通讯方式和通讯协议介绍

目录
一、RS232的串口通讯 (2)
应用 (2)
工作方式 (2)
接口标准 (2)
电路组成 (3)
概述 (3)
简介 (3)
二、RS485串行通讯 (3)
简介 (3)
接口 (4)
电缆 (4)
布网 (5)
区别 (5)
三、串行通信 (6)
概念 (6)
分类 (7)
同步通信 (7)
异步通信 (7)
特点 (7)
形式和标准 (7)
调幅方式 (7)
调频方式 (8)
数字编码方式 (8)
数据传输率 (8)
发送时钟和接收时钟 (9)
异步通信协议 (9)
通信协议 (10)
普遍协议 (10)
USB (11)
IEEE 1394 (11)
相关应用 (12)
四、通讯协议 (12)
简介 (12)
详细介绍 (13)
TCP/IP (13)
IPX/SPX (13)
NetBEUI (14)
通信协议 (14)
RS-232-C (14)
RS-449 (14)
V.35 (15)
X.21 (15)
HDLC (15)
管理协议 (15)
SNMP (15)
PPP (16)
一、RS232的串口通讯
应用
随着计算机系统的应用和微机网络的发展，通信功能越来越显得重要.这里所说的通信是指计算机与外界的信息交换.因此，通信既包括计算机与外部设备之间，也包括计算机和计算机之间的信息交换.由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，因此，特别适合于远距离传输.对于那些与计算机相距不远的人－机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等，采用串行方式交换数据也很普遍.在实时控制和管理方面，采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中，各CPU 之间的通信一般都是串行方式.所以串行接口是微机应用系统常用的接口。

许多外设和计算机按串行方式进行通信，这里所说的串行方式，是指外设与接口电路之间的信息传送方式，实际上，CPU 与接口之间仍按并行方式工作.
工作方式
由于CPU 与接口之间按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输，因此，在串行接口中，必须要有" 接收移位寄存器" （串→并）和" 发送移位寄存器" （并→串）. 在数据输入过程中，数据1 位1 位地从外设进入接口的" 接收移位寄存器",当" 接收移位寄存器" 中已接收完1 个字符的各位后，数据就从" 接收移位寄存器" 进入" 数据输入寄存器" . CPU 从" 数据输入寄存器" 中读取接收到的字符.（并行读取，即D7~D0 同时被读至累加器中）. " 接收移位寄存器" 的移位速度由" 接收时钟" 确定.
在数据输出过程中，CPU 把要输出的字符（并行地）送入" 数据输出寄存器"," 数据输出寄存器" 的内容传输到" 发送移位寄存器",然后由" 发送移位寄存器" 移位，把数据1 位 1 位地送到外设. " 发送移位寄存器" 的移位速度由" 发送时钟" 确定.
接口中的" 控制寄存器" 用来容纳CPU 送给此接口的各种控制信息，这些控制信息决定接口的工作方式.
" 状态寄存器" 的各位称为" 状态位",每一个状态位都可以用来指示数据传输过程中的状态或某种错误.例如，用状态寄存器的D5 位为"1" 表示" 数据输出寄存器" 空，用D0 位表示" 数据输入寄存器满",用D2 位表示" 奇偶检验错" 等.
能够完成上述" 串<- -> 并" 转换功能的电路，通常称为" 通用异步收发器" (UART ：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），典型的芯片有：Intel 8250/8251,16550
接口标准
⑴实现数据格式化：因为来自CPU的是普通的并行数据，所以，接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。

在异步通信方式下，接口自动生成起止式的帧数据格式。

在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的数据块前加上同步字符。

⑵进行串-并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理数据是并行数据。

所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。

因此串并转换是串行接口电路的重要任务。

⑶控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率——波特率进行选择和控制的能力。

⑷进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。

在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传送错误。

⑸进行TTL与EIA电平转换：CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑，它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。

⑹提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线：远距离通信采用MODEM时，需要9根信号线；近距离零MODEM方式，只需要3根信号线。

这些信号线由接口电路提供，以便与MODEM或终端进行联络与控制。

（理论性强）
电路组成
二、RS485串行通讯
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。

串行通讯的特点是：数据位传送，即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。

根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。

串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式。

在单片机中，主要使用异步通讯方式。

简介
智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄
接口
RS485采用差分信号负逻辑，-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”。

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。

在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

很多情况下，连接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是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：(1)共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。

但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。

当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。

(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

（1）通过RS232/RS485由于PC机默认的只带有RS232接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路：
转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。

（2）通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。

电缆
在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线，反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120Ω）的RS485专用电缆（STP-120Ω（for RS485 & CAN）one pair 18 AWG），而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆（ASTP-120Ω（for RS485 & CAN）one pair 18 AWG）。

在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。

理论上，通信速率在100Kpbs及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。

在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。

如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。

布网
区别
三、串行通信
串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。

其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

概念
分类
特点
形式和标准
调幅方式
串行数据在传输时通常采用调幅（AM）和调频（FM）两种方式传送数字信息。

远程通信时，发送的数字信息，如二进制数据，首先要调制成模拟信息。

幅度调制是用某种电平或电流来表示逻辑“1”，称为传号（mark）；而用另一种电平或电流来表示逻辑“0”，称为空号（space）。

出现在传输线上的mark/space的串行数据形式。

使用mark/space形式通常有四种标准，TTL标准、RS-232标准、20mA电流环标准和60mA电流环标准。

①TTL标准：用+5V电平表示逻辑“1”；用0V电平表示逻辑“0”，这里采用的是正逻辑。

异步通信协议
期Td等于采样时钟周期T c的16倍。

接收器的采样时钟的每个上升沿对输入信号进行采样，检验接收数据线上的低电平是否保持8或9个连续的时钟周期，以确定传输线上的低电平是否是真的起始位。

这样就可以避免噪声干扰引起的误操作，从而删除假的起始位。

相当精确地确定起始位的中间点，从而提供一个时间基准，从这个基准开始，每隔16个Tc对其余数据位采样，以确保传输数据的正确性。

接收端为实现采样数据的基准，可以执行以下步骤：
⑴在接收端设置一采样时钟频率计数器，当检测到起始位下降沿时，将其清零，并开始对采样时钟计数，即每来一个时钟，计数器加1。

⑵当计数器计到8时，表示已到达起始位的中间位置，此时采样值为0，说明是真正的起始位，同时将计数器清零；若采样值不为0，则说明一开始检测到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干扰，此次检测应作废，计数器清零，并重新开始检测起始位。

⑶检测到真正的起始位后，计数器清零，以后每次计到16时，便采样收到的信号波形（即每一位的中间），将采到的数值暂存起来，同时将计数器清零，重新计数，直至最后的停止位被采样。

⑷如果停止位采样正确（为1），则字符被接收，并由暂存器装入寄存器。

若停止位采样值为0，说明同步或传输有问题，此次采样所得字符作废,不被接收。

异步通信的特点
⑴起止式异步通信协议传输数据对收发双方的时钟同步要求不高，即使收、发双方的时钟频率存在一定偏差，只要不使接收器在一个字符的起始位之后的采样出现错位现象，则数据传输仍可正常进行。

因此，异步通信的发送器和接收器可以不用共同的时钟，通信的双方可以各自使用自己的本地时钟。

⑵实际应用中，串行异步通信的数据格式，包括数据位的位数、校验位的设置以及停止位的位数都可以根据实际需要，通过可编程串行接口电路，用软件命令的方式进行设置。

在不同传输系统中，这些通信格式的设定完全可以不同；但在同一个传输系统的发送方和接收方的设定必须一致，否则将会由于收、发双方约定的不一致而造成数据传输的错误与混乱。

⑶串行异步通信中，为发送一个字符需要一些附加的信息位，如起始位、校验位和停止位等。

这些附加信息位不是有效信息本身，它们被称为额外开销或通信开销，这种额外开销使通信效率降低。

例如一个字符由7位组成，加上一位起始位、一位校验位和一位停止位，发送一个字符必须发送10位，而其中只有7位是有效的，其余3位不是有效的，使通信能力的30%成了额外开销。

所以异步通信适用于传送数据量较少或传输要求不高的场合。

对于快速、大量信息的传输，一般采用通信效率较高的同步通信方式。

⑷串行异步通信依靠对每个字符设置起始位和停止位的方法，使通信双方达到同步。

通信协议
普遍协议
最被人们熟悉的串行通信技术标准是EIA－232、EIA-422和EIA－485，也就是以前所称的RS-232、RS-422和RS-485。

由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在工业通信领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。

EIA－232、EIA-422和EIA－485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，EIA-232在1962年发布，后来陆续有不少改进版本，其中最常用的是EIA-232-C版。

目前EIA-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。

EIA-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。

EIA-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。

标准规定，EIA－232的传送距离要求可达50英尺（约15米），最高速率为20kbps。

由于EIA-232存在传输距离有限等不足，于是EIA-422诞生了。

EIA-422标准全称是“平衡电压数字接口电路
的电气特性”，它定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。

当然，EIA－422也有缺陷: 因为其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，所以在100kbps速率以内，传输距离才可能达到最大值，也就是说，只有在很短的距离下才能获得最高传输速率。

一般在100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。

另外有一点必须指出，在EIA-422通信中，只有一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能进行通信，所以EIA-422支持的是点对多点的双向通信。

为扩展应用范围，EIA于1983年在EIA-422基础上制定了EIA-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。

由于EIA-485是从EIA-422基础上发展而来的，所以EIA-485许多电气规定与EIA-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、最大传输距离约为1219米、最大传输速率为10Mbps等。

但是，EIA-485可以采用二线与四线方式，采用二线制时可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与EIA-422一样只能实现点对多点通信，但它比EIA-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可接多达32个设备。

USB
IEEE 1394
IEEE 1394是一种与平台无关的串行通信协议，标准速度分为100Mbps、200Mbps和400Mbps，是IEEE（电气与电子工程师协会）于1995年正式制定的总线标准。

目前，1394商业联盟正在负责对它进行改进，争取未来将速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps这三个档次。

相比于EIA接口和USB接口，IEEE 1394的速度要高得多，所以，IEEE 1394也称为高速串行总线。

IEEE 1394提供了一种高速的即插即用总线。

接入这条总线，各种外设便不再需要单独供电，它也支持等时的数据传输，是将计算机和消费类电器连接起来的重要桥梁。

例如，用户可以在计算机上接驳一部数字VCR，把它当作一个普通的外设使用，既可用来播放电影，亦可以录制在计算机上编辑视频流。

除此以外，带有IEEE 1394
接口的DV（数字视频）摄影机和数字卫星接收器目前均已上市。

由于速度非常快，所以它是消费类影音（A/V）电器、存储、打印、高分辨率扫描和其他便携设备的理想选择。

从技术上看，IEEE 1394具有很多优点，首先，它是一种纯数字接口，在设备之间进行信息传输的过程中，数字信号不用转换成模拟信号，从而不会带来信号损失；其次，速度很快，1Gbps的数据传输速度可以非常好地传输高品质的多媒体数据，而且设备易于扩展，在一条总线中，100Mbps、200Mbps和400Mbps的设备可以共存；另外，产品支持热插拔，易于使用，用户可以在开机状态下自由增减IEEE 1394接口的设备，整个总线的通信不会受到干扰。

相关应用
EIA-232、EIA-422与EIA-485标准等串行通信技术应用很广，如录像机、计算机以及许多工业控制设备上都配备有EIA－232串行通信接口。

USB接口应用较为广泛。

人们在市场上可以看到，每一款计算机主板都带有不少于2个USB接口，USB打印机、USB调制解调器、USB鼠标、USB音箱、USB存储器等产品越来越多，USB接口已经占据了串行通信技术的垄断地位。

目前支持IEEE 1394的产品有台式计算机、笔记本电脑、高精度扫描仪、数字视频(DV)摄影机、数码音箱(SA2.5)、数码相机等。

四、通讯协议
简介
络上负责定义资料传输规格的协议，我们就统称为通讯协议
其实每一种网络所使用的通讯协议都不太一样，但就以我们最常用的Internet为例，当资料要送到Internet上时，就必须要使用Internet用的通讯协议。

详细介绍
TCP/IP
言（也就是：TCP/IP的通讯协议）才能顺利跟别人沟通。

IPX/SPX
IPX/SPX是基于施乐的XEROX’S Network System（XNS）协议，而SPX是基于施乐的XEROX’S SPP （Sequenced Packet Protocol：顺序包协议）协议，它们都是由novell公司开发出来应用于局域网的一种高速协议。

它和TCP/IP的一个显著不同就是它不使用ip地址，而是使用网卡的物理地址即（MAC）地址。

在实际使用中，它基本不需要什么设置，装上就可以使用了。

由于其在网络普及初期发挥了巨大的作用，所以得到了很多厂商的支持，包括microsoft等，很多软件和硬件也均支持这种协议。

NetBEUI
NetBEUI即NetBios Enhanced User Interface，或NetBios增强用户接口。

它是NetBIOS协议的增强版本，曾被许多操作系统采用，例如Windows for Workgroup、Win9x系列、Windows NT等。

NETBEUI协议在许多情形下很有用，是WINDOWS98之前的操作系统的缺省协议。

总之NetBEUI协议是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。

所以建议除了TCP/IP协议之外，局域网的计算机最好也安上NetBEUI协议。

另外还有一点要注意，如果一台只装了TCP/IP协议的WINDOWS98机器要想加入到WINNT域，也必须安装NetBEUI协议。

通信协议
RS-232-C
RS-232-C是OSI基本参考模型物理层部分的规格，它决定了连接器形状等物理特性、以0和1表示的电气特性及表示信号意义的逻辑特性。

RS-232-C是EIA发表的，是RS-232-B的修改版。

本来是为连接模拟通信线路中的调制解调器等DCE及电传打印机等DTE拉接口而标准化的。

很多个人计算机也用RS-232-C作为输入输出接口，用RS-232-C作为接口的个人计算机也很普及。

RS-232-C的如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。

RS-232-C在ITU建议的V.24和V.28规定的25引脚连接器在功能上具有互换性。

RS-232-C所使用的连接器为25引脚插入式连接器，一般称为25引脚D-SUB。

DTE端的电缆顶端接公插头，DCE端接母插座。

RS-232-C所用电缆的形状并不固定，但大多使用带屏蔽的24芯电缆。

电缆的最大长度为15m。

使用RS-232-C 在200K位/秒以下的任何速率都能进行数据传输。

RS-449
RS-449的电特性，对平衡电路来说由RS-422-A规定，大体与V.11具有相同规格，而RS-423-A大体与V.10具有相同规格。

V.35
V.35是通用终端接口的规定，其实V.35是对60-108kHz群带宽线路进行48Kbps同步数据传输的调制解调器的规定，其中一部分内容记述了终端接口的规定。

V.35对机械特性即对连接器的形状并未规定。

但由于48Dbps-64Kbps的美国Bell规格调制解调器的普及，34引脚的ISO2593被广泛采用。

模拟传输用的音频调制解调器的电气条件使用V.28（不平衡电流环互连电路），而宽频带调制解调器则使用平衡电流环电路。

通讯协议
X.21
X.21是对公用数据网中的同步式终端（DTE）与线路终端（DCE）间接口的规定。

主要是对两个功能进行了规定：其一是与其他接口一样，对电气特性、连接器形状、相互连接电路的功能特性等的物理层进行了规定；其二是为控制网络交换功能的网控制步骤，定义了网络层的功能。

在专用线连接时只使用物理层功能，而在线路交换数据网中，则使用物理层和网络层的两个功能。

X.21接口用的连接器引脚也只用15引脚电气特性分别参照V系列接口电气条件的V.10和V.11。

数字网的同步都是从属于网络主时钟的从属同步。

HDLC
HDLC（高级数据链路控制规程）是可靠性高，高速传输的控制规程。

其特点如下：可进行任意位组合的传输；可不等待接收端的应答，连续传输数据；错误控制严密；适合于计算机间的通信。

HDLC相当于OSI基本参照模型的数据链路层部分的标准方式的一种。

HDLC的适用领域很广，近代协议的数据链路层大部分都是基于HDLC的。

其他
SDLC（同步数据链路控制）
是IBM公司制定的协议，并成为SNA的数据链路控制层协议。

实际上也包含于HDLC中。

FDDI（光纤分布式数据接口）
FDDI的传输速度为100Mbps，传输媒体为光纤，是令牌控制的LAN。

FDDI的物理传输时钟速度是125MHz,但实际速度只有100Mbps。

可实际连接的工作站数最多有500个，但推荐使用100个以下。

FDDI的连接形态基本上有两种：一种是用一次环路和二次环路的两个环构成的环形结构；另一种是以集线器为中心构成树状结构。

工作站间的距离用光纤为2KM，用双绞线则为100M。

但对单模光纤制定了节点间的距离可以延长到超过2KM以上的标准。

FDDI有三种接口：DAS（双配件站）；SAS（单配件站）；集线器（Concentrater）。

通常仅使用一次环路，二次环路作为预备用系统处于备用状态。

管理协议
SNMP
PPP。