串口通信基础知识

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RS-485 数据流方向控制
什么是数据流方向控制 ?
• 在一个时间只允许一个设备发送 • 如果流控信号时序不对，整个RS-485 网络将不能正常 工作
流控的方式
• 1. 传统的RTS控制
- 内部电路使用 RTS信号来决定发送和接收 - 无数据发送时，RTS信号处于清除状态，此时收发器处于 监听模式 - 当有数据发送时设置RTS信号， 同时断开监听模式 - 当数据发送完成之后清除RTS信号，转回监听模式 - RTS 状态由用户软件控制
1
2 3
4
……
PLC #1 PLC #2 PLC #3 PLC #31
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最大1.2公里，32节点
RS-485 拓扑结构 III
4 线全双工
特点
1.距离可达1.2公里 2.抗干扰能力强 3.同一总线可连接32个节点，使用中继器最多可 达256个节点 1.无碰撞发生 2.易于编程 1.接线成本比2线制RS-485高
1.用户自定义软件协议 2.软件开发相对复杂 3.软件处理碰撞
优点
缺点
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RS-485 拓扑结构 III
4 线全双工
Tx+(B) Tx-(A) DE-211 Rx+(B) Rx-(A)
120Ω 120Ω
Note: 1. Tx-(A) 2. Tx+(B) 3. Rx-(A) 4. Rx+(B)
DB9
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电气特性、逻辑电平
EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能 都作了规定。 • • • • • 在TxD和RxD上：逻辑1=-3V～-15V 逻辑0=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V
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RS-422 vs. RS-485
RS-422
传输类型 连接类型 数据流控 可连接设备数 全双工 点对点 无 32节点 4-线RS-485 全双工 多站 RTS控制或 ADDC控制 32节点 2-线RS-485 半双工 多站
RTS控制或 ADDC 控制
32节点
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优点 缺点
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RS-422 & RS-485接线
RS-422可支持10个节点，RS-485可支持32 个节点 拓扑一般采用总线型结构,不支持环形或星形 网络 在构建网络时应注意以下几点: １、采用双绞线作总线,将各个节点串接起来
如下的连接方式: a,b,c 为错误连接;d,e,f为正确连接方式. ２、注意总线阻抗匹配,否则就会发生信号的反射
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ADDC vs No ADDC
ADDC 操作方式 CPU点用率 软件复杂度 通信效能 硬件判断线路上是否有数据 不占用 无 高
NoADDC 软件处理数据流向 占用 高 低
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传输距离
距离 – EIA标准/ 实测性能
接口 最大距离 (标准)准) RS-232
Data
Start
收发器
StopParity
Data
Start
TxB TxA
D7
并行
……
TTL (B+Noise)–(A+Noise)>0.2V (B+Noise)–(B+Noise)<-0.2V
RS-422/485 高 低
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RS485信号定义
4-Wire TxDA(-) TxDB(+) RxDB(+) RxDA(-) GND 2-Wire DataB(+) DataA(-) GND
120Ω
Data+(B)
……
PLC #1 PLC #2 PLC #3 PLC #31
最大1.2公里，32节点
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RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
特点
1.距离可达1.2公里 2.抗干扰能力强 3.低接线成本 4.同一总线可连接32个节点，使用中继器最多可达256个节点 1.低成本
串行通信基础知识
串口信号 串口流控 串口效能 串口保护
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串口信号
RS-232 RS-422/485
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串行通信的基本概念
串行通信资料是一个bit 一个bit地送出,且每个bit表示不 是0就是1
1 bit
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并行通信的基本概念
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串行通讯数据格式
起始位: 总是 “1” 数据位: 5, 6, 7, 8 位 校验: None, Odd, Even, Space, Mark
停止位: 1, 1.5(数据位 =5), 2 位
Start
1
数据帧长度
Data
5, 6, 7, 8
Parity
1
Stop
1, 1.5, 2
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串口信号
RS-232 RS-422/485
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RS-232 VS RS-422
RS-232通信距离短 RS-232通信速率低 提出RS-422定义了一种平衡通信接口，数据信号采 用差分传输方式，它使用二对双绞线，将一对中一 根定义为A，另一根定义为B
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一次发送和接收多个Bit, 传输一次就可以完成 一个 Byte的容量。传输的效率高
1bit 11bit 1 2 3 4 5 6 7 8
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2
3 4 5
1bit 1bit 1bit 1bit 1bit
6
7 8
1bit
串行通信 VS 并行通信
串行通信 通信距离 搞干扰能力 传输速度 成本 远 高 慢 低 并行通信 近 低 快 高
15M @9600bps
RS-422
1.2公里 @9600bps
RS-485
1.2公里 @9600bps
最大距离 (Moxa实验室测 量结果果))
100M@38400bps 50M@57600bps 20M@115200bps *C168H,28AWG UL2464
线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GND
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RS-422 优势与不足
RS-422优势
• 传输距离远 • 传输速率高 • 不易受到干扰
RS-422不足
• 点对多点方式只能单向通讯
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RS485
EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准
• • • • 多点双向通讯能力 增加发送器的驱动能力和冲突保护特性 扩展了总线共模范围 命名为TIA/EIA-485-A标准
Unit: bit
如果N, 8, 1: 数据帧长度为 10 位 如果E, 7, 2: 数据帧长度为 10 位
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RS232
由电子工业协会（EIA）制订并发布工业标准，RS-232标准在 1962年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。 RS-232-C 接口（又称EIA RS-232-C ）是目前最常用的一种串行 通讯接口。 RS-232 作用: 在串行通讯时，要求通讯双方都采用统一的标准接 口，使不同的设备进行通讯。
RS-232 信号 接线 DTE 信号 DTE信号 TxD TxD RxD RxD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR DCD DCD GND GND 典型应用: PC + 交叉电缆 + PC 短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作， 比如架装服务器的控制台端口。
-12V
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RS-232信号传输及信号波形
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RS-232 接口
信号定义：TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、 DCD、RI、GND（Female/Male定义相反） 最高速率：115200bps
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RS-232 连接类型 I
MOXA定义 B为信号正
A为信号负 |A-B|>200mv
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RS-422 特性
RS-422传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米 （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、平衡传输方式，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 平衡传输方式 长度：1200米 速度：10M 节点：2、10(广播)
RS-485 拓扑结构 I
点对点
Data+(B)
120Ω
Data+(B)
120Ω
Moxa CI-134
Data-(A)
Data-(A) 终端电阻
PLC
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RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
Data+(B)
120Ω
Байду номын сангаас
Data-(A) Moxa CI-134
Data-(A) Data+(B) Data+(B) Data+(B)
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RS-232 连接类型 II
RS-232 信号
DTE 信号 TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 接线 DCE 信号 RxD TxD CTS RTS DSR DTR DCD GND
典型应用: PC + 直连电缆 + Modem DCE 设备上的DCD信号一般用作输出信号
由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领 域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 平衡传输方式 长度：1200米 速度：10M 节点：32、256(加中继器) 线缆类型：2线+GND
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RS-422/485 信号
差分信号
5V D0 0V
UART
StopParity
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2线与4线传输
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RS-422 信号
接线： 4 线全双工
信号 TxA
TxB RxA
接线
120Ω 120Ω
信号 RxA
RxB TxA
RxB
TxB GND
优势
GND
1. 抗干扰能力强 2. 传输距离长 (可达 1.2公里) 3. 支持点对点和多站通讯方式
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A
4. 话讲完后, 松开按键, 回到监听状态; (数据接收状态)
B
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ADDC (自动数据流控)
当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界 面的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传 输信号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关 闭. 有两种方法可以切换数据收发状态.一种是通过软件人为用RTS信号控制, 另一种是用ADDC ADDC可以通过硬件准确地切换数据收发状态,有效地把用软件控制的复杂 时序控制简单化.
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RS-232 信号传输
5V 0V D0 D7
……
+12V -12V
UART
StopParity
Data
Start
收发器
StopParity
Data
Start
Start
Data
Parity Stop
Start
Data
Parity Stop
Tx Rx
5V
+12V
并行
TTL
0V
RS-232
RS-422 拓扑结构 I
点对点
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Moxa CI-134 Rx-(A)
Rx+(B) Rx-(A) Tx+(B) Tx-(A) PLC
Confidential
RS-485 信号
RS-422的增强方式 与 RS-422兼容
接线
• 点对点 • 2 线半双工，菊链式连接 • 4 线全双工，菊链式连接
RS-422电气特性
发送驱动器A、B之间的电压差
• 正电平在+200mv～+6V，是一个逻辑状态 • 负电平在-200mv～-6V，是另一个逻辑状态
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RS-422信号
收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+ 、Rxd-与 Txd-对应相连
• 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
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RS-232-C 发展
用于串行通讯的标准。
DB25
• 规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器 • 对连接器的每个引脚的信号加以规定 • 对各种信号的电平加以规定。
IBM 将RS232 简化成了DB-9 连接器
工业控制的RS-232 一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。
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ADDC (自动数据流控)
ADDC™ 2线RS-485通过硬件准确的切换数据收发状态 ADDC™是我们的专利技术
1. 没按键时, 处于监听状态; (数据接收状态) 2. 判断当前频率是否有信号? (检查线路上是否有数据)
3. 确认当前频率空闲, 按键讲话对方可以听到; (线中上没有数据, 切换状态到数据发送)