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串口是一种接口标准,它规定了接口的电气标准,简单说只是
物理层的一个标准。没有规定接口
插件电缆以及使用的协议,所以只要我们使用的接口插件电缆符合
串口标准就可以在实际中灵活使用,在串口接口标准上使用各种协议进行通讯及设备控制。
目录
主要特性接口标准插口种类串口扩展串口应用区别接口标准展开
主要特性接口标准插口种类串口扩展串口应用区别接口标准展开
编辑本段主要特性
仅供参考
典型的
串行通讯标准是RS232和RS485,它们定义了电压,
阻抗等,但不对软件协议给予定义,区别于RS232, RS485的特性包括:
1.
RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比
RS-232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片, 且该电平与
TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。
2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。
3. RS-485接口是采用平衡
驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗
噪声干扰性好。
4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺(约1219米),实际上可达 3000米,另外RS-232-C接口在
总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在
总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的
串行接口。因为RS485接口组成的
半双工网络一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座,与智能终端RS485接口采用DB-9(孔),与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9(针)。
RS485编程
串口协议只是定义了传输的电压,
阻抗等,编程方式和普通的串口编程一样
编辑本段接口标准
(1)平衡传输
RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2V~6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于
高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
(2)RS-422电气规定
由于接收器采用高输入
阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收
节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(
XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大
传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与
传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大
传输速率仅为1Mbps。RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性
阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。
(3)RS-485电气规定
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。
RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行
总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用
半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成
分布式系统,其允许最多并联32台
驱动器和32台接收器。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的
驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大
传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大
传输速率仅为1Mbps。
(4)RS-422与RS-485的网络安装注意要点
RS-422可支持10个
节点,RS-485支持32个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用
终端匹配的
总线型结构,不支持环形或
星形网络。在构建网络时,应注意如下几点:
* 采用一条双绞线电缆作
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,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。
* 应注意总线特性
阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。
总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
编辑本段插口种类
以上我们了解了
串口的协议,而我们日常工作中接触最多的是实际的一些设备的外部接口,我们如何从外形上就知道它是那种接口呢?制作
线缆各针脚如何定义?上面我们知道了串口RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层
通信协议。从我们实际工作中碰到的使用最多的插口有三种DB9 DB25 RJ45,上面三种插口插件都可以用作
串口插口插件,也可以通过
线缆进行插口之间的转换。下面我们就三种插口的针脚定义分别说明,三个插口之间的转换也只要按照插口定义的
线缆跳接即可。
* DB9(9脚插口插座),如图2。9针
串口功能如表1。
图2
图1
* DB25(25脚插口插座),如图3。25针
串口功能如表2。
* 还有一种插口是RJ45,
比如湖北台使用的品尼高mss1600、mss700视频服务器的编解码板控制口都为
串口,插口是RJ45的,而播控机的串口插口是DB9,因此我们就需要使用转换
线缆。转换
线缆的
针脚定义如图4。
RS485
半双工接法为:RX+ 和TX+ 并联为Data+;RX- 和TX- 并联为Data-。RS485 全双工/RS422 接法为:FULL 和GND 短接;信号线为RX+,TX+,RX-,TX-,可根据需要连接GND。
编辑本段串口扩展
串口的扩展,我们知道一般一台计算机有两个串口,而对于一台播控计算机需要控制的设备远远不止两台设备,我们需要同时控制视频服务器,录像机、切换台、字幕机等各种设备。所以我们就需要对
串口进行扩展,我们可以使用串口扩展卡对串口进行扩展,
比如我们在播控系统中使用的串口扩展卡MOXA CI-134。
MOXA CI-134是专为工业环境通信应用设计的 RS-422/485 四
串口卡。它支持4个独立的RS-422/485
串口,在一对多点的通信应用下,最多可控制128 个设备。为使RS-485 2线
半双工操作变得更加简单,每片 CI-134 卡都具有数据流向自动控制(ADDC),不需软件操作。因此,在Windows应用下不需额外的编码就能控制RS-485
半双工协议。为达到工业环境对高可靠性产品的要求,本系列产品提供可选择的
光电隔离(2 KV)和浪涌保护(25 KV ESD)功能。
该产品特点包括:可选择
光电隔离(2KV)和浪涌保护(25KV ESD)功能;提供数据流向自动控制ADDC (Automatic Data Direction Control)功能;RS-485 数据控制l: ADDC 或通过 RTS控制;内建终端电阻;采用芯片硬件
流量控制,保证数据不流失;采用先进 ASIC 设计,返修率低;支持众多常见的
操作系统。
编辑本段串口应用
我们知道
串口RS232有效传输距离为15米, RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mbps。我们播控中使用的录像机如DVCPRO、IMX控制接口有RS232、RS422多个接口供选择,如果使用pin9则为RS422接口,视频服务器编解码口控制都是RS422接口,只是插口为RJ45不是DB9的,需要转换
线缆进行转换。因此我们在控制中根据以上特性可以灵活使用,我们由于主备控制切换的需要,以及距离的考虑统一选用RS422倒换开关进行倒换,控制RS422倒换开关的为RS232控制接口,这个直接由播控机本身的COM口来控制倒换开关进行倒换,其他控制录像机、切换台、
视频服务器编解码卡使用MOXA卡扩展的RS422接口进入RS422倒换开关进行倒换。控制图如图5。
整个系统中只有RS422倒换开口控制是播控机的COM(RS232)口控制,其他都是MOXA卡扩展的RS422接口,由于应急开关需要RS232所以在应急开关前面加了一个RS422转RS232的
转换器。通过控制线播控机可以及时发出播控指令,也可以随时读取录像机、切换台、还有
视频服务器的状态。以上只是播控机房的系统控制图。上载、总控机房的系统控制大致和这相同。
RS422
总线、RS485和RS422电路原理基本相同,都是以差动方式发送和接受,不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因,这正是二者与RS232的根本区别,因为RS232是单端输入输出,双工工作时至少需要数字地线、发送线和接受线三条线(
异步传输),还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响,而RS485只能
半双工工作,发收不能同时进行,但它只需要一对双绞线。以上三种接口各有缺点,在实际工作中可以根据需要灵活选用。
计算机控制在广电播控系统中运用会越来越广泛,而且随着
计算机技术的不断发展,智能化也会不断提高,系统也会更加庞大,这就要求我们能更深入了解计算机的基础理论,这样才能更深入的了解系统,维护系统,保证系统的安全稳定运行,更好的保障安全播出。
市场上的RS-232转RS-485的
转换器,无源与有源两种
无源一般只是转换,有源的
转换器除了实现232和485的转换,还能保证两者之间
电气隔离!因为485的线路往往比较长,线路上有干扰,采取隔离措施后即使485线路上有干扰也不会影响232这边!
编辑本段区别
RS-232-C
RS-232-C是
美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。
RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。
在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。
RS-232-C标准规定的
数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200
波特。
RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电
容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。
RS-485
RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线
RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。
RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。
RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成
分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
RS-422
RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同,都是以差动方式发送和接受,不需要数字地线。
差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因,这正是二者与RS232的根本区别,因为RS232是单端输入输出,双工工作时至少需要数字地线 。发送线和接受线三条线(异步传输),还可以加其它控制线完成同步等功能。
RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响,而RS485只能半双工工作,发收不能同时进行,但它只需要一对双绞线。
RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。
串行通信接口标准经过使用和发展,目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以,以
RS-232C为主来讨论。RS-323C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于
数据传输速率在0~20000b/s范围内的通信。这个标准对
串行通信接口的有关问题,如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂
商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机
通信接口中广泛采用。
在讨论RS-232C接口标准的内容之前,先说明两点:
首先,RS-232-C标准最初是远程通信连接
数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)而制定的。因此这个标准的制定,并未考虑
计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机(更准确的说,是计算机接口)与终端或外设之间的近端连接标准。显然,这个标准的有些规定及和
计算机系统是不一致的,甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解,我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了
其次,RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”,都是站在DTE立场上,而不是站在DCE的立场来定义的。由于在
计算机系统中,往往是CPU和I/O设备之间传送信息,两者都是DTE,因此双方都能发送和接收。
编辑本段接口标准
RS-232-C
RS-232C标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准,其中EIA(Electronic Industry Association)代表
美国电子工业协会,RS(Recommeded Standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969),在这之前,有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA-RS-232-C、EIA-RS-422-A、EIA-RS-423A、EIA-RS-485。 这里只介绍EIA-RS-232-C(简称232,RS232)。 例如,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。
1.电气特性
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。
在TxD和RxD上:逻辑1(MARK)=-3V~-15V
逻辑0(SPACE)=+3~+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:
信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V~+15V
信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V~-15V
以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据(信息码):逻辑“1”(传号)的电平低于-3V,逻辑“0”(空号)的电平告语+3V;对于
控制信号;接通状态(ON)即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的
绝对值大于3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在±(3~15)V之间。
EIA-RS-232C与TTL转换:EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或
终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用
集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。
2、连接器的机械特性:
连接器:由于RS-232C并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。
(1)DB-25: PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线,分为4组:
①异步通信的9个电压信号(含信号地SG)2,3,4,5,6,7,8,20,22
②
20mA电流环信号 9个(12,13,14,15,16,17,19,23,24)
③空6个(9,10,11,18,21,25)
④保护地(PE)1个,作为设备接地端(1脚)
DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注意,20mA电流环信号仅IBM PC和
IBM PC/XT机提供,至AT机及以后,已不支持。
(2)DB-9连接器
在AT机及以后,不支持20mA电流环接口,使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个
串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接,必须使用专门的电缆线。
电缆长度:在通信速率低于20kb/s时,RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m(50英尺)。
最大直接传输距离说明:RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在
码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m(50英尺)。可见这个最大的距离是在
码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证
码元畸变小于4%的要求,接口标准在电气特性中规定,驱动器的负载电容应小于2500pF。
3、RS-232C的接口信号
RS-232C规标准接口有25条线,4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线,常用的只有9根,它们是
(1)联络
控制信号线:
数据装置准备好(Data set ready-DSR)——有效时(ON)状态,表明MODEM处于可以使用的状态。
数据终端准备好(Data set ready-DTR)——有效时(ON)状态,表明数据终端可以使用。
这两个信号有时连到电源上,一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效,只表示设备本身可用,并不说明通信链路可以开始进行通信了,能否开始进行通信要由下面的
控制信号决定。
请求发送(Request to send-RTS)——用来表示DTE请求DCE发送数据,即当终端要发送数据时,使该信号有效(ON状态),向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。
允许发送(Clear to send-CTS)——用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据,并向前发送时,使该信号有效,通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。
这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于
半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中,因配置双向通道,故不需要RTS/CTS联络信号,使其变高。
接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)——用来表示DCE已接通通信链路,告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端(远地)的MODEM送来的载波信号时,使RLSD信号有效,通知
终端准备接收,并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后,沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD)线。
振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON状态),通知终端,已被呼叫。
(2)数据发送与接收线:
发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM,(DTE→DCE)。
接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据,(DCE→DTE)。
(3)地线
有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线,无方向。
上述
控制信号线何时有效,何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如,只有当DSR和DTR都处于有效(ON)状态时,才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据,则预先将DTR线置成有效(ON)状态,等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后,才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的
通信线路特别有用,因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向,这时线路才能开始发送。
2个数据信号:发送TXD;接收RXD。
1个信号地线:SG。
6个
控制信号:
DSR——数传机(即modem)准备好,Data Set Ready.
DTR——数据终端(DTE,即
微机接口电路,如Intel8250/8251,16550)准备好,Data Terminal Ready。
RTS——DTE请求DCE发送(Request To Send)。
CTS——DCE允许DTE发送(Clear To Send),该信号是对RTS信号的回答。
DCD——数据载波检出,Data Carrier Detection当本地DCE设备(Modem)收到对方的DCE设备送来的载波信号时,使DCD有效,通知DTE准备接收, 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号, 经RXD线送给DTE。
RI——振铃信号 Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效,通知DTE已被呼叫。