串口通讯布线及常见故障处理串口通讯布线及常见故障处理开发部开发部 ：陶家涛：陶家涛2008年年11月月10日日1.串行通讯标准RS-232-CRS-232-C接口（又称接口（又称 EIA RS-232-CEIA RS-232-C）是目）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在前最常用的一种串行通讯接口。它是在19691969年由美国电子工业协会（年由美国电子工业协会（EIAEIA）联合贝）联合贝尔系统、尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。RS-232RS-232采用非平衡参考地信号采用非平衡参考地信号, ,由于抗干扰由于抗干扰和抗噪性的原因，存在着传输距离不太远和抗噪性的原因，存在着传输距离不太远( (最大传输距离最大传输距离15m)15m)和传送速率不高和传送速率不高( (最大最大位速率为位速率为20Kb/s)20Kb/s)的问题。的问题。19771977年年 EIAEIA制定了制定了RS-449RS-449标准，与标准，与RS-449RS-449同时推出的还有同时推出的还有RS-422RS-422和和RS-423RS-423，它们是，它们是RS-449RS-449的标准子集。另外的标准子集。另外, ,还有还有RS-485,RS-485,它它是是RS-422RS-422的变形。的变形。RS-422RS-422、RS-423RS-423是全双是全双工的工的, ,而而RS-485RS-485是半双工的。在实际中最常是半双工的。在实际中最常用的通讯方式为用的通讯方式为RS-232RS-232、RS-485RS-485、RS-422RS-422，而其中绝大多数智能化设备都采用的是，而其中绝大多数智能化设备都采用的是RS-485RS-485通讯。通讯。2.串口电气特性串行通信标准规定采用一个串行通信标准规定采用一个2525个脚的个脚的 DB25DB25接口，对接口的每个引脚的信号内容都做接口，对接口的每个引脚的信号内容都做了规定，在实际通讯中不使用传送控制信了规定，在实际通讯中不使用传送控制信号，号， 故经常使用的是经简化的故经常使用的是经简化的DB9DB9接口。接口。RS-232RS-232通讯方式时采用通讯方式时采用TxDTxD 、RxDRxD、GNDGND三三根线；根线；RS-485RS-485通讯方式时采用通讯方式时采用TxDTxD 、RxDRxD两两根线；根线；RS-422RS-422通讯时采用通讯时采用TxDTxD+ +、TxDTxD- -、RxDRxD+ +、RxDRxD- - 四根线四根线。附：DB9和DB25引脚对比 9 9 9 9针串口（针串口（针串口（针串口（DB9DB9DB9DB9）25252525针串口针串口针串口针串口（DB25DB25DB25DB25）针号针号针号针号功能说明功能说明功能说明功能说明缩写缩写缩写缩写针号针号针号针号功能说明功能说明功能说明功能说明缩写缩写缩写缩写1 1 1 1数据载波检测数据载波检测数据载波检测数据载波检测DCDDCDDCDDCD8 8 8 8数据载波检测数据载波检测数据载波检测数据载波检测DCDDCDDCDDCD2 2 2 2接收数据接收数据接收数据接收数据RXDRXDRXDRXD3 3 3 3接收数据接收数据接收数据接收数据RXDRXDRXDRXD3 3 3 3发送数据发送数据发送数据发送数据TXDTXDTXDTXD2 2 2 2发送数据发送数据发送数据发送数据TXDTXDTXDTXD4 4 4 4数据终端准备数据终端准备数据终端准备数据终端准备DTRDTRDTRDTR20202020数据终端准备数据终端准备数据终端准备数据终端准备DTRDTRDTRDTR5 5 5 5信号地信号地信号地信号地GNDGNDGNDGND7 7 7 7信号地信号地信号地信号地GNDGNDGNDGND6 6 6 6数据设备准备好数据设备准备好数据设备准备好数据设备准备好DSRDSRDSRDSR6 6 6 6数据准备好数据准备好数据准备好数据准备好DSRDSRDSRDSR7 7 7 7请求发送请求发送请求发送请求发送RTSRTSRTSRTS4 4 4 4请求发送请求发送请求发送请求发送RTSRTSRTSRTS8 8 8 8清除发送清除发送清除发送清除发送CTSCTSCTSCTS5 5 5 5清除发送清除发送清除发送清除发送CTSCTSCTSCTS9 9 9 9振铃指示振铃指示振铃指示振铃指示DELLDELLDELLDELL22222222振铃指示振铃指示振铃指示振铃指示DELLDELLDELLDELL2.1.RS2.1.RS232232电气特性电气特性逻辑逻辑1(MARK) =-3V1(MARK) =-3V-15V-15V，逻辑，逻辑0 (SPACE) 0 (SPACE) =+3=+315V15V。 最高通讯数据速率为最高通讯数据速率为19.2Kb/S19.2Kb/S。通讯距离一般为通讯距离一般为1515米。米。2.2.RS2.2.RS232232通讯存在的问题通讯存在的问题接口的信号电平值较高，易损坏接口电路接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，且与的芯片，且与TTL TTL 电平不兼容，需使用电电平不兼容，需使用电平转换电路才能与平转换电路才能与TTLTTL电路连接。电路连接。传输速率较低，在异步传输时，波特率最传输速率较低，在异步传输时，波特率最高为高为19.2Kbps19.2Kbps。使用一根信号线和一根信号返回线而构成使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，共地的传输形式， 这种共地传输容易产生这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限，一般传输距离为传输距离有限，一般传输距离为1515米，实米，实际不超过际不超过5050米。米。RS-232-CRS-232-C总线上只允许连接一台收发器，总线上只允许连接一台收发器，即一台上位机只能和一台下位机连接。即一台上位机只能和一台下位机连接。 基于以上原因就出现了另一些通讯标准，基于以上原因就出现了另一些通讯标准，RS-485RS-485是其中之一。是其中之一。接收器采用差分接受方式，即通过（接收器采用差分接受方式，即通过（V+V+）- -（V-V-）0.2V0.2V，表示信，表示信“0”0”；（；（V+V+）- -（V-V-）-0.2V-0.2V，表示信号，表示信号“1”1”。输入灵。输入灵敏度为敏度为200mV200mV。该电平与。该电平与TTLTTL电平兼容，可电平兼容，可方便与方便与TTL TTL 电路连接。电路连接。RS-485RS-485的数据最高传输速率为的数据最高传输速率为10Mbps 10Mbps ，比，比RS-232RS-232快的多。快的多。RS-422RS-422电气特性和电气特性和RS-485RS-485相似，一般较少使用相似，一般较少使用RS-422RS-422通讯。通讯。2.3.RS2.3.RS422/485422/485电气特性电气特性 RS-485RS-485接口是采用差分接收方式，灵敏度接口是采用差分接收方式，灵敏度为为200mV200mV即可识别。抗共模干能力增强，即即可识别。抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。抗噪声干扰性好。RS-485RS-485接口的最大传输距离约为为接口的最大传输距离约为为12001200米，米，RS-232RS-232接口在总线上只允许连接接口在总线上只允许连接1 1个收发器；个收发器；而而RS-485RS-485接口在总线上是允许连接多达接口在总线上是允许连接多达3232个收发器。个收发器。长的传输距离和多站能力等上述优点就使长的传输距离和多站能力等上述优点就使RS-485RS-485成为首选的串行接口。成为首选的串行接口。 3.3.通讯布线要点通讯布线要点RS-232RS-232通讯方式时，每条总线线只能连接通讯方式时，每条总线线只能连接一个收发器，通讯距离小于一个收发器，通讯距离小于1515米。采用米。采用RS-RS-485485通讯方式时，通讯方式时，485485总线传输距离一般可总线传输距离一般可以达到以达到12001200米米, ,其前提条件是通讯线质量较其前提条件是通讯线质量较好，波特率适中（好，波特率适中（9.6k9.6k），负载设备较少。），负载设备较少。故故RS-485RS-485通讯布线工作要按照以下一些方通讯布线工作要按照以下一些方面来进行。面来进行。3.1.3.1.通讯线通讯线通讯线选择时，线径应不小于通讯线选择时，线径应不小于0.5mm0.5mm，且通，且通讯距离越长通讯线内径应越粗，这样可以讯距离越长通讯线内径应越粗，这样可以有效减小信号衰减，通常采用的通讯线线有效减小信号衰减，通常采用的通讯线线径为径为0.5-1.0mm0.5-1.0mm。RS-485RS-485接收器的输入灵敏接收器的输入灵敏度为度为200mV200mV，为防止信号干扰，需采用带屏，为防止信号干扰，需采用带屏蔽通讯线。蔽通讯线。485485通讯采用差模通讯方式，双通讯采用差模通讯方式，双绞的抗干扰性较好，使用双绞线效果更好。绞的抗干扰性较好，使用双绞线效果更好。3.2.3.2.匹配电阻匹配电阻485485总线在通讯线的开始和末端，由于电缆总线在通讯线的开始和末端，由于电缆的阻抗不连续，信号在这些地方会引起反的阻抗不连续，信号在这些地方会引起反射，总线反射会使接收器收到错误的信号，射，总线反射会使接收器收到错误的信号，导致导致CRCCRC校验错误或整个数据帧错误，这样校验错误或整个数据帧错误，这样会引起通讯不通。理论计算出通讯距离不会引起通讯不通。理论计算出通讯距离不超过超过4040米时，总线反射对通讯无影响。在米时，总线反射对通讯无影响。在实际运用时，通讯距离不超过实际运用时，通讯距离不超过100100米可以不米可以不添加匹配电阻。超过添加匹配电阻。超过100100米时，若通讯误码米时，若通讯误码率高，总线首尾匹配约率高，总线首尾匹配约120120欧的电阻能有效欧的电阻能有效防止信号反射。防止信号反射。3.3.3.3.通讯接线通讯接线RS-485RS-485为半双工模式，采用终端匹配的总为半双工模式，采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络，最好线型结构，不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来。从总采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。响最低。在在RS-485RS-485通讯时只需要连接接收和发送两通讯时只需要连接接收和发送两根线，但在同一条总线上电脑和的各个装根线，但在同一条总线上电脑和的各个装置的通讯地要求共地。如果存在接受器和置的通讯地要求共地。如果存在接受器和发送器不共地的情况，有可能很高的共模发送器不共地的情况，有可能很高的共模电压。在电压。在RS-485RS-485通讯方式下，收发器只有通讯方式下，收发器只有在共模电压不超出一定范围在共模电压不超出一定范围(-7V(-7V至至+12V)+12V)才才能够正常工作，当共模电压超出范围后会能够正常工作，当共模电压超出范围后会影响通讯甚至引起通讯芯片的烧毁。影响通讯甚至引起通讯芯片的烧毁。3.4.3.4.通讯共地通讯共地3.5.3.5.下位机数量下位机数量485485总线中下位机可连接数量取决于转换器总线中下位机可连接数量取决于转换器芯片和芯片和485485芯片的负载能力，一条总线最多芯片的负载能力，一条总线最多可以连接可以连接3232128128台下位机。但实际上通讯台下位机。但实际上通讯协议、通讯速度要求等都会限制总线上的协议、通讯速度要求等都会限制总线上的下位机数量。如以下位机数量。如以WZBWZB系列综保为例，通讯系列综保为例，通讯间隔采用间隔采用100ms100ms，每次遥测遥信数据刷新要，每次遥测遥信数据刷新要下发下发2 2条命令，总时间为条命令，总时间为0.2S0.2S，若要求数据，若要求数据采集周期小于采集周期小于2S2S，则可粗略计算出每条总，则可粗略计算出每条总线上综保数量不能多于线上综保数量不能多于1010台。台。4.4.常见故障及处理常见故障及处理通讯不通可能存在许多原因，但总体上故通讯不通可能存在许多原因，但总体上故障无外乎几个方面：障无外乎几个方面：一是接线错误一是接线错误二是线路中断二是线路中断三是通讯短路三是通讯短路四是通讯不稳定四是通讯不稳定五是电平异常五是电平异常六是硬件损坏六是硬件损坏RS-232RS-232中，上位机和下位机通讯接线是中，上位机和下位机通讯接线是TXRX, TXRX, GNDGNDTXRX, TXRX, GNDGND；RS-485RS-485中，中，上位机和下位机通讯接线是上位机和下位机通讯接线是TXRX, TXRX, TXRXTXRX。RS-485RS-485下位机的所有下位机的所有TXTX和和RXRX都是并列关系。都是并列关系。RS-485RS-485总线采用灯泡并接型，不宜采用星总线采用灯泡并接型，不宜采用星点发散型。点发散型。4.1.4.1.接线错误接线错误4.2.4.2.线路中断线路中断RS-232RS-232只具备单站通讯能力，线路比较好只具备单站通讯能力，线路比较好查，如为线路中断，查出中断点接上即可查，如为线路中断，查出中断点接上即可处理好。处理好。RS-485RS-485一般有几个下位机，若总线中断，一般有几个下位机，若总线中断，则全部通讯不通；若个别下位机到总线的则全部通讯不通；若个别下位机到总线的线路出现中断，则对应的下位机通讯不通，线路出现中断，则对应的下位机通讯不通，同一条总线上其它通讯正常。同一条总线上其它通讯正常。若通讯总线中，若通讯总线中，TXTX和和RXRX接到了一起，则造接到了一起，则造成了通讯短路。成了通讯短路。RS-485RS-485中，通讯短路则差中，通讯短路则差分电压为分电压为0V0V，通讯中断。，通讯中断。通讯芯片中通讯芯片中TXTX和和RXRX之间存在较大内阻，电之间存在较大内阻，电压之间有上拉下拉电阻，短路对线路和其压之间有上拉下拉电阻，短路对线路和其它芯片不会有影响。它芯片不会有影响。短路一般是由于接线错误或者芯片损坏内短路一般是由于接线错误或者芯片损坏内部短路引起的。部短路引起的。4.3.4.3.通讯短路通讯短路4.4.4.4.通讯不稳定通讯不稳定线路过长：通讯线路过长会引起信号衰减，线路过长：通讯线路过长会引起信号衰减，较好的处理方式是改成有源通讯转换器或较好的处理方式是改成有源通讯转换器或信号延长器。信号延长器。总线反射：线路过长可能会引起总线反射，总线反射：线路过长可能会引起总线反射，这样导致通讯时断时续，加匹配电阻可以这样导致通讯时断时续，加匹配电阻可以改善。改善。干扰外部的强烈干扰会引起通讯不稳，改干扰外部的强烈干扰会引起通讯不稳，改用有源通讯转换器可较好处理。用有源通讯转换器可较好处理。4.5.4.5.电平异常电平异常RS-232RS-232和和RS-485RS-485都有其电气特性，如总线都有其电气特性，如总线电压超出其范围则引起通讯中断。电压超出其范围则引起通讯中断。RS-232RS-232线对地电压在线对地电压在3 315V15V或或-3-3-15V-15V内；内；RS-485TXRS-485TX对对RXRX电压在电压在2 26V6V或或-2-2-6V-6V内内, , RS-485RS-485共模电压在共模电压在7 712V12V内，若通讯总内，若通讯总线电压不符合上述要求则会引起会引起通线电压不符合上述要求则会引起会引起通讯异常。讯异常。4.6.4.6.硬件故障硬件故障当然出现硬件故障通讯则不可能通了，硬当然出现硬件故障通讯则不可能通了，硬件故障包括串口故障，转换器故障，通讯件故障包括串口故障，转换器故障，通讯芯片故障等。芯片故障等。串口故障导致整个通讯不通，可通过掉换串口故障导致整个通讯不通，可通过掉换串口检查。串口检查。转换器故障也会导致整个通讯不通，也采转换器故障也会导致整个通讯不通，也采用更换转换器等方法检查。用更换转换器等方法检查。通讯芯片功能损坏，影响单个通讯，芯片通讯芯片功能损坏，影响单个通讯，芯片故障导致短路，则整条总线通讯中断。故障导致短路，则整条总线通讯中断。5.总结串口通讯由于其硬件简单、成本低、维护串口通讯由于其硬件简单、成本低、维护调试方便等优点，得到广泛应用，但它也调试方便等优点，得到广泛应用，但它也存在抗干扰性不强、可靠性不高、通讯效存在抗干扰性不强、可靠性不高、通讯效率偏低等不足。随着技术的不断发展，网率偏低等不足。随着技术的不断发展，网络技术不断得到应用，其传输距离远、速络技术不断得到应用，其传输距离远、速度快、可靠性高的优点体现出来。但实现度快、可靠性高的优点体现出来。但实现网络通讯硬件要求也高，所以在未来串口网络通讯硬件要求也高，所以在未来串口通讯和网络通讯方式会并存一起发展。通讯和网络通讯方式会并存一起发展。