第四章 总线技术4 1 概述4 2 内总线4 3 外总线标准外总线： 设备与设备之间信息交换使用的总线，称之为外总线。常用的外总线：RS-232C、RS-422、 RS-485。外总线主要采用并行通信和串行通信两种方式。并行通信： 数据的各位同时传送，一个字或字节可以并行传送。通常传送的距离较短，小于 10米。串行通信： 数据是一位一位的传送。只使用很少的几根数据线，即可完成数据交换。通常传送的距离很长，可达几十甚至上千米。数据传输的线路通常分为平衡方式和不平衡方式。不平衡方式： 使用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的；平衡方式：是用双绞线传输信号，信号在双绞 线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动 方式输入信号的。区别：在不平衡方式中，信号线上所感应的干扰 和地线上的干扰将叠加后影响到接收信号；而在 平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消， 地线上的干扰又不影响接收端。因此，平衡传输 方式在抗干扰方面有较好的性能，并适合较远距 离的数据传输。4. 3. 1 RS-232C总线及接口电路RS-232C是目前使用最广泛的串行通信接口 标准。采用的是异步串行通信格式。1. RS-232C总线标准(1)信息格式异步帧格式：05-8位数据位1P1起始位 数据位奇偶校验停止位通信约定：通信速率、起始和结束位数、奇偶 校验方式、数据位数。通常使用的通信速率：19200, 9600, 4800,2400, 1200(2)电平标准RS-232C采用负逻辑电平：逻辑1, ：-3V - 15V逻辑0, ：+3V + 15V*计算机内通常使用TTL电平：逻辑1 ： 2.0V 5V逻辑3 :0.8V 0V故需将电平进行转换。如图4-20 TTL电平与RS-232C电平的转换MC1488:实现TTL-RS-232C电平转换的传输线驱动器；MC1489:实现RS-232C-TTL电平转换的传 输线接收器。（3）接口电路图4-21 RS-232C中的单端驱动非差分接收电路图4-22两台单片机采用RS-232C进行串行通 信。* PC机的串口，使用的是 RS-232C标准。内部集 成了 UART （异步收发器），实现接收和发送的 硬件功能。*短距离的RS-232C通信，可以直接连线；长距 离通信需要加MODEM （调制解调器）。*RS-232C通信采用的是不平衡传输方式。(4)总线定义采用25芯插头座，定义如引 脚名称信 号 方 向含义注释1屏蔽地(保护 地)连到设备的机架 上。2TXD输 出发送数据 线发送数据3RXD输 入接收数据 线接收数据4RTS输 出请求发送 线通知MODEM, 计算机要发送数据。5CTS输 入允许发送 线计算机可以发送6DSR输 入数据通信 装置就绪MODEM已开启并就绪O7信号地与另外一台设备 的信号地连8DCD输 入接收线信 号检测MODEM已与另一个MODEM相连9-未定义10-未定义11-未定义12DCD输 入付通道接 收线信号 检测13CTS输 入付通道允 许发送线14TXD输 出付通道发 送数据线15TXC输 出发时钟信 号16RXD输 入付通道接 收数据线17RXC输 入接受时钟 线18-未定义19RTS输 出付通道请 求发送线20DTR输 出数据终端 就绪通知MODEM, 计算机可通信。21输 入信号质量 检测22输 入振铃指示23输 出数据信号 速率选择 器24输 出发送器信 号定时25-未定义注释：信号线只有3个2、3、7弓I脚，其余用 于与MODEM的握手信号。 2个通道，主信道和付信道。付信道在 连接的2个设备之间传送辅助控制信 息，很少使用，速率较低。图4-23 2台计算机进行RS-232C通信的引脚连 接(5)特点：从图4-21中可以看出，由于发送器和接收器 之间有公共的信号地，因此，共模干扰信号 不可避免地要进入信号传输系统。为了避免这种干扰信号，RS-232C必须采用大幅度的 电压摆动来避免干扰信号。由于不平衡传输的限制，干扰大时信号的准 确性受到影响，其速度和距离均受到影响，最高 速率为19.2kbps,最大距离为15米。4. 3. 2 RS-422总线及接口电路为了解决上述地电平的电位差问题，RS- 423A对RS-232C电路进行了改造，采用差动接收 器，接收器的另一端接收发送端的信号地。如图4-24 （清华图7-8） RS-423A中的单端驱动 差动接收电路。RS-422A则更进一步采用平衡驱动和差动接 收方法，从根本上消除信号地线。这种驱动器相 当于2个单端驱动器，它们输入的是同一个信 号，输出的是2线的差动信号。这样，共模干扰 信号出现时，接收器则接收差动信号。只要接收 器具有足够的抗共模电压范围，它就能识别干扰 而正确地接收传送的信息。如图4-24 （清华图7-8） RS-422A中的平衡驱动 差动接收电路。（1）信息格式与RS-232C信息格式相同，采用的是异步收发 帧。异步帧格式：05-8位数据位P1起始位 数据位奇偶校验停止位通信约定：通信速率、起始和结束位数、奇偶 校验方式、数据位数。通常使用的通信速率：19200, 9600, 100K, 1M, 10M(2)电平标准RS-422A 电平： 逻辑1 : +2V + 6V逻辑 0, ： -6V -2V* 计算机内通常使用TTL电平：逻辑1 ： 2.0V 5V逻辑0, ： 0.8V 0V故需将电平进行转换。图4-24 (清华图7-8) RS-422A中的平衡驱动差动接收电路MC3487:实现TTL-RS-422A电平转换的传输线驱动器；MC3486:实现RS-422A -TTL电平转换的传 输线接收器。* 实现长距离的通信。* RS-422A通信采用的是平衡传输方式。(3)接口电路使用双端线传送信号。由发送器、电缆、 接收器组成。线路中只允许有一个发送器，多个接收器。发送器负责将逻辑电平转换成电位差， 实现始端信号的发送；接收器将电位差转换成逻 辑电平，实现终端信号的接收。下图中图4-25 RS-422A两点传输电路(4)总线定义为了解决RS-232C的问题，EIA于1977年制 定了新标准RS-449，以支持较高的数据传送速 率；支持较远的传输距离；制定连接器的技术规 范；通过提供平衡电路改进接口电气特性。RS-449中规定了 37脚和9脚2种连接器。RS-422 和 RS-423A 以及 RS-485 者B是 RS-449 标准 的子集，它们都遵守RS-499的规定。RS-449标准9芯插头座定义引脚信号名称注释1屏蔽地(保护地)2次信道接收就绪3次信道发送数据4次信道接收数据5信号地6接收器公共端7次信道发送请求8次信道发送就绪9发送公共端RS-422规定：使用RS-232C定义的9芯插头座, 无地线，只使用RS-232C中的数据线。具体连接 如下图：图4-26采用9芯插座进行 RS-422通信 对于全双工方式，需要有4根信号线。(5)特点：电气性能优于RS-232C,发送器和接收器之间 传送的是差动信号。电压幅度小于 RS-232C由于采用平衡传输，抗共模干扰强，最高速 率为10Mbps,最大距离为1200米(90kbps)。4. 3. 3 RS-485总线及接口电路在工业控制及通信网络系统中，往往有许多 点互连，而且，大多数情况下，在任一时刻只一 个主控模块发送数据，其它模块处于接收数据的 状态。从而产生了主从结构的 RS-485标准。 RS-485是RS-422A的变型，它们都采用平衡差动 电路，区别在于RS-485工作在半双工方式，只需 要2根电缆线来连接。而RS-422A在通信线路上 只能有1个发送器，而RS-485可以有多个发送奥TFITO图4-27 RS-485传输电路特点： 平衡传输差动信号 实现多点连接的网络 电气特性与 RS-422A相同 多个发送器和多个接收器 适合长距离、高速度几种通信接口比较接 口RS- 232CRS-423ARS-422ARS-485连1台驱1台驱动1台驱动32台驱接动器器器动器台1台接10台接10台接32台接数收器收器收器收器传15m12m12m12m送20kbit/s300kbit/s10Mbit/s10Mbit/s90m120m120m_离10kbit/s1Mbit/s1Mbit/s与1200m1200m1200m速3kbit/s100kbit/s100kbit/s度