冋應的地址域 屮，以便主設備知道是哪一個設備作出冋應。地址0是用作廣播地址，以使所有的從設備都能認識。2.3.3如何處理功能域消息幀中的功能代碼域包含了一個字符8bitso可能的代碼范圍是十進制的 1.255。當然，有些代碼是適用于所有控制器，有此是應用于某種控制器，還有些 保留以備后用。當消息從主設備發(fā)往從設備時，功能代碼域將告z從設備需要執(zhí)行哪些行為。 例如去讀取當前檢測參量的值或開關狀態(tài)，讀從設備的診斷狀態(tài)，允許調入、記錄、 校驗在從設備屮的程序等。當從設備冋應時，它使用功能

30、代碼域來指示是正常冋應（無謀）還是有某種錯謀 發(fā)生（稱作異議冋應）。對正常冋應，從設備僅冋應相應的功能代碼。對異議冋應， 從設備返冋一等同于正常代碼的代碼，但功能代碼的最高位為邏輯lo 例如：一從丄設備發(fā)往從設備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1（ |六進制 03h）對正常冋應，從設備僅冋應同樣的功能代碼。對異議冋應，它返冋：1 0 0 0 0 0 1 1（ |六進制 83h）除功能代碼因異議錯謀作了修改外，從設備將一獨特的代碼放到冋應消息的數(shù)據(jù)域 屮，這能告訴主設備發(fā)生了什么錯謀。主設備應對程序得到異議的冋應后，典型的處理過程是垂發(fā)消息，或者診斷

31、發(fā)給 從設備的消息并報告給操作員。從主設備發(fā)給從設備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設備用于進行執(zhí)行由功能 代碼所定義的行為所必須的數(shù)據(jù)。如果沒有錯誤發(fā)生，從設備返冋的數(shù)據(jù)域包含請求的數(shù)據(jù)。如果有錯誤發(fā)生，此 域包含一異議代碼，主設備應用程序可以用來判斷采取下一步行動。在某種消息屮數(shù)據(jù)域可以是0長度。例如，主設備要求從設備冋應通信事件記錄, 從設備回應不需任何附加的信息。數(shù)據(jù)域最長為70字節(jié)。錯誤檢測域包含一字節(jié)8bitso錯誤檢測域的內容是通過對消息內容進行循環(huán)冗 長檢測方法得出的。crc域附加在消息的最后，故crc字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字 節(jié)。具有競爭力。第三章rs-485和其它串行口區(qū)別

32、3. 1幾種串行口的簡介3.1.1 串行口 rs-232-crs -232- c 是美國電子工業(yè)協(xié)會 el a (e1 ectroni c i ndustry associ at i on)制 定的一種串行物理接口標準。rs是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，c 表示修改次數(shù)。rs-232-c總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔 助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需兒條信號線就可 實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。rs-232-c標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、 1200、2400、4800、9600、19

33、200 波特。rs-232-c標準規(guī)定，驅動器允許有2500pf的電容負載，通信距離將受此電 容限制，例如，采用150pf/m的通信電纜時，最人通信距離為15m；若每米電纜 的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是rs-232屬單端信 號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的 通信。3.1.2 串行口 rs-485rs-485總線，在要求通信距離為兒十米到上t米時，廣泛采用rs-485串行 總線rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總 線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mv的電壓，故傳輸信號能在千米以外 得到恢復。r

34、s-485釆用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此， 發(fā)送電路須由使能信號加以控制。rs-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用rs-485可 以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器。3.1.3 串行口 rs-422rs422總線,rs485和rs422電路原理基本相同，都是以差動方式發(fā)送和接 受，不需要數(shù)字地線。差動工作是同速率條件下傳輸距離遠的根本原因，這正是二者與rs232的 根本區(qū)別，因為rs232是單端輸入輸出，雙工工作時至少需要數(shù)字地線。發(fā)送 線和接受線三條線(異步傳輸)，還可以加其它控制線完成同步等功能。rs422通過兩對雙

35、絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響，而rs485只能半雙工 工作，發(fā)收不能同時進行，但它只需要一對雙絞線。rs422和rs485在19kpbs下能傳輸1200米。用新型收發(fā)器線路上可連接臺 設備。串行通信接口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，日前已經(jīng)有兒種。但都是在rs-232標 準的基礎上經(jīng)過改進而形成的。所以，以rs-232c為主來討論。rs-323c標準是 美國eia（電子工業(yè)聯(lián)介會）與bei丄等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。 它適介于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接 口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設備廠商 都生產(chǎn)與rs-232c制

36、式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，id前已在微 機通信接口屮廣泛采用。先說明兩點：首先，rs-232-c標準最初是遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設備dte（data terminal equ i pment）與數(shù)據(jù)通信設備 dce （ data commun i cat i on equipment）而制定的。 因此這個標準的制定，并未考慮計算機系統(tǒng)的應用要求。但kl前它乂廣泛地被 借來用于計算機（更準確的說，是計算機接口）與終端或外設之間的近端連接 標準。顯然，這個標準的有些規(guī)定及和計算機系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾 的。有了對這種背景的了解，我們對rs-232c標準與計算機不兼容的地方就不 難

37、理解了其次,rs-232c標準中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在dte立場上, 而不是站在dce的立場來定義的。由于在計算機系統(tǒng)中，往往是cpu和i/o設 備之i'可傳送信息，兩者都是dte,因此雙方都能發(fā)送和接收。3. 2 串行口 rs-232-crs-232c標準（協(xié)議）的全稱是eia-rs-232c標準，其中el a （electronic industry association）代表美國電子工業(yè)協(xié)會,rs（ecommeded standard）代表 推薦標準，232是標識號，c代表rs232的最新一次修改（1969）,在這z前，有 rs232b、rs232a。它規(guī)定連接電

38、纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。 常用物理標準還有有 eia�rs-232-c、eia�rs-422-a、eia�rs-423a、 eia�rs-485o 這里只介紹 ela�rs-232-c（簡稱 232, rs232）。 例如，h 前在ibm pc機上的com1> com2接口，就是rs-232c接口。3. 2. 1電氣特性e1a-rs-232c對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。在 txd 和 rxd 上：邏輯 l（mark） =-3v-15v邏輯 0 （space）二+3+ 15v在rts、

39、cts、dsr、dtr和dcd等控制線上：信號有效（接通，0"狀態(tài)，正電壓）=+3v+ 15v信號無效（斷開，off狀態(tài)，負電壓）=-3v-15v以上規(guī)定說明了 rs-323c標準對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏 輯“1”（傳號）的電平低于-3v,邏輯“0”（空號）的電平告語+3v；對于控制 信號；接通狀態(tài)（07）即信號有效的電平高于+3v,斷開狀態(tài)（off）即信號無效 的電平低于-3v,也就是當傳輸電平的絕對值大于3v時，電路可以有效地檢查 出來，介于-3+3v z間的電壓無意義，低于-15v或高于+ 15v的電壓也認為無 意義，因此，實際工作時，應保證電平在±

40、（315） v之問。eia-rs-232c與ttl轉換：eia-rs-232c是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與 ttl以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端 的ttl器件連接,必須在eia-rs-232c與ttl電路之間進行電平和邏輯關系的 變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。日前較為廣 泛地使用集成電路轉換器件，如mc1488、sn75150芯片可完成ttl電平到e1a 電平的轉換，而mci489. sn75154町實現(xiàn)e1a電平到ttl電平的轉換。max232 芯片可完成ttlela雙向電平轉換。3.2.2連接器的機械特性連接器:由于rs-2

41、32c并未定義連接器的物理特性,因此，出現(xiàn)了 db-25、db-15 和db-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接 器。（1）db-25： pc和xt機采用db-25型連接器。db-25連接器定義了 25根信號 線，分為4組：（2）異步通信的9個電壓信號（含信號地sg） 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 20,22 20ma 電流環(huán)信號 9 個（12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 23, 24） 空 6 個（9, 10, 11, 18, 21, 25） 保護地（pe） 1個，作為設備接地端（1腳）db-25型連接器的外形及信 號線分配如圖

42、3所示。注意,20ma電流環(huán)信號僅ibm pc和ibm pc/xt機提供， 至at機及以后，已不支持。（3）db-9連接器在at機及以后，不支持20ma電流環(huán)接口，使用db-9連接器，作為提供多 功能i/o卡或主板上com1和com2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信 的9個信號。db-25型連接器的引腳分配與db-25型引腳信號完全不同。因此， 若與配接db-25型連接器的dce設備連接，必須使用專門的電纜線。電纜反度：在通信速率低于20kb/s時，rs-232c所直接連接的最大物理距 離為15m （50英尺）。最大直接傳輸距離說明：rs-232c標準規(guī)尬，若不使用modem,在碼元畸變

43、 小于4%的情況下，dte和dce之問最大傳輸距離為15m （50英尺）?？梢娺@個最 大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要 求，接口標準在電氣特性中規(guī)定，驅動器的負載電容應小于2500pfo3. 2. 3 rs-232c 的接口信號rs-232c規(guī)標準接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7 條備用和未定義線，常用的只令9根，它們是(1) 聯(lián)絡控制信號線：數(shù)據(jù)裝置準備好(data set ready-dsr)有效時(on)狀態(tài)，表明modem處于可以使用的狀態(tài)。數(shù)據(jù)終端準備好(data set ready-dtr)有效時(on)狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)

44、 終端可以使用。這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態(tài)信號有 效，只表示設備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始 進行通信要由下面的控制信號決定。請求發(fā)送(request to send-rts)用來表示dte請求dce發(fā)送數(shù)據(jù)，即當終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信號有效(on狀態(tài))，向modem請求發(fā)送。它用來控 制modem是否要進入發(fā)送狀態(tài)。允許發(fā)送(clear to send-cts) 用來表示dce準備好接收dte發(fā)來的 數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號rts的響應信號。當modem ll準備好接收終端傳來的 數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)

45、據(jù)線txd發(fā)送數(shù) 據(jù)。這對rts/cts請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工modem系統(tǒng)中發(fā)送方式和接 收方式z間的切換。在全雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式z間的切換。在全 雙工系統(tǒng)屮，因配置雙向通道，故不需要rts/cts聯(lián)絡信號，使其變高。接收線信號檢lu (received line detection-rlsd)用來農示dce己接通通信鏈路，告知dte準備接收數(shù)據(jù)。當木地的modem收到由通信鏈路另一端 (遠地)的modem送來的載波信號時，使rlsd信號有效，通知終端準備接收， 并口山modem將接收下來的載波信號解調成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線rxd 送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢lb

46、(data carrier dectect ion-dcd )線。振鈴指示(ringing-ri)當modem收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時, 使該信號有效(07狀態(tài))，通知終端，已被呼叫。(2) 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：發(fā)送數(shù)據(jù)(transmitted data-txd)通過txd終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到 modem, (dte-dce)。接收數(shù)據(jù)(received data-rxd)通過rxd線終端接收從modem發(fā)來的串 行數(shù)據(jù)，(dce-dte)。(3) 地線有兩根線sg、pg信號地和保護地信號線，無方向。上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。 例如，只有當dsr和dt

47、r都處于有效(on)狀態(tài)時，才能在dte和dce之間進 行傳送操作。若dte要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預先將dtr線置成有效(on)狀態(tài)，等cts 線上收到有效(on)狀態(tài)的冋答后，才能在txd線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的 規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定dce已由接收 方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送txd；接收rxd。1個信號地線：sgo6個控制信號：數(shù)傳機(即modem)準備好，data set ready.數(shù)據(jù)終端(dte,即微機接口電路,如intel8250/8251, 16550)準備好,data terminal readydte 請求 dc

48、e 發(fā)送(request to send) odce允許dte發(fā)送(clear to send)，該信號是對rts信號的回答。數(shù)據(jù)載波檢til，data carrier detection當本地dce設備(modem)收到對 方的dce設備送來的載波信號時，使dcd有效，通知dte準備接收，并且由dce 將接收到的載波信號解調為數(shù)字信號，經(jīng)rxd線送給dteo振鈴信號ringing當dce收到交換機送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有 效，通知dte已被呼叫。由于rs-232-c接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處， 主要有以下四點:(1) 接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，乂因為與ttl電

49、平 不兼容故需使用電平轉換電路方能與ttl電路連接。(2) 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbps。(3) 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種 共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。(4) 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在 50米左右。針對rs-232-c的不足,于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準,rs-485就 是其中之一，它具有以下特點：1. rs-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+ (0.26) v表 示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0.26) v表示。接口信號電平比rs-232-c 降低了，就不易損

50、壞接口電路的芯片，且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl 電路連接。2. rs-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps3. rs-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增 強，即抗噪聲干擾性好。4. rs-485最人的通信距離約為1219m,最大傳輸速率為10mb/s,傳輸速 率與傳輸距離成反比，在100kb/s的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離， 如果需傳輸更長的距離，需要加485屮繼器。rs-485總線一般最大支持32個節(jié) 點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節(jié)點，最人的可以 支持到400個節(jié)點。因rs-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的

51、傳輸距離和多站能力等上述 優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般只 需二根連線，所以rs485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。rs485接口連接器采用 db-9的9芯插頭座，與智能終端rs485接口采用db-9 （孔），與鍵盤連接的鍵 盤接口 rs485采用db-9 （針）。5. 采用rs485接口時，傳輸電纜的長度如何考慮？在使用rs485接口時， 對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度 是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。 如果最大電纜長度與信號速率的關系illi線是使用24awg銅芯雙絞電話電纜（線

52、 徑為0.51mm）,線問旁路電容為52.5pf/m,終端負載電阻為100歐時所得出。 可知，當數(shù)據(jù)信號速率降低到90kbit/s以下時，假定最人允許的信號損失為 6dbv時，則電纜長度被限制在1200mo實際上，這樣的illi線是很保導的，在 實 用時是完全可以取得比它人的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得 的最大電纜長度是不相同的。例如：當數(shù)據(jù)信號速率為600kbit/s時，釆用 24awg電纜，則這樣可知最 大電纜長度是200m,若采用19awg電纜（線徑為 0.91mm）則電纜長 度將可以人于200m,若采用28awg電纜（線徑為0.32mm） 則電纜長度只能小于200mors-4

53、85總線，在要求通信距離為兒十米到上t米時，廣泛采用rs-485串行 總線標準。rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 加上總線收發(fā)器具有高靈敬度，能檢測低至200mv的電壓，故傳輸信號能在千 米以外得到恢復。rs-485釆用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送 狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。rs-485用于多點互連時非常方 便，可以省掉許多信號線。應用rs-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)，其允許最多 并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器。以往，pc與智能設備通訊多借助rs232、rs485、以太網(wǎng)等方式，主要取決 于設備的接口規(guī)范。但rs232、rs485

54、只能代表通訊的物理介質層和鏈路層,如 果要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應用程序，但這種程序多數(shù)都 不能符合iso/osi的規(guī)范，只能實現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設備類型，程 序不具備通用性。在rs232或rs485設備聯(lián)成的設備網(wǎng)中，如果設備數(shù)量超過2 臺，就必須使用rs485做通訊介質,rs485網(wǎng)的設備間要想互通信息只有通過“主 （master）”設備中轉才能實現(xiàn)，這個主設備通常是pc,而這種設備網(wǎng)屮只允許 存在一個主設備，其余全部是從（slave）設備。而現(xiàn)場總線技術是以is0/0si 模型為基礎的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈 路維護等問題。3.3典

55、型的串行通訊標準典型的串行通訊標準是，它們定義了電壓，阻抗等，但不對軟件協(xié)議給 予定義，于是rs232, rs485的特性包括：1. rs-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+ (26) v表示；邏 輯“0”以兩線間的電壓差為- (26) v表示。接口信號電平比rs-232-c降低 t，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl電 路連接。2. rs-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps。3. rs-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強, 即抗噪聲干擾性好。4. rs-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達300

56、0米，另 外rs-232-c接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器,即單站能力。而rs-485接口 在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單 一的rs-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡。因rs-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述 優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡一般只需二 根連線，所以rs485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。rs485接口連接器采用db-9 的9芯插頭座，與智能終端rs485接口采用db-9 (孔)，與鍵盤連接的鍵盤接口 rs485采用 db-9 (針)。第四章rs-485工業(yè)上的應用4.1 rs-

57、485集線器rs-485集線器是一款專為解決復雜的電磁場環(huán)境下rs-485總線人系統(tǒng)要求而設 計的rs-485總線分割集屮器(485hub)?？梢蕴峁└屿`活的rs-485星型總線結構 rs-485接口輸入、輸出端均采用獨立驅動方式，改變原有總線的單一式結構為星型網(wǎng) 絡結構，可以給工程建設及系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來極人的好處。產(chǎn)品特點：工業(yè)級光電隔離：為所有的rs-485接口提供3kv以上的光電隔離，有效的解決了 外界雷擊浪涌和地電位差帶來的傳輸問題。短路開路保護：具rs-485端口故障告警功能，并能自動切掉故障端口，這種設 計能夠保證當其中連接的rs-485端口設備發(fā)生故障時，出現(xiàn)問題的rs-485端口將被 隔離，以確保其他網(wǎng)段的設備正常工作。星形連接：提供更加靈活的rs-485星型總線結構rs-485接口輸入、輸出端均采 用獨立驅動方式，改變原有總線的單一式結構為網(wǎng)絡結構給工程建設及系統(tǒng)的穩(wěn)定性 帶來極人的好處。數(shù)據(jù)流向自動控制：通過硬件解決數(shù)據(jù)流向問題，自動判別和控制數(shù)據(jù)傳輸方向。技術參數(shù):接口特性：串口符合eiars-232/485協(xié)議電氣接口：串口接口位接線端子傳輸介質：超五類雙絞屏蔽線或者485