第第4章章 通用串行端口的数据通信通用串行端口的数据通信 4.1 串行通信串行通信 4.2 EIA-232D的接口标准的接口标准 4.3 EIA-485 4.4 EIA-485的端口连接的端口连接 4.5 EIA-485的网络连接的网络连接4.6 485网络的主从式通信管理网络的主从式通信管理 通用串行端口的数据通信串口通信有效性方法：串口通信有效性方法： 1 1、采用轮训或者中断来检测、接收信息；、采用轮训或者中断来检测、接收信息； 2 2、设置通信帧的起始、停止位；、设置通信帧的起始、停止位； 3 3、建立连接握手信号；、建立连接握手信号； 4 4、对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查。、对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查。4.1.1 串行通信帧的起始、停止位串行通信帧的起始、停止位 起始位功能：是指线路由空闲状态即高电平转向低电平，以通知接收方起始位功能：是指线路由空闲状态即高电平转向低电平，以通知接收方准备接收数据。准备接收数据。 停止位功能：是指发送方在数据传输结束时，用来通知接收方数据传输停止位功能：是指发送方在数据传输结束时，用来通知接收方数据传输已结束。已结束。 4.1 串行通信串行通信通用串行端口的数据通信4.1.2 连接握手连接握手 连连接接握握手手分分为为硬硬件件和和软软件件握握手手两两种种方方式式，是是收收发发双双方方确确认认已已建建立立连连接接关关系系的的约约定定，以以表表示示接接收收方方已已做做好好接接收收准准备备，可可进进入入数数据据收收发发状状态态。4.1.3 确认确认 确认是指确认是指 接收者位表明数据已经收到而向发送着回复信息的过程。接收者位表明数据已经收到而向发送着回复信息的过程。 4.1.4 中断中断 所所谓谓通通信信中中断断是是指指当当通通信信过过程程中中一一旦旦发发生生了了不不同同事事件件，系系统统则则需需要要根根据状态变化停止执行现行程序而转向与状态相适应的应用程序。据状态变化停止执行现行程序而转向与状态相适应的应用程序。Select Case MSComm1.CommEventSelect Case MSComm1.CommEvent Case Is = comEvReceive Case Is = comEvReceive . .Case Is = comEvSendCase Is = comEvSend . . End Select End Select通用串行端口的数据通信4.1.5 轮询轮询 所所谓谓轮轮询询是是指指通通过过周周期期性性地地获获取取特特征征获获信信号号来来读读去去数数据据或或发发现现是是否否有有事件发生的工作过程。事件发生的工作过程。4.1.6 差错检验差错检验 串串行行通通信信中中差差错错检检验验主主要要是是指指冗冗余余数数据据校校验验、奇奇偶偶校校验验、校校验验和和字字节节、循环冗余校验和。循环冗余校验和。 1、冗冗余余数数据据校校验验 是是指指发发送送着着对对每每个个报报文文重重复复发发送送两两次次，由由接接收收者者根根据这两次接收到的数据是否一致来判断本次通信的有效性。据这两次接收到的数据是否一致来判断本次通信的有效性。 2、奇偶校验、奇偶校验 是指串行通信中使用奇偶校验位来进行错误检查。是指串行通信中使用奇偶校验位来进行错误检查。 3、校校验验和和字字节节 是是指指对对每每个个报报文文中中的的所所有有字字节节进进行行数数学学或或逻逻辑辑运运算算，并并将将运运算算结结果果形形成成的的差差错错检检验验字字节节作作为为报报文文的的组组成成部部分分发发送送给给接接收收方方。接收端则按相同的运算方法进行计算，以判断收发双方数据是否一致。接收端则按相同的运算方法进行计算，以判断收发双方数据是否一致。通用串行端口的数据通信 EIA-232-D是是由由美美国国电电子子工工业业协协会会EIA制制定定的的物物理理接接口口标标准准。它它定定义义了了数数据据终终端端设设备备（DTE）与与数数据据通通信信设设备备（DCE）之之间间的的物物理接口。它具有机械、电气、功能和过程四个特性。理接口。它具有机械、电气、功能和过程四个特性。4.2.1 接口的机械特性接口的机械特性 EIA-232规定使用规定使用DB25的插头或插座的插头或插座作为连接器，它对连接器的尺寸及每个作为连接器，它对连接器的尺寸及每个插针的排列位置均有明确的定义，并定插针的排列位置均有明确的定义，并定义了义了22条与外界连接的信号线。其中阳条与外界连接的信号线。其中阳性插头性插头DB-25-P用于与用于与DTE相连，阴性相连，阴性插座插座DB-25-S用于与用于与DCE相连。相连。4.2 EIA-232-D的接口标准的接口标准通用串行端口的数据通信4.2.2 接口的电气特性接口的电气特性 EIA-232采用负逻辑电平：采用负逻辑电平： 数数据据线线：逻逻辑辑“1” -5-15V ；逻辑；逻辑“0” +5+15V。 控控制制线线：逻逻辑辑“1” -5-15V OFF ；逻辑；逻辑“0” +5+15V ON。注注： EIA-232逻逻辑辑电电平平与与TTL电电平平不不兼兼容容，若若要要实实现现TTL电电路路的的连连接接，需需进进行行电电平平转转换换。如如采采用用MAX232芯片。芯片。 通用串行端口的数据通信4.2.3 接口的功能特性接口的功能特性 引脚号引脚号名名 称称功功 能能信号方向信号方向9 9针连接器针连接器1 1PGNDPGND保护接地保护接地2 2 2 2TXDTXDTXDTXD发送数据发送数据发送数据发送数据DTEDTEDTEDTEDCEDCEDCEDCE3 3 3 33 3 3 3RXDRXDRXDRXD接收数据接收数据接收数据接收数据DCEDCEDCEDCEDTEDTEDTEDTE2 2 2 24 4RTSRTS请求发送请求发送DTEDTEDCEDCE7 7 7 75 5CTSCTS允许发送允许发送DCEDCEDTEDTE8 8 8 86 6DSRDSRDCEDCE就绪就绪DCEDCEDTEDTE6 6 6 67 7 7 7SGNDSGNDSGNDSGND信号接地信号接地信号接地信号接地5 5 5 58 8CDCD载波检测载波检测DCEDCEDTEDTE1 1 1 12020DTRDTRDTEDTE就绪就绪DTEDTEDCEDCE4 4 4 42222RIRI振铃指示振铃指示DCEDCEDTEDTE9 9 9 9通用串行端口的数据通信4.2.4 过程特性过程特性 过过程程特特性性规规定定了了数数据据终终端端设设备备DTEDTE与与数数据据通通信信设设备备DCEDCE之之间间控控制制信信号号与与数据信号的发送时序、应答关系及操作过程。数据信号的发送时序、应答关系及操作过程。 DCE DCE DCE DCE就绪就绪就绪就绪(6)(6)(6)(6)物理连接建立物理连接建立ModemModemModemModem协议协议协议协议 DTEDTEDTEDTE就绪就绪就绪就绪(20)(20)(20)(20)接收连接请求接收连接请求物理连接建立物理连接建立 DCE DCE DCE DCE就绪就绪就绪就绪(6)(6)(6)(6)请求建立连接请求建立连接请求建立连接请求建立连接 DTEDTEDTEDTE就绪就绪就绪就绪(20)(20)(20)(20)请求建立连接请求建立连接请求发送请求发送请求发送请求发送(4)(4)(4)(4)允许发送允许发送允许发送允许发送(5)(5)(5)(5)发送数据发送数据发送数据发送数据(2)(2)(2)(2)接收数据接收数据接收数据接收数据(3)(3)(3)(3)请求发送请求发送请求发送请求发送(4)(4)(4)(4) 允许发送允许发送允许发送允许发送(5)(5)(5)(5)发送数据发送数据发送数据发送数据(2)(2)(2)(2)接收数据接收数据接收数据接收数据(3)(3)(3)(3)通用串行端口的数据通信4.2.6 EIA-232-D端口的直接连接端口的直接连接 在在近近地地连连接接的的数数据据传传输输中中，两两个个DTEDTE可可直直接接通通过过电电缆缆连连接接亦亦即即“零零Modem”Modem”交叉互连方案。交叉互连方案。载波检测载波检测载波检测载波检测CD(1)CD(1)CD(1)CD(1)DTEDTEDTEDTE就绪就绪就绪就绪DTR(4)DTR(4)DTR(4)DTR(4)请求发送请求发送请求发送请求发送RTS(7)RTS(7)RTS(7)RTS(7)允许发送允许发送允许发送允许发送CTS(8)CTS(8)CTS(8)CTS(8)发送数据发送数据发送数据发送数据TXD(3)TXD(3)TXD(3)TXD(3)接收数据接收数据接收数据接收数据RXD(2)RXD(2)RXD(2)RXD(2)DCEDCEDCEDCE就绪就绪就绪就绪DSR(6)DSR(6)DSR(6)DSR(6)GND(5)GND(5)GND(5)GND(5)载波检测载波检测载波检测载波检测CD(1)CD(1)CD(1)CD(1)DTEDTEDTEDTE就绪就绪就绪就绪DTR(4)DTR(4)DTR(4)DTR(4)请求发送请求发送请求发送请求发送RTS(7)RTS(7)RTS(7)RTS(7)允许发送允许发送允许发送允许发送CTS(8)CTS(8)CTS(8)CTS(8)发送数据发送数据发送数据发送数据TXD(3)TXD(3)TXD(3)TXD(3)接收数据接收数据接收数据接收数据RXD(2)RXD(2)RXD(2)RXD(2)DCEDCEDCEDCE就绪就绪就绪就绪DSR(6)DSR(6)DSR(6)DSR(6)GND(5)GND(5)GND(5)GND(5)通用串行端口的数据通信4.3.1 EIA-485的技术参数的技术参数 EIA-485采采用用一一对对平平衡衡差差分分线线路路传传输输信信号号，即即能能抑抑制制噪噪声声又能克服节点间接地电平差异的影响。又能克服节点间接地电平差异的影响。 最大传输距离：最大传输距离：1200m（100Kbps） 最大传输速度：最大传输速度：10Mbps（距离（距离12m） 驱动器最小输出：驱动器最小输出： 1.5 驱动器最大输出：驱动器最大输出： 6 最大驱动器、接收器数量：最大驱动器、接收器数量：324.3.2 EIA-485的内部电路的内部电路4.3 EIA-485通用串行端口的数据通信4.4.1 EIA-4854.4.1 EIA-485的半双工连接的半双工连接 使用使用MAX485MAX485芯片即可实现芯片即可实现EIA-485EIA-485半双工通信，其特点：半双工通信，其特点： (1) (1)、EIA-485EIA-485能驱动能驱动3232个负载，且总负载不低于个负载，且总负载不低于5454 ； (2)(2)、EIA-485EIA-485接接口口必必须须加加接接120120 总总线线终终端端电电阻阻，当当该该值值与与电电缆缆特特征征阻阻抗抗相相等时，可削弱或消除信号的反射；等时，可削弱或消除信号的反射； (3) (3)、接口芯片需有限流及过热关闭功能；、接口芯片需有限流及过热关闭功能； (4) (4)、通信线路存在总线竞争，需要对网络的控制权进行管理。、通信线路存在总线竞争，需要对网络的控制权进行管理。4.4 EIA-485端口连接端口连接TTLTTL通用串行端口的数据通信4.4.2 EIA-485全双工连接全双工连接 使使用用MAX488MAX488芯芯片片可可实实现现全全双双工工EIA-485EIA-485连连接接。在在多多节节点点全全双双工工连连接接中中，一一个个节节点点既既可可在在一一条条通通路路上上向向所所有有其其它它节节点点发发送送信信息息，又又可可在在另另一一条条通通路上接收来自其它节点的信息。路上接收来自其它节点的信息。MAX488DRRDGNDGNDVccVccTTLTTL通用串行端口的数据通信TTLTTL通用串行端口的数据通信4.4.3 EIA-232与与EIA-485端口的转换端口的转换 1 1、转换芯片：、转换芯片：MAX232MAX232、MAX485MAX485 2 2、信号线：、信号线：TXDTXD、RXDRXD、RTSRTS 3 3、收收发发控控制制：当当RTSRTS为为高高电电平平时时，MAX485MAX485处处于于接接收收状状态态；当当RTSRTS为低电平时，为低电平时，MAX485MAX485处于发送状态。处于发送状态。T2IN通用串行端口的数据通信4.5 EIA-485网络连接网络连接4.5.1 网络的机械电气接口网络的机械电气接口 EIA-485仅仅规规定定了了物物理理层层的的接接口口规规范范，因因此此，它它只只能能作作为为工工业业数数据据通通信信标标准准的的组组成成部部分分，在在实实际际应应用用中中，必必须须自自定定义义通通信信协协议议对对通通信信中中的的链链路路连连接接、网网络络控控制制权权问问题题进进行行规规范范。如如IEEE-1118通通用用主主从从协协议议、PROFIBUS总线。总线。4.5.2 网络拓扑网络拓扑 工业数据通信中，工业数据通信中，485网络采用总线型或树形拓扑结构。网络采用总线型或树形拓扑结构。4.5.3 网络接地网络接地 EIA-485规规范范建建议议在在每每个个节节点点的的信信号号地地与与接接地地线线之之间间应应串串接接一一个个100 /0.5W的的电电阻阻，以以限限制制接接地地线线中中的的电电流流，保保护护元元器器件件不不至至于于出出现现过过电流。电流。通用串行端口的数据通信4.5.4 电气隔离电气隔离 所所谓谓隔隔离离是是指指将将电电气气信信号号转转变变为为电电、磁磁、光光及及其其它它物物理理量量作作为为中中间间量量，使使两两侧侧的的电电流流回回路路相相对对隔隔离离又又能能实实现现信信号号的的传传递递。它它的的实实质质是是为为了了削削弱弱电电气气噪噪声声对对信信号号传传输输的的影影响响，它它包包括括信信号号隔隔离离（光光耦耦、继继电电器器）与与电电源源隔离（变压器）。隔离（变压器）。 4.5.5 屏蔽与接地屏蔽与接地 有有效效的的屏屏蔽蔽能能阻阻止止电电磁磁干干扰扰对对导导线线上上通通信信信信号号的的影影响响。它它可可分分为为电电场场屏蔽、电磁屏蔽和磁场屏蔽。屏蔽、电磁屏蔽和磁场屏蔽。 1 1、电场屏蔽、电场屏蔽 是抑制电路间由于分布电容的耦合而产生的电场干扰。是抑制电路间由于分布电容的耦合而产生的电场干扰。 2 2、电电磁磁屏屏蔽蔽 是是抑抑制制高高频频电电磁磁场场对对电电路路的的影影响响，包包括括电电磁磁感感应应干干扰扰和和电磁辐射干扰。电磁辐射干扰。 3 3、磁场屏蔽、磁场屏蔽 是抑制低频磁场对电路的影响。是抑制低频磁场对电路的影响。通用串行端口的数据通信4.6 485网络的主从式通信管理网络的主从式通信管理4.6.1 主从协议主从协议 1、网网络络连连接接 由由主主节节点点负负责责控控制制网网络络上上的的所所有有连连接接，本本着着机机会会均均等等的的原则，主节点逐一轮询从节点，以实现严格的周期性报文传输。原则，主节点逐一轮询从节点，以实现严格的周期性报文传输。 2、网网络络控控制制权权管管理理 由由一一个个主主节节点点对对485总总线线的的控控制制权权进进行行管管理理，任任一一时时刻刻只只允允许许一一个个节节点点向向总总线线发发送送报报文文，所所有有从从节节点点只只有有在在得得到到主主节节点点许许可的前提才能有发送报文的机会。从节点与从节点间不能直接通信。可的前提才能有发送报文的机会。从节点与从节点间不能直接通信。4.6.2 通用串行协议通用串行协议 通通用用串串行行协协议议是是一一种种采采用用串串行行通通信信和和主主从从式式介介质质访访问问控控制制方方式式实实现现自自控设备间通信的工业控制网络协议。控设备间通信的工业控制网络协议。 （一）、特点：（一）、特点： 1、EIA-485接口，支持多点通信连接，每个网段最多接口，支持多点通信连接，每个网段最多32个节点；个节点；通用串行端口的数据通信 2、主从式技术，构成单主控制网络；、主从式技术，构成单主控制网络； 3 3、报文结构简单、可靠；、报文结构简单、可靠； 4 4、通信速率。、通信速率。（二）、报文结构（二）、报文结构 地址域地址域04位表示地址位表示地址 地址域地址域57位表示报文类型：位表示报文类型： 000：标准报文：标准报文 001：广播报文：广播报文 010：镜像报文：镜像报文 1xx：特殊报文：特殊报文 通用串行端口的数据通信4.6.3 Modbus 与与 Modbus Plus ModBus ModBus通信协议采用主从式通信协议。通信协议采用主从式通信协议。（一）、特点：（一）、特点： 1 1、物理接口采用、物理接口采用EIA-485EIA-485规范；规范； 2 2、主从式单主控制网络；、主从式单主控制网络； 3 3、简洁的通信报文；、简洁的通信报文； 4 4、从机访问采用轮询机制；、从机访问采用轮询机制； 5 5、广播通信。、广播通信。 （二）、报文格式（二）、报文格式 ModBusModBus通通信信协协议议具具有有两两种种报报文文帧帧格格式式：ASCIIASCII和和RTURTU。ASCIIASCII格格式式以以“：”开始，以两个回车符结束；开始，以两个回车符结束； RTU RTU格式以格式以4T4T开始与结束。开始与结束。通用串行端口的数据通信 ModBus ModBus通讯规约定义的功能码为通讯规约定义的功能码为1 1127127，通过功能码告诉从机应执行，通过功能码告诉从机应执行什么动作。什么动作。MODBUSMODBUS部分功能码部分功能码功能码功能码定定 义义操操 作（二进制）作（二进制）0202读开关量输入读开关量输入读取一个或多个开光量状态数据读取一个或多个开光量状态数据0303读寄存器数据读寄存器数据读取一个或多个寄存器的数据读取一个或多个寄存器的数据0505写开关量输出写开关量输出控制一路继电器控制一路继电器“合合/ /分分”输出输出0606写单路寄存器写单路寄存器把一组二进制数据写入单个寄存器把一组二进制数据写入单个寄存器1010写多路寄存器写多路寄存器把多组二进制数据写入多个寄存器把多组二进制数据写入多个寄存器通用串行端口的数据通信 MODBUS MODBUS协议帧结构协议帧结构通用串行端口的数据通信习题习题1 1、试简要说明、试简要说明EIA-232DEIA-232D的特性，并详细说明其过程特性？的特性，并详细说明其过程特性？2 2、试简要说明零、试简要说明零ModemModem互连方案的工作原理，并绘出接线图。互连方案的工作原理，并绘出接线图。3 3、如何将、如何将RS232RS232转换为转换为RS485RS485接口？绘出其接线图。接口？绘出其接线图。4 4、什么是屏蔽？它分为哪几种屏蔽？、什么是屏蔽？它分为哪几种屏蔽？通用串行端口的数据通信通用串行端口的数据通信