串口通信基础知识
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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.
Start
Data
Parity Stop
1
5, 6, 7, 8
1
数据帧长度
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
1, 1.5, 2 Unit: bit
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。
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
RS-422/485 信号
差分信号
5V 0V
D0
Stop Parity Data Start
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
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
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A)
Rx+(B)
Rx-(A)
Tx+(B)
Tx-(A) PLC
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 vs. RS-485
传输类型 连接类型 数据流控
信号定义 TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND
TxA, TxB, RxA, RxB, GND
接线成本
高 (8 线)
中等 (5 线)
连接设备数
两台
两台 或 十台
抗干扰能力
弱
强
故障诊断
容易
难Hale Waihona Puke Baidu
RS-485 4线 差分 全双工
1.2KM@9600bps TxA, TxB, RxA, RxB,
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
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
GND 中等 (5 线)
32台 强 难
RS-485 2线 差分 半双工
1.2KM@9600bps
DataA, DataB, GND
低 (3 线) 32台 强 难
电气参数表
串口流控
流控 硬件流控 软件流控
Flow Control
使对方设备暂停数据发送的方法
数据还没处理完
暂停发送数据
Flow Control
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作，
RS-232 连接类型 II
RS-232 信号
DTE 信号
接线
DCE 信号
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
RxD TxD CTS RTS DSR DTR DCD GND
ADDC vs No ADDC
操作方式 CPU点用率 软件复杂度
通信效能
ADDC 硬件判断线路上是否有数据
不占用 无 高
No ADDC 软件处理数据流向
占用 高 低
传输距离
距离 – EIA标准/ 实测性能
接口
RS-232
最大距离 (标准)
15M @9600bps
最大距离
(Moxa 实验室测 量结果)
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
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
100M @ 38400bps 50M @ 57600bps 20M @ 115200bps *C168H, 28AWG UL2464
RS-422
RS-485
1.2公里 @9600bps
1.4KM @ 9600bps 1.1KM @ 38400bp
1.2公里 @9600bps
1.4KM @ 9600bps 1.1KM @ 38400bp
1bit
1 1bit
1
2 1bit
2
3
3
1bit
4
4
1bit
5
5
1bit 6
6
7 1bit
7
8 1bit
8
串行通信 VS 并行通信
通信距离 搞干扰能力 传输速度
成本
串行通信 远 高 慢 低
并行通信 近 低 快 高
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
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
串口信号
RS-232 RS-422/485
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
UART
D7
……
并行
TTL
收发器
Stop Parity Data Start TxB TxA
RS-422/485
(B+Noise) – (A+Noise) > 0.2 V
高
(B +Noise) – (B+Noise) < - 0.2V
低
RS485信号定义
4-Wire TxDA(-) TxDB(+) RxDB(+) RxDA(-) GND 2-Wire DataB(+) DataA(-) GND
4 线全双工
DE-211
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A)
120Ω
Note: 1. Tx-(A) 2. Tx+(B) 3. Rx-(A) 4. Rx+(B)
1 23 4
PLC
PLC
PLC
#1
#2
#3
120Ω
……
PLC #31
RS-485 拓扑结构 III
4 线全双工
特点
优点 缺点
流控是用来在两个数据传输速度不同的设备中控制 数据流量的技术（如PLC和RS-232界面连接）。流 控的数据流控制功能确保2台设备互相通讯，避免 数据丢失。 软件方法:XON/XOFF 硬件方法:RTS/CTS
硬件流控
PC 1
RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
特点 优点
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
缺点
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
RS-485 拓扑结构 III
2线与4线传输
RS-422 信号
接线： 4 线全双工
信号 TxA TxB RxA RxB 120Ω GND
接线
优势
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
信号 RxA 120Ω RxB TxA TxB GND
RS-422 拓扑结构 I
点对点
Moxa CI-134
RS-232 -12V
RS-232信号传输及信号波形
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
RS-232 连接类型 I
RS-232 信号 DTE 信号
接线
DTE信号
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 典型应用: PC + 交叉电缆 + PC
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
RS-422 全双工 点对点
无
可连接设备数 32节点
4-线 RS-485 2-线 RS-485
全双工
半双工
多站 RTS控制或 ADDC控制
32节点
多站 RTS控制或 ADDC
控制
32 节点
RS-485 拓扑结构 I
点对点
Moxa CI-134
Data+(B)
120Ω
Data-(A)
Data+(B)
120Ω
Data-(A) 终端电阻
PLC
RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
Moxa CI-134
Data+(B)
120Ω
Data-(A)
Data-(A) Data+(B)
Data+(B)
Data+(B)
……
120Ω Data+(B)
PLC
PLC
PLC
PLC
#1
#2
#3
#31
最大1.2公里，32节点
* CP-114I, 28AWG UL2464, 直通电缆， 点对点方式
* DE-211, AWG28 直通 电缆, 多站方式，32节 点
RS-232 & RS-422 & RS-485 比较
类型
RS-232
RS-422
信号类型
单端
差分
通讯方式
全双工
全双工
距离
15M@9600bps
1.2KM@9600bps
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
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
串行通信基础知识
串口信号 串口流控 串口效能 串口保护
串口信号
RS-232 RS-422/485
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
并行通信的基本概念
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
DB25
RS-232-C 发展
用于串行通讯的标准。
• 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。 DB9
电气特性、逻辑电平
RS-232 信号传输
……
D0 D7
并行
5V 0V
StopParity Data Start
UART Start Data Parity Stop
5V
TTL 0V
收发器
+12V -12V StopParity Data Start Tx Start Data Parity Stop Rx +12V
定义
B为信号正
A为信号负
|A-B|>200mv
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) 线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GND
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
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.
Start
Data
Parity Stop
1
5, 6, 7, 8
1
数据帧长度
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
1, 1.5, 2 Unit: bit
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。
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
RS-422/485 信号
差分信号
5V 0V
D0
Stop Parity Data Start
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
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
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A)
Rx+(B)
Rx-(A)
Tx+(B)
Tx-(A) PLC
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 vs. RS-485
传输类型 连接类型 数据流控
信号定义 TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND
TxA, TxB, RxA, RxB, GND
接线成本
高 (8 线)
中等 (5 线)
连接设备数
两台
两台 或 十台
抗干扰能力
弱
强
故障诊断
容易
难Hale Waihona Puke Baidu
RS-485 4线 差分 全双工
1.2KM@9600bps TxA, TxB, RxA, RxB,
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
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
GND 中等 (5 线)
32台 强 难
RS-485 2线 差分 半双工
1.2KM@9600bps
DataA, DataB, GND
低 (3 线) 32台 强 难
电气参数表
串口流控
流控 硬件流控 软件流控
Flow Control
使对方设备暂停数据发送的方法
数据还没处理完
暂停发送数据
Flow Control
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作，
RS-232 连接类型 II
RS-232 信号
DTE 信号
接线
DCE 信号
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
RxD TxD CTS RTS DSR DTR DCD GND
ADDC vs No ADDC
操作方式 CPU点用率 软件复杂度
通信效能
ADDC 硬件判断线路上是否有数据
不占用 无 高
No ADDC 软件处理数据流向
占用 高 低
传输距离
距离 – EIA标准/ 实测性能
接口
RS-232
最大距离 (标准)
15M @9600bps
最大距离
(Moxa 实验室测 量结果)
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
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
100M @ 38400bps 50M @ 57600bps 20M @ 115200bps *C168H, 28AWG UL2464
RS-422
RS-485
1.2公里 @9600bps
1.4KM @ 9600bps 1.1KM @ 38400bp
1.2公里 @9600bps
1.4KM @ 9600bps 1.1KM @ 38400bp
1bit
1 1bit
1
2 1bit
2
3
3
1bit
4
4
1bit
5
5
1bit 6
6
7 1bit
7
8 1bit
8
串行通信 VS 并行通信
通信距离 搞干扰能力 传输速度
成本
串行通信 远 高 慢 低
并行通信 近 低 快 高
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
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
串口信号
RS-232 RS-422/485
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
UART
D7
……
并行
TTL
收发器
Stop Parity Data Start TxB TxA
RS-422/485
(B+Noise) – (A+Noise) > 0.2 V
高
(B +Noise) – (B+Noise) < - 0.2V
低
RS485信号定义
4-Wire TxDA(-) TxDB(+) RxDB(+) RxDA(-) GND 2-Wire DataB(+) DataA(-) GND
4 线全双工
DE-211
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Rx-(A)
120Ω
Note: 1. Tx-(A) 2. Tx+(B) 3. Rx-(A) 4. Rx+(B)
1 23 4
PLC
PLC
PLC
#1
#2
#3
120Ω
……
PLC #31
RS-485 拓扑结构 III
4 线全双工
特点
优点 缺点
流控是用来在两个数据传输速度不同的设备中控制 数据流量的技术（如PLC和RS-232界面连接）。流 控的数据流控制功能确保2台设备互相通讯，避免 数据丢失。 软件方法:XON/XOFF 硬件方法:RTS/CTS
硬件流控
PC 1
RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
特点 优点
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
缺点
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
RS-485 拓扑结构 III
2线与4线传输
RS-422 信号
接线： 4 线全双工
信号 TxA TxB RxA RxB 120Ω GND
接线
优势
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
信号 RxA 120Ω RxB TxA TxB GND
RS-422 拓扑结构 I
点对点
Moxa CI-134
RS-232 -12V
RS-232信号传输及信号波形
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
RS-232 连接类型 I
RS-232 信号 DTE 信号
接线
DTE信号
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 典型应用: PC + 交叉电缆 + PC
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
RS-422 全双工 点对点
无
可连接设备数 32节点
4-线 RS-485 2-线 RS-485
全双工
半双工
多站 RTS控制或 ADDC控制
32节点
多站 RTS控制或 ADDC
控制
32 节点
RS-485 拓扑结构 I
点对点
Moxa CI-134
Data+(B)
120Ω
Data-(A)
Data+(B)
120Ω
Data-(A) 终端电阻
PLC
RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
Moxa CI-134
Data+(B)
120Ω
Data-(A)
Data-(A) Data+(B)
Data+(B)
Data+(B)
……
120Ω Data+(B)
PLC
PLC
PLC
PLC
#1
#2
#3
#31
最大1.2公里，32节点
* CP-114I, 28AWG UL2464, 直通电缆， 点对点方式
* DE-211, AWG28 直通 电缆, 多站方式，32节 点
RS-232 & RS-422 & RS-485 比较
类型
RS-232
RS-422
信号类型
单端
差分
通讯方式
全双工
全双工
距离
15M@9600bps
1.2KM@9600bps
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
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
串行通信基础知识
串口信号 串口流控 串口效能 串口保护
串口信号
RS-232 RS-422/485
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
并行通信的基本概念
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
DB25
RS-232-C 发展
用于串行通讯的标准。
• 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。 DB9
电气特性、逻辑电平
RS-232 信号传输
……
D0 D7
并行
5V 0V
StopParity Data Start
UART Start Data Parity Stop
5V
TTL 0V
收发器
+12V -12V StopParity Data Start Tx Start Data Parity Stop Rx +12V
定义
B为信号正
A为信号负
|A-B|>200mv
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) 线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GND