秦合源工作人員關(guān)于稱(chēng)重儀表(測(cè)力儀表)RS-232與RS-485串口的相關(guān)信息整理如下:
RS232即RS-232:
個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一,由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(Electronic Industries Association,EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě),232為標(biāo)識(shí)號(hào),C表示修改次數(shù)。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn),一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS-232 接口,分別稱(chēng)為COM1和COM2。
RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線,包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道,對(duì)于一般雙工通信,僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn),如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。
RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。
RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時(shí),最大通信距離為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(hào)傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題,因此一般用于20m以內(nèi)的通信。
接口標(biāo)準(zhǔn):
串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)使用和發(fā)展,目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。所以,以RS-232C為主來(lái)討論。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題,如信號(hào)線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備,因此,它作為一種標(biāo)準(zhǔn),目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。
在討論RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之前,說(shuō)明:
1、終端:RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(Data Communicate Equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來(lái)用于計(jì)算機(jī)(更準(zhǔn)確的說(shuō),是計(jì)算機(jī)接口)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的,甚至是相矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解,我們對(duì)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。
2、收發(fā):RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”,都是站在DTE立場(chǎng)上,而不是站在DCE的立場(chǎng)來(lái)定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息,兩者都是DTE,因此雙方都能發(fā)送和接收。
3、缺點(diǎn):
(1)接口的信號(hào)電平值較高,易損壞接口電路的芯片,又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。
(2)傳輸速率較低,在異步傳輸時(shí),波特率為20Kbps;因此在CPLD開(kāi)發(fā)板中,綜合程序波特率只能采用19200,也是這個(gè)原因。
(3)接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)值為50英尺,實(shí)際上也只能用在15米左右。
智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來(lái)的,現(xiàn)在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要,企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量,后來(lái)儀表接口是RS232接口,這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式,但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個(gè)問(wèn)題。
RS485特點(diǎn):
1.RS-485的電氣特性:采用差分信號(hào)負(fù)邏輯,邏輯"1”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示;邏輯"0"以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示。接口信號(hào)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。
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(qū)動(dòng)器和差分,接收器的組合,抗共模干擾能力增強(qiáng),即抗噪聲干擾性好。
4.RS-485最大的通信距離約為1219m,最大傳輸速率為10Mbps,傳輸速率與傳輸距離成反比,在100KbpS的傳輸速率下,才可以達(dá)到最大的通信距離,如果需傳輸更長(zhǎng)的距離,需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn),如果使用特制的485芯片,可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn),最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS485接口:
RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò),一般是兩線制(以前有四線制接法,只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式,現(xiàn)很少采用),多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式,即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下,連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。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(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS485采用DB-9(針)。
另有一個(gè)問(wèn)題是信號(hào)地,上述連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的,但卻埋下了很大的隱患,這有二個(gè)原因:(1)共模干擾問(wèn)題: RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào),并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào),系統(tǒng)只需檢測(cè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠,甚至損壞接口。(2)EMI(電磁兼容性)問(wèn)題:發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路,如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道(信號(hào)地),信號(hào)中的共模部分就會(huì)以輻射的形式返回源端,整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。
由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口,有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路:
(1)通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào),對(duì)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柵的產(chǎn)品。
(2)通過(guò)PCI多串口卡,可以直接選用輸出信號(hào)為RS485類(lèi)型的擴(kuò)展卡。
電纜:
在低速、短距離、無(wú)干擾的場(chǎng)合可以采用普通的雙絞線,反之,在高速、長(zhǎng)線傳輸時(shí),則必須采用阻抗匹配(一般為120Ω)的RS485專(zhuān)用電纜(STP-120Ω(for RS485 & CAN) one pair 18 AWG),而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜(ASTP-120Ω(for RS485 & CAN) one pair 18 AWG)。在使用RS485接口時(shí),對(duì)于特定的傳輸線路,從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?,這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所影響。
理論上,通信速率在100Kbps及以下時(shí),RS485的最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)1200米,但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過(guò)程中可以采用增加中繼的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,最多可以加八個(gè)中繼,也就是說(shuō)理論上RS485的最大傳輸距離可以達(dá)到10.8公里。如果真需要長(zhǎng)距離傳輸,可以采用光纖為傳播介質(zhì),收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器,多模光纖的傳輸距離是1公里以內(nèi),而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。
總線:
在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí),廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(cè)低至200mV的電壓,故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 市場(chǎng)上一般RS-485采用半雙工工作方式,任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài),因此,發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便,可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。
功能:
PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式,主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層,如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問(wèn),就必須自己編寫(xiě)通訊應(yīng)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(shí)現(xiàn)較單一的功能,適用于單一設(shè)備類(lèi)型,程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中,如果設(shè)備數(shù)量超過(guò)2臺(tái),就必須使用RS485做通訊介質(zhì),RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想相互通信息只有通過(guò)“主(Master)”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn),這個(gè)主設(shè)備通常是PC,而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備,其余全部是"從(Slave)"設(shè)備。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)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(cè)、鏈路維護(hù)等問(wèn)題 。
區(qū)別:
RS232,RS422,RS485是電氣標(biāo)準(zhǔn),主要區(qū)別就是邏輯如何表示。
1、RS232使用-12V表示邏輯1,12V表示邏輯0,全雙工,最少3條通信線(RX,TX,GND),因?yàn)槭褂媒^對(duì)電壓表示邏輯,由于干擾,導(dǎo)線電阻等原因,通訊距離不遠(yuǎn),低速時(shí)幾十米也是可以的。
2、RS422,在RS232后推出,使用TTL差動(dòng)電平表示邏輯,就是兩根的電壓差表示邏輯,RS422定義為全雙工的,所以最少要4根通信線(一般額外地多一根地線),一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)最多10個(gè)接收器(即接收器為1/10單位負(fù)載),通訊距離與通訊速率有關(guān)系,一般距離短時(shí)可以使用高速率進(jìn)行通信,速率低時(shí)可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信,一般可達(dá)數(shù)百上千米。
3、RS485,在RS422后推出,絕大部分繼承了422,主要的差別是RS485可以是半雙工的,而且一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力至少可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器(即接收器為1/32單位負(fù)載),當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動(dòng)更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工485驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)都是標(biāo):RS422/485的,因?yàn)槿p工RS485的驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)一定可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)。
接口理解:
1、485通訊接口一個(gè)對(duì)通訊接口的硬件描述,它只需要兩根通訊線,既可以在兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接,是半雙工的通訊方式。在某一個(gè)時(shí)刻,一個(gè)設(shè)備只能進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。
2、硬件通訊接口建立后,在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬x表之間需要約定一個(gè)數(shù)據(jù)協(xié)議,以使接收端能夠解析收到的數(shù)據(jù),這便是“協(xié)議”的概念。
3、通訊協(xié)議有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議格式,如“ModBus”協(xié)議,標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議內(nèi)容全面,包含的內(nèi)容很多,但不易理解。由此,可以定義了一種協(xié)議,簡(jiǎn)單實(shí)用,這便是“自定義協(xié)議”。
4、包括ModBus協(xié)議、自定義協(xié)議。氣渦輪兼容兩種協(xié)議格式。
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