專題串行通信1、串行通信的基本概念通信：計算機與外部設備交換信息串行通信：將數據分解成二進制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式串行通信的優勢：用于通信的線路少，因而在遠距離通信時可以極大地降低成本串行通信適合于遠距離數據傳送，也常用于速度要求不高的近距離數據傳送PC系列機上有兩個串行異步通信接口，鍵盤、鼠標器與主機間采用串行數據傳送一、串行通信與并行通信的比較

①從通信距離上看：并行通信適宜于近距離的數據傳送，通常小于30米。而串行通信適宜于遠距離傳送，可以從幾米到數千公里。

②從通信速率上看：一般應用中，在短距離內，并行接口的數據傳輸速率顯然比串行接口的傳輸速率高得多，但長距離內串行數據傳送速率會比并行數據傳送速率快。由于串行通信的通信時鐘頻率較并行通信容易提高，因此許多高速外部設備，如數字攝像機與計算機之間的通信也往往使用串行通信方式。一、數據傳送方向1、全雙工方式（fullduplex）通信雙方都能在同一時刻進行發送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工制，如圖1所示。在全雙工方式下，通信系統的每一端都設置了發送器和接收器，因此，能控制數據同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換，因此，沒有切換操作所產生的時間延遲，這對那些不能有時間延誤的交互式應用（例如遠程監測和控制系統）十分有利。2、半雙式方式（halfduplex）若使用同一根傳輸線既作接收又作發送，雖然數據可以在兩個方向上傳送，但通信雙方不能同時收發數據，這樣的傳送方式就是半雙工制，如圖2所示。采用半雙工方式時，通信系統每一端的發送器和接收器，通過收/發開關轉接到通信線上，進行方向的切換，因此，會產生時間延遲。收/發開關實際上是由軟件控制的電子開關。3、單工方式1.異步方式串行通信時的數據、控制和狀態信息都使用同一根信號線傳送收發雙方必須遵守共同的通信協議（通信規程），才能解決傳送速率、信息格式、位同步、字符同步、數據校驗等問題串行異步通信以字符為單位進行傳輸，其通信協議是起止式異步通信協議異步串行數據發送格式起始位——每個字符開始傳送的標志，起始位采用邏輯0電平起始位校驗位停止位空閑位數據位低位高位字符0/10/10/10/110111…數據位——數據位緊跟著起始位傳送。由5～8個二進制位組成，低位先傳送校驗位——用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進行傳送例：傳送8位數據45H（0100,0101B），奇校驗，1個停止位，則信號線上的波形為三、數據傳輸速率數據傳輸速率稱為波特率(BaudRate)每秒傳輸的二進制位數bps字符中每個二進制位持續的時間長度都一樣，為數據傳輸速率的倒數【例】如果一個串行字符由1個起始位，7個數據位，1個奇偶校驗位和1個停止位等10個數位構成，每秒鐘傳送120個字符，則數據傳送的波特率為：

10位/字符×120字符/秒=1200位／秒=1200波特傳送每位信息所占用的時間為：

1秒/1200=0.833毫秒常用的波特率為110、300、600、1200、2400、4800、9600和19200波特，它也是國際上規定的標準波特率。同步傳送的波特率高于異步傳送方式，可達到64000波特。RS-232C串行通信接口標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是美國EIA(電子工業聯合會）與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合于數據傳輸速率在0～20000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規定。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。2、連接器的機械特性：連接器：由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。（1）DB-25：PC和XT機采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號線，分為4組：①異步通信的9個電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22②20mA電流環信號9個（12，13，14，15，16，17，19,23，24）③空6個（9，10，11，18，21，25）④保護地（PE）1個，作為設備接地端（1腳）DB-25型連接器的外形及信號線分配如圖3所示。注意，20mA電流環信號僅IBMPC和IBMPC/XT機提供，至AT機及以后，已不支持。（2）DB-9連接器在AT機及以后，不支持20mA電流環接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設備連接，必須使用專門的電纜線。電纜長度：在通信速率低于20kb/s時，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。最大直接傳輸距離說明：RS-232C標準規定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標準在電氣特性中規定，驅動器的負載電容應小于2500pF。RS-422與RS-485串行接口標準

1．平衡傳輸RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖2。圖2通常情況下，發送驅動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-2～-6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作“第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。接收器也作與發送端相對的規定，收、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。參見圖3。2．RS-422電氣規定RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖5是典型的RS-422四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。圖4是其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩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。3．RS-485電氣規定由于RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信，參見圖6。四、RS-422與RS-485的網絡安裝注意要點

RS-422可支持10個節點，RS-485支持32個節點，因此多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建網絡時，應注意如下幾點：1．采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。圖8所示為實際應用中常見的一些錯誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c，e這三種網絡連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質量下降。2．應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。

總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。五、RS-422與RS-485傳輸線上匹配的一些說明

對RS-422與RS-485總線網絡一般要使用終接電阻進行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么情況下不用考慮匹配呢？理論上，在每個接收數據信號的中點進行采樣時，只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。一般終端匹配采用終接電阻方法，終接電阻一般在RS-422網絡中取100Ω，在RS-485網絡中取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，