計算機通信技術(shù)第10章通信接口及標(biāo)準(zhǔn)

1、計算機通信技術(shù)第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 計算機通信系統(tǒng)由中心處理機、通信控制器、傳輸信道、調(diào)制解調(diào)器和終端等部分組成。這些組成部分又由若干設(shè)備構(gòu)成，設(shè)備之間只有正確連接，才能配套成完整的系統(tǒng)。計算機通信是在各種類型的用戶終端和計算機之間進行的，因此，計算機、終端和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的連接需要有標(biāo)準(zhǔn)的接口。這樣在設(shè)計系統(tǒng)時，可任意選擇適合于該系統(tǒng)的設(shè)備，構(gòu)成比較合理的系統(tǒng)。 本章主要介紹RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)、RS-422A、RS-423-A、RS-485和RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)、USB接口和RJ-45接口。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.1引言 在計算機通信系統(tǒng)中，有若干終端

2、要連接到通信控制器上，有時還要采用多路復(fù)用器和集中器，以及遠距離通信時采用調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。顯然，在通信控制器與MODEM之間、MODEM與多路復(fù)用器、集中器與終端間都必須有接口，這個接口通常稱通信接口。圖10-1給出了接口在計算機通信系統(tǒng)中所處的位置。 第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-1接口在計算機通信系統(tǒng)中的位置第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 圖10-1中數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）可以是一般終端，也可以是計算機。數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）代表MODEM及其它為數(shù)據(jù)終端和通信線路之間提供變換和編碼功能的設(shè)備，完成建立、保持和釋放線路連接功能的設(shè)備等。對不同的通信線路，DCE所包含的設(shè)備也不一樣。第

3、10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.2 RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的。RS-232-C發(fā)布于1962年，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。目前RS-232-C是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232-C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(biāo)準(zhǔn)。RS-232-C采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。其中RS是Recommended Standard的縮寫，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)志，C表示最后一次修訂。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.2.1 電氣特性 EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電

4、平和各種信號線功能都作了規(guī)定。表10-1列出了RS-232-C接口的主要電氣性能。由表10-1可見，在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V-15V ；邏輯0(SPACE)=+3+15V 。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V+15V ；信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V-15V。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義中，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）的電平高于+3V；對于控制信號：接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+ 3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無

5、效的電平低于-3V，也就是當(dāng)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之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應(yīng)保證電平在(315)V之間。如圖10-2所示為RS-232-C的接口電壓特性。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，即邏輯“1”為-5V-15V，即邏輯“0”為+5V+15V。而TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)，即電平的邏輯“1”和邏輯“0”分別為2.4V和0.4V。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232-C與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換

6、的方法可用分立元件，也可用專用集成電路芯片。 第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C是一種不平衡的電路接口，如圖10-3所示，當(dāng)收發(fā)兩端處于不同的信號地電位時會造成傳輸差錯。例如，若DTE的信號地電位比DCE的信號地高5V（假設(shè) ），DTE發(fā)出-5V的電壓代表“1”，DCE接收到這個電壓時，它對于DCE的信號地端只有0伏，從而影響了DCE正確接收這個數(shù)據(jù)。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-3 RS-232-C接口電路第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C的電氣特性有一些不足之處，首先是參考“信號地”問題。發(fā)送端和接收端電壓是對信號地測量的，信號地線與邏輯地線連接在一起，但發(fā)送端和接收端的

7、邏輯地線可能不一致，使信號地線中有地電流。而導(dǎo)線是有電阻的，所以導(dǎo)線的兩端存在電壓降。當(dāng)發(fā)送器對接口電路加電壓時，這個電壓降會使接收器收到的電壓與沒有電位差時收到的電壓不同。為了盡量減少地電位對信號的影響，RS-232-C接口使用較高的傳送電壓。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 其次是電纜電容。EIA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在數(shù)據(jù)傳輸率為了20kb/s時，被驅(qū)動電路的電容（包括所有連電纜電容）必須小于2500pf。因此。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s時，RS-232-C傳輸電纜的長度不能超過50英尺（15.24m）。實際上可以正常工作的電纜長度遠遠大于給出的限制，但由于電纜電容、時鐘頻率變化、

8、噪聲干擾和地電位差的影響，會使工作不可靠。當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率降低時，可增加傳輸距離。如果速率為1200bps時，傳輸距離可達3000英尺，速率為9600bps時，傳輸距離為200英尺。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.2.2 機械特性 RS-232-C接口規(guī)范并沒有對機械接口做出嚴格規(guī)定。它的機械接口一般有9針、15針和25針三種類型。標(biāo)準(zhǔn)的RS-232-C接口使用25針的DB連接器，在早期的計算機（如PC或XT機型）上廣泛使用。但在AT機以后的機型上，實際均采用了9針的簡化版本應(yīng)用，現(xiàn)在所說的232通訊均默認為9針的接口。圖10-4顯示了9針通訊的接口管腳名稱。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-4 9

9、針通訊的接口管腳第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.2.3 功能特性 RS-232-C的功能特性是指它的每個引腳的名稱及功能，以及相互間的操作關(guān)系。如圖10-5為RS-232-C的引腳的名稱及功能。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-5 RS-232-C引腳名稱圖第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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，常用的只有9根，它們是： （1）控制信號線： DSR：數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備就緒。由DCE發(fā)至DTE的信號，有效時為（ON）狀態(tài)。用于通知數(shù)據(jù)終端MODEM已準(zhǔn)備好。 DTR：數(shù)據(jù)終端就緒。由DTE發(fā)至DCE的信號，有效時為（O

10、N）狀態(tài)。用于通知MODEM數(shù)據(jù)終端已準(zhǔn)備好，可以通信了。 RTS：請求傳送。由DTE發(fā)至DCE的信號，有效時為（ON）狀態(tài)。用于通知MODEM DTE請求發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，向數(shù)據(jù)通信設(shè)備請求發(fā)送。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) CTS：允許發(fā)送。由DCE發(fā)至DTE的信號，它是對請求發(fā)送信號RTS的應(yīng)答信號。用來表示MODEM已準(zhǔn)備好，可以接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)。 RLSD：接收線信號檢測，也叫做數(shù)據(jù)載波檢測信號(Data Carrier detection-DCD）。用于通知DTE，DCE已經(jīng)接通通信鏈路，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。 RI：振鈴指示。由DCE發(fā)至DTE的信號，有效時為（ON）狀態(tài)，

11、用于通知終端，已被呼叫。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)（2）數(shù)據(jù)線： TxD：發(fā)送數(shù)據(jù)，由DTE發(fā)至DCE的信號。通過TxD引腳終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM。在不發(fā)送數(shù)據(jù)時，一直保持負電壓，即“傳號”狀態(tài)。 RxD：接收數(shù)據(jù)，由DCE發(fā)至DTE的信號。通過RxD引腳終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)（3）地線 SG：信號地。該引腳為所有電路提供參考電壓，無方向。無論電纜如何連接，這條線是必不可少的。 PG：保護地。通常連接在設(shè)備機殼上，也可以與外部大地相連，也無方向。 在上述各信號線中，發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、信號地，這三條線是最基本的。DSR、DTR、DCD和RI是針對電話

12、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的，在本地互連的計算機系統(tǒng)中，最常用到的聯(lián)絡(luò)信號是DTR、DSR、RTS、CTS。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.2.4 過程特性 RS-232-C的過程特性規(guī)定了各接口之間的相互關(guān)系和動作順序等內(nèi)容，其操作過程是在各條控制線有序的狀態(tài)配合下進行的。10.2.5 RS-232-C常用的連接方法圖10-7 計算機與調(diào)制解調(diào)器的典型連接方法第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)是連接DTE和DCE的標(biāo)準(zhǔn)。如果我們定義計算機為DTE設(shè)備，調(diào)制解調(diào)器為DCE設(shè)備，那么計算機和調(diào)制解調(diào)器之間的連線就是RS-232-C的標(biāo)準(zhǔn)連接方法。除此之外，RS-232-C還可以作為計算機與計算機、計算機

13、與外設(shè)之間的標(biāo)準(zhǔn)連接。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)常用的連接方法如下。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 計算機與調(diào)制解調(diào)器的連接 計算機與調(diào)制解調(diào)器的連接是一種典型連接方法，其連接方式如圖10-7所示。這種連接方法實現(xiàn)了計算機遠程通信的物理層標(biāo)準(zhǔn)。在鏈路層及更高層協(xié)議的作用下，就可以實現(xiàn)計算機間的數(shù)據(jù)通信。其典型連接在公用電話網(wǎng)上的應(yīng)用如圖10-8所示。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-8典型連接在公用電話網(wǎng)上的應(yīng)用第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)“空”調(diào)制解調(diào)器連接方式 在實際使用中，若進行近距離通信，即不通過電話線進行遠程通信，則不需要使用DCE，而直接把DTE連接起來，稱為“空”調(diào)制解調(diào)器連接方式。此時調(diào)制解調(diào)器

14、已退化成了一個線路交叉，不起任何作用了。 “空”調(diào)制解調(diào)器連接方式在具體問題上會遇到問題。首先是RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)是為DTE和DCE設(shè)備間連接而制定的，正像上面我們介紹的那樣，引腳信號的相互作用使得計算機間的通信得以正確進行。而去掉調(diào)制解調(diào)器后，兩臺計算機具有相同的連接器，都是RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)連接器，如果按照引腳一一對應(yīng)方法連接兩臺計算機，就會造成輸入和輸入相連，輸出和輸出相連，不僅數(shù)據(jù)無法正確傳第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 輸，而且由于RTS、CTS、DTR、DSR等信號不能相互作用而導(dǎo)致根本無法通信。這種錯誤的連接方式如圖10-9所示。 圖10-9 “空”調(diào)制解調(diào)器的錯誤連接第10章 通

15、信接口及標(biāo)準(zhǔn) 正確的“空”調(diào)制解調(diào)器連接方式要借助與專門的電纜，僅收發(fā)雙方的輸入和輸出連接，且同時滿足RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)握手信號要求。這實際上是一種欺騙的手段，它讓通信雙方在沒有調(diào)制解調(diào)器的情況下依次完成有調(diào)制解調(diào)器時的信號作用過程，這也正是“空”調(diào)制解調(diào)器的由來?！翱铡闭{(diào)制解調(diào)器的連接方式如圖10-10所示。這種“空”調(diào)制解調(diào)器的連接方式一般只用于近距離通信，通信距離不超過15m。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-10 “空”調(diào)制解調(diào)器的連接方式第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 簡化的三線連接方式 現(xiàn)在通常計算機均配有這種標(biāo)準(zhǔn)的RS-232-C接口。實際應(yīng)用中，電子工程師在設(shè)計計算機與外圍設(shè)備的通信

16、時，通常在9針的基礎(chǔ)上再進行簡化，只用其中的2、3、5三個管腳進行通信。這三個管腳分別是接收線、發(fā)送線和地線，在一般情況下即可滿足通信的要求，計算機和外部通訊的接線方法如圖10-11所示：第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-11簡化的三線連接方式第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 值得注意的是，圖10-11中2、3兩腳是交叉互聯(lián)的，這很容易理解，因為一個設(shè)備的發(fā)送線必須聯(lián)接到另外一臺設(shè)備的接收線上，反之亦然。在這種連接方式中，對異步通信適配器編程時一定要將CTS和DSR信號設(shè)置為高電平。這種三線連接方式在短距離串行異步通信中應(yīng)用十分普遍，如計算機與串行打印機的通信，計算機與單片、單板機系統(tǒng)的通信等等。第10

17、章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.3 RS-423-A/RS-422-A/RS-485/RS-44910.3.1 RS-423-A 為了克服RS-232-C的缺點，提高傳輸速率，增加通信距離，EIA在1987年提出了RS-423-A總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-423-A規(guī)定為單端線，并且與RS-232-C的規(guī)定是兼容的，參考電平為地。RS-423-A采用非平衡線路。該標(biāo)準(zhǔn)的主要優(yōu)點是: 在接收端采用了差分接收方式。其接口電路如圖10-12所示。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-12 RS-423-A接口電路 第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 在有電磁干擾的場合，干擾信號將同時混入兩條通信線路中，產(chǎn)生共模干擾，而差分輸入對共模

18、干擾信號有較高的抑制作用，這樣就提高了通信的可靠性。RS-423-A用-6V表示邏輯“1”，用+6V表示邏輯“0”，而RS-232-C的接收電壓范圍是 ，所以，RS-423-A不通的接收器僅對差動信號敏感。當(dāng)信號線之間的電壓低于-0.2V時表示“1”，大于0.2V時表示“0”。接收芯片可以承受 的電壓，因此，可以直接與RS-232-C相連。根據(jù)使用經(jīng)驗，采用普通雙絞線，RS-423-A線路可以在130m用100k的波特率可靠通信。在1200m內(nèi)，可用1200波特進行通信。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.3.2 RS-422-A RS-232-C雖然應(yīng)用很廣，但因其推出較早，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信中已暴露

19、出明顯的缺點、數(shù)據(jù)傳輸速率低、通信距離短、接口處信號容易產(chǎn)生串?dāng)_等。鑒于此，EIA制定出了RS-422A標(biāo)準(zhǔn)。它是為了改善RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性，又考慮與RS-232-C兼容而制定的一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，可以通過RS-232-C的物理接口標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-13 RS-422-A 接口電路第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-422A標(biāo)準(zhǔn)是一種以平衡方式傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。所謂的平衡就是指雙端發(fā)送雙端接收，傳送信號要用兩條線AA和BB。它與RS-423-A的根本差別是：發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動接收器，如圖10-13所示。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性對邏輯電平的定義是根據(jù)

20、兩條傳輸線之間的電位差來決定的。當(dāng)AA線電平比BB線電平低-2V時，表示邏輯“1”；當(dāng)AA線電平比BB線電平高+2V時，表示邏輯“0”。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 很顯然，這種方式與RS-232-C所采用的單端接收器和單端發(fā)送器，只用一條信號線傳送信息，并且根據(jù)該信號線上電平相對于公共的信號地電平的大小來決定邏輯“0”和邏輯“1”是不同的。 由于RS-422-A標(biāo)準(zhǔn)采用了雙線傳輸，大大增強了抗共模干擾的能力。因此，比RS-232-C傳輸信號距離長，速度快，傳輸速率最大值為10Mb/s。在此速率下，電纜允許長度為12m；如果采用較低傳輸速率，例如90 000b/s時，距離最大值可達1200m。第1

21、0章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-422A電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負載和接收器4部分組成。它通過平衡發(fā)送器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過差動接收器，由電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實現(xiàn)終端的信息接收。在電路中規(guī)定只許有一個發(fā)送器，可有多個接收器，因此通常采用點對點通信方式。該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動器輸出為 ，接收器可以檢測到的輸入信號電平可低到200mV。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器，具有比RS-232-C更強的驅(qū)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(shè)備，其余為從設(shè)備，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422-A支持點

22、對點的雙向通信。也就是說，RS-422A除了用作DTE和DCR之間的接口外，也用在多點通信的雙絞線局部網(wǎng)絡(luò)中。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負載能力是104k+100（終接電阻）。 第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-422-A需要一個終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短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。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.3.3 RS-485 RS-485標(biāo)準(zhǔn)與RS-422-A標(biāo)準(zhǔn)類似，是一種平衡傳輸方式的串口接口標(biāo)準(zhǔn)，與RS-422-A兼容，并且擴展了RS-422-A的功能。它實際上就是RS-422總線的變型，二

23、者的不同之處在于：RS-422-A為全雙工，而RS-485標(biāo)準(zhǔn)為半雙工；RS-422-A標(biāo)準(zhǔn)采用兩對平衡差分信號線，RS-485標(biāo)準(zhǔn)只需其中的一對，而且更適合于多站互連。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-485有兩線制和四線制兩種連接，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制連接方式，這種連接方式為總線式拓撲結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個節(jié)點。在RS-485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來，如圖10-15所示。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-15

24、RS-485發(fā)送器的示意圖第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 通常情況下，發(fā)送器A、B之間的正電平在+2V+6V，是一個邏輯狀態(tài)；負電平在-2V-6V則是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C。在RS-485器件中，一般還有一個“使能”控制信號?！笆鼓堋毙盘栍糜诳刂瓢l(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”。它是有別于邏輯“1”與“0”的第三種狀態(tài)。對于接收發(fā)送器，也做出與發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將A-A于B-B對應(yīng)相連。當(dāng)在接收端A-B之間有大于+200mv的電平時，輸出為正邏輯電平；第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 小于-200mv時，輸出為負邏輯電平。在

25、接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常在200mv至6V之間，如圖10-16所示。圖10-16 RS-485 接收器的示意圖第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 定義邏輯“1”（正邏輯電平）為BA的狀態(tài)，邏輯“0”（負邏輯電平）為AB的狀態(tài)，A、B之間的電壓差不小于200mV。 RS-485標(biāo)準(zhǔn)所具有的特點： RS-485標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為2V6V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-6V-2V表示，接口信號電平比RS-232-C降低了，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。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) RS-485標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mb

26、ps。 RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。 RS-485標(biāo)準(zhǔn)最大的通信距離約為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RS-485標(biāo)準(zhǔn)中繼器，RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的RS-485-A接口，可以達到128第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 個或者256個節(jié)點，最大的可以支持400個節(jié)點。 在這種連接方式中，忽略了信號地的連接，所以這種連接方法雖然在許多場合時能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：

27、(1)共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定性和可靠性，甚至損壞接口。 (2)EMI問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。 由于PC機默認的只帶有RS-232-C接口，有兩種方法可

28、以得到PC上位機的RS-485電路：第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 通過RS-232-C/RS-485轉(zhuǎn)換電路將PC機串口RS-232-C信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號，對于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。 通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS-485類型的擴展卡。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.3.4 RS-449 RS-449由三個標(biāo)準(zhǔn)組成，即： RS-449 規(guī)定接口的機械特性、功能特性和過程特性。RS-449采用37根引腳的插頭座。在CCITT的建議書中，RS-449相當(dāng)于V.35。 RS-423-A 規(guī)定在采用非平衡傳輸時的電氣特性。當(dāng)連接電纜長度為10m時，數(shù)

29、據(jù)的傳輸速率可達300kb/s。 RS-422-A 規(guī)定在采用平衡傳輸時的電氣特性。它可將傳輸速率提高到2Mb/s,而連接電纜長度可超過60m.第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)連接電纜長度更短時（如10m），則傳輸速率還可以更高些（如達10Mb/s）。 RS-449的機械特性規(guī)定使用37針和9針的連接器。其中，37腳的連接器包括除次信道外的全部控制和主要端子信號。9腳的連接器則用于次信道信號，即發(fā)送、接收、允許發(fā)送、請求發(fā)送和接收就緒，另外，再加上4個用于保護接收和發(fā)送信號的地線及信號參考地。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) S-449與RS-232-C的主要區(qū)別有： （1）RS-449標(biāo)準(zhǔn)新增加了10個

30、接口引腳。其中，包括：3個用于測試狀態(tài)的引腳，即，本地閉合環(huán)路（LL）、遠程閉合環(huán)路（RL）和測試方式（TM）；2個控制DCE在備用信道傳輸引腳，即，選擇備用設(shè)備（SS）和備用設(shè)備指示器（SB)；1個在DTE控制下提供終止使用功能的接口引腳（使用結(jié)束(IS)）；1個提供新信號功能的引腳（新信號 (NS)）；1個對DCE進行頻率選擇的引腳（選擇頻率(SF)）；2個公共接EI引腳（發(fā)送公用地(SC)和接收公用地（RC）。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) （2）有3個RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)中的接口引腳(保護地和兩個數(shù)據(jù)測試用引腳，即保護地、引腳9和引腳10)在RS-449標(biāo)準(zhǔn)中沒有定義。 （3）對一些功能作了

31、改變。例如，將RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)中的DSR的引腳名字改為數(shù)據(jù)方式（DM），相應(yīng)的功能也發(fā)生了變化。 （4）為了防止和RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)中引腳的記憶名混淆，RS-449標(biāo)準(zhǔn)中所有引腳的記憶名都和RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)中的不同。 （5）接口的連接引腳不同。為安排新增的l0個接口引腳，RS-449選用了37腳的連接器，另有9針的連接器安排輔助信道的引腳。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.3.5 幾種串行接口標(biāo)準(zhǔn)的比較 幾種串行接口的主要區(qū)別在于： （1）工作模式不同 RS-232-C 、RS-422-A和RS-423-A是全雙工的，RS-485是半雙工的。 （2）受到地線的干擾不同 RS-232-C由

32、于采用單端驅(qū)動單端接收電路，驅(qū)動電路無法區(qū)分有用信號及干擾信號，故其受到地線的干擾較大。而RS-423-A由于采用差分電路接收器，大大的減少了地線的干擾。RS-422-A則由于更進一步采用了平衡驅(qū)動和差分接收方法，故從根本上消除第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 了地線干擾。（3）傳輸距離和傳輸速率不同（4）在傳輸線上允許的驅(qū)動器和接收器的數(shù)目不同第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.4 USB接口10.4.1 USB規(guī)范 USB傳輸支持4種數(shù)據(jù)類型：控制信號流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流和實時數(shù)據(jù)流?？刂菩盘柫鞯淖饔檬钱?dāng)USB設(shè)備加入系統(tǒng)時，USB系統(tǒng)軟件與設(shè)備之間通過控制信號流來發(fā)送控制信號，這種數(shù)據(jù)不允許溢出或

33、丟失；塊數(shù)據(jù)流通常用于發(fā)送大量數(shù)據(jù)場合；中斷數(shù)據(jù)流用于傳輸少量隨機輸入信號的場合，包括事件通知信號、輸入字符或坐標(biāo)等；實時數(shù)據(jù)流用于傳輸連續(xù)的固定速率的數(shù)據(jù)，它所需的帶寬與所傳輸數(shù)據(jù)的采樣頻率有關(guān)。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB設(shè)備之所以會被大量應(yīng)用，主要具有以下優(yōu)點： （1）可以熱插拔。 （2）速度快。 （3）攜帶方便。 （4）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。 （5）可接入多達127個設(shè)備。 （6）良好的兼容性。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 與USB數(shù)據(jù)流類型相對應(yīng)，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。（1）控制傳輸方式 該方式用來處理主機的USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，包括設(shè)備控制指令、設(shè)備狀態(tài)查詢及確認命令，當(dāng)

34、USB設(shè)備收到這些數(shù)據(jù)和命令后，將依據(jù)先進先出的原則按隊列方式處理到達的數(shù)據(jù)。 控制傳輸是雙向的，分為2-3個階段：Setup階段、Data階段（可有可無）和Status階段。在Setup階段，主機傳輸命令給設(shè)備；在Data階段、傳輸Setup階段所設(shè)定的數(shù)據(jù)；在Status階段，設(shè)備返回確認信號給主機。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)（2）批傳輸方式 批傳輸可以是單向的，也可以是雙向的。該方式用來傳輸要求正確無誤的數(shù)據(jù)。通常打印機、掃描儀和數(shù)碼機以這種方式與主機連接。（3）中斷傳輸方式 中斷傳輸是單向的，且僅輸入到主機。該方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，但這些數(shù)據(jù)需要及時處理，以達到實時效果。此方式主要用在鍵

35、盤、鼠標(biāo)以及手柄等外部設(shè)備。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)（4）等時傳輸方式 等時傳輸方式可以是單向的，也可以是雙向的。該方式主要用于傳輸連續(xù)、實時的數(shù)據(jù)。用于對數(shù)據(jù)的正確性要求不高而對時間極為敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、音箱以及電話等。等式傳輸方式以固定的傳輸速率、連續(xù)不斷地在主機與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，USB并不處理這些錯誤，而是繼續(xù)傳輸新的數(shù)據(jù)。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)10.4.2 USB體系結(jié)構(gòu) USB提供主機和USB外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。，USB接口的體系結(jié)構(gòu)主要包括拓撲結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、電氣特性、機械特性、數(shù)據(jù)流等。 1 拓撲結(jié)構(gòu) USB的物理連接是一種分層的星形拓

36、撲結(jié)構(gòu)，Hub是每個星形結(jié)構(gòu)的中心。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 一個USB系統(tǒng)僅可以有一個主機，主機系統(tǒng)中提供USB總線接口的模塊，稱為主機控制器。PC機就是主機和根集線器，用戶可以將外設(shè)或附加的Hub與之連接，這些附加的Hub可以連接另外的外設(shè)以及下層Hub。USB最多支持5個Hub層，127個外設(shè)。USB的物理拓撲結(jié)構(gòu)如圖10-17所示。由圖可見，每段的連接都是點對點的，圖中的各點都是USB設(shè)備。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-17 USB的拓撲結(jié)構(gòu)第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 對于具體USB設(shè)備來說，每個USB設(shè)備的傳輸絕對不會影響其他USB設(shè)備的傳輸。 USB被廣泛的應(yīng)用在各個場合。一般應(yīng)用

37、場合USB硬件系統(tǒng)的連接方式如圖10-18所示。USB系統(tǒng)以Hub為節(jié)點拓撲成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最大可尋址127個設(shè)備。協(xié)議中規(guī)定一個系統(tǒng)內(nèi)同一時刻只有一個主機在活動，總線帶寬由主機統(tǒng)一分配。另外，每個Hub只有一個上行口。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-18 計算機的USB接口第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 2 系統(tǒng)組成 一個USB總線可以分為3個部分進行描述：USB互連、USB設(shè)備、USB主機。 USB互聯(lián) USB互連是指USB主機和USB設(shè)備的通信方式與方法，主要包括： 總線拓撲結(jié)構(gòu)：USB主端口和USB從端口的連接模式。 數(shù)據(jù)流模型：描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通過USB從產(chǎn)生方到使用方的流動方式。 層內(nèi)

38、關(guān)系：根據(jù)性能考慮，USB的任務(wù)被分配到系統(tǒng)的每一層次。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB的調(diào)度：USB提供了一個共享連接。對可以使用的連接進行了調(diào)度以支持同步數(shù)據(jù)傳輸，并且避免了優(yōu)先級別的開銷。 USB是通過USB互連連接到USB主機上的。USB互連上的物理連接是一個分層的星形拓撲。處于每個星形拓撲中央的是HUB。在主機和一個HUB或者一個應(yīng)用之間以及在HUB和其它HUB或應(yīng)用之間都是一個點對點的連接。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB主機 USB主機是USB系統(tǒng)的核心，在USB總線中只有一個主機。主機控制著所有對USB的訪問。一個外設(shè)只有主機允許才有權(quán)力訪問總線，主機同時也監(jiān)測著USB的結(jié)構(gòu)。

39、 USB主機包括3層，即設(shè)備驅(qū)動程序、USB系統(tǒng)軟件及USB主控制器。另外，還有USB驅(qū)動接口和主機控制驅(qū)動兩個軟件接口。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 主機所具有的功能主要有：檢測USB設(shè)備的安裝和拆卸。管理主機與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。對設(shè)備進行必要的控制。收集各種狀態(tài)信息。對所連接的USB設(shè)備供電等。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB設(shè)備 USB設(shè)備可被分為兩大類：HUB類和功能設(shè)備類。只有集線器可以提供更多的USB的總線連接點，外設(shè)為主機提供了具有的功能，一般所說的USB總線外部設(shè)備屬于外設(shè)。 一個USB設(shè)備被分為3個層，即設(shè)備接口、USB邏輯設(shè)備和功能單元。其構(gòu)成如圖10-19所示。設(shè)備接口是最底

40、層的物理實體，以USB接口控制器作為核心，是USB發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口。它通過電纜直接與USB主機交換串行數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 處于中間層次的USB邏輯設(shè)備，是USB協(xié)議棧的主體，處理總線接口和不同端點之間的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)USB的各種基本行為。以上的2個部分是所有USB設(shè)備所共同的部分。USB設(shè)備各自的特點是通過第3層次功能單元來提供的，它實現(xiàn)特定USB設(shè)備的類協(xié)議。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-19 USB設(shè)備的構(gòu)成第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 3 物理特性 USB通過1根四線電纜來傳輸信號與電源，如圖10-20所示。其中，D+和D-是一對差模信號線，

41、利用差模信號傳輸可提高信號的抗干擾能力。而VBUS和GND則提供+5V的電源，可以有條件地給一些設(shè)備供電。圖10-20 USB電纜第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB接口是4針的，其中，2根為電源線，2根為信號線，設(shè)備端接口為方形，接PC機端為長方形。USB接口的針數(shù)比串口、并口、游戲口都要少，接口體積也要小很多。 USB1.1提供了兩種數(shù)據(jù)傳輸速率：一種是12Mb/s的全速模式，另一種是1.5Mb/s的低速模式，用于連接高速外設(shè)和低速外設(shè)，使其工作在全速模式和低速模式。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 區(qū)別全速模式和低速模式的方法在于檢測信號線D+或D-的高低電平。全速模式和低速模式連接方法的不同在于設(shè)

42、備端，根據(jù)USB協(xié)議，要求低速外設(shè)在其D-端連接一個接地電阻，而全速外設(shè)則在D+端接同樣的電阻。判別所連接的外設(shè)是全速外設(shè)或是低速外設(shè)，只需要在外設(shè)被初次鏈接是，檢測D+或D-上的信號是高還是低即可。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB信號線在高速模式下必須使用帶有屏蔽的雙絞線，最長不能超過5m，而在低速模式中可以使用不帶屏蔽或非雙絞的線，最長不能超過3m。這主要是由于信號衰減的限制。為了提供信號電壓保證，以及與終端負載相匹配，在電纜的每一端都使用了不平衡的終端負載。這種終端負載也保證了能夠檢測外設(shè)與端口的連接或分離，并且可以區(qū)分高速與低速設(shè)備。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 4 數(shù)據(jù)流 USB上的數(shù)據(jù)

43、流指主機與設(shè)備之間的通信流，這種數(shù)據(jù)流可分為3個層次：USB應(yīng)用層、USB邏輯設(shè)備層、USB總線接口層，其結(jié)構(gòu)如圖10-21所示。由圖可見，主機與設(shè)備間的實箭頭表示了實際存在的數(shù)據(jù)流，空箭頭表示了邏輯意義上的數(shù)據(jù)流。主機到設(shè)備的簡單連接需要許多層和設(shè)備間的交互作用。USB總線接口層提供了主機和設(shè)備間的物理/信號、數(shù)據(jù)包的連接。USB設(shè)備層是在設(shè)備上執(zhí)行一般USB操作的USB系統(tǒng)軟件表示層。功能層通過和客戶軟件層適當(dāng)?shù)钠ヅ湎蛑鳈C提供附加功能。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) USB設(shè)備層和功能層各有一個邏輯數(shù)據(jù)流，在層內(nèi)實際上使用USB總線接口層完成數(shù)據(jù)傳輸。盡管設(shè)備各式各樣，但所有這些設(shè)備的邏輯設(shè)備層

44、對主機的接口卻都相同，這樣，主機就可以采用統(tǒng)一的方式操作這些不同的設(shè)備。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn)圖10-21 USB層間數(shù)據(jù)流關(guān)系圖第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 5 USB數(shù)據(jù)傳輸類型 USB的傳輸，是USB面向用戶的，最高級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。針對設(shè)備對系統(tǒng)資源需求的不同，USB共有4種數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸、中斷傳輸、同步傳輸和批量傳輸。 控制傳輸：此方式的數(shù)據(jù)傳輸量較小，主要用來做設(shè)備配置，獲取設(shè)備狀態(tài)及傳輸一些指令。所有的USB外設(shè)都必須具有此種傳輸方式。從優(yōu)先級別來說，它的級別高于其它幾種方式。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 中斷傳輸：該方式傳送的數(shù)據(jù)量較小，但這些數(shù)據(jù)需要及時處理，以達到實時的效果。這種方式主要用于鍵盤、鼠標(biāo)、游戲桿等外設(shè)。 同步傳輸：該方式用于需要連續(xù)傳輸，而且對數(shù)據(jù)的正確性要求不高，但對時間極為敏感的外設(shè)。同步傳輸以固定的傳輸速率連續(xù)不斷的在主機和USB外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，USB并不處理這些錯誤，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)。所以在此方式下數(shù)據(jù)包結(jié)束時沒有CRC校驗。第10章 通信接口及標(biāo)準(zhǔn) 批量傳輸：該方式主要用于大量非周期數(shù)據(jù)的傳輸，在這種方式下，主控制器會保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤的傳輸，所以每個數(shù)據(jù)包結(jié)束時有CRC校驗，但是主機不會保證頻寬。此種方式的優(yōu)先