一、串行通訊與并行通訊
在通信和計算機科學中,串行通信(Serial Communication)是一個通用概念,泛指所有的串行的通信協定,如RS232、RS422、RS485、USB、I2C、SPI等。
串行通訊是指僅用一根接收線和一根發送線就能将資料以位進行傳輸的一種通訊方式。盡管串行通訊的比按位元組傳輸的并行通信慢,但是序列槽可以在僅僅使用兩根線的情況下就能實作資料的傳輸。
圖1 串行通信與并行通信
二、序列槽通訊模式
序列槽通訊模式包括單工、半雙工和全雙工,其中單工模式資料傳輸隻支援資料在一個方向上傳輸。半雙工模式允許資料在兩個方向上傳輸,但某一時刻隻允許資料在一個方向上傳輸,實際上是一種切換方向的單工通信,不需要獨立的接收端和發送端,兩者可合并為一個端口。詳見下圖:
圖2 (a)單工、(b)半雙工、(c)全雙工
三、序列槽通訊協定
最初資料是模拟信号輸出簡單過程量,後來儀表接口出現了RS232接口,這種接口可以實作點對點的通信方式,但這種方式不能實作聯網功能,這就促生了RS422和RS485。
我們知道序列槽通信的資料傳輸都是0和1,在單總線、I2C、UART中都是通過一根線的高低電平來判斷邏輯1或者邏輯0,但這種信号線的GND再與其他裝置形成共地模式的通信,這種共地模式傳輸容易産生幹擾,并且抗幹擾性能也比較弱。是以差分通信、支援多機通信、抗幹擾強的RS422和RS485就被廣泛的使用了。
RS422和RS485通信最大特點就是傳輸速度最大可以達到10Mb/s以上,最大傳輸距離超過1000米。大家需要注意的是雖然485最大速度和最大傳輸距離都很大,但是傳輸的速度是會随距離的增加而變慢的,是以兩者是不可以兼得的。
四、RS232詳細介紹
1.RS232的基本特性
RS-232是串行資料接口标準,是由電子工業協會(EIA: Electronic Industries Alliance)制訂并釋出的工業标準,以保證不同廠家産品之間的相容。特性如下:
圖3 RS232基本特性
2.RS232的實體特性
在RS232的通訊方式中,兩個通訊裝置的"DB9接口"之間通過序列槽信号線建立起連接配接,序列槽信号線中使用"RS-232标準"傳輸資料信号。D型或D-subminiature(D形狀超小型)連接配接器的原始編号系統使用D作為字首(将其名稱命名為系列),然後根據外殼尺寸選擇A,B,C,D或E,末尾數字表示引腳數量。詳見下圖:
圖4 RS232實體特性
3.RS232的通信協定
RS232一般使用DB9接口,由于兩個通訊裝置之間的收發信号(RXD與TXD)應交叉相連,是以調制調解器端的DB9母頭的收發信号接法一般與公頭的相反。DB9公頭、母頭以及引腳說明詳見下方圖和表。
圖5 DB9公頭與母頭
表1 DB9引腳說明
4.RS232的波特率
在信道中,攜帶資料資訊的信号單元叫碼元,機關時間内通過信道傳輸的碼元數稱為碼元傳輸速率,簡稱波特率(Baud Rate),其機關是波特(Baud,symbol/s),波特率是傳輸通道頻寬的名額。RS232典型的“波特率”是300/1200/2400/9600/19200/38400/115200 /230400等。
表2 不同BAUD Rate對應的RS232通信距離
5.RS232的資料結構
一個完整的串行資料,也就是一個資料幀(Data frame),或者一個字元幀,包括起始位、資料位、停止位、奇偶校驗位。資料位前後即幀頭和幀尾,包含一些必要的控制資訊。其中,MSB(Most Significant Bit)是指低位址存放最高有效位元組,LSB(Least Significant Bit)則是低位址存放最低有效位元組。
圖6 RS232資料結構
起始位:起始位必須是持續一個比特時間的邏輯0電平,标志傳輸一個字元的開始,接收方可用起始位使自己的接收時鐘與發送方的資料同步。
資料位:資料位緊跟在起始位之後,是通信中的真正有效資訊。資料位的位數可以由通信雙方共同約定。傳輸資料時先傳送字元的低位,後傳送字元的高位。
奇偶校驗位:奇偶校驗位僅占一位,用于進行奇校驗或偶校驗,奇偶檢驗位不是必須有的。如果是奇校驗,需要保證傳輸的資料總共有奇數個邏輯高位;如果是偶校驗,需要保證傳輸的資料總共有偶數個邏輯高位。
停止位:停止位可以是是1位、1.5位或2位,可以由軟體設定。它一定是邏輯1電平,标志着傳輸一個字元的結束。
空閑位:空閑位是指從一個字元的停止位結束到下一個字元的起始位開始,表示線路處于空閑狀态,必須由高電平來填充。
6.RS232與RS232(TTL)
RS-232電平标準的信号不能直接被控制器直接識别,是以這些信号會經過一個"電平轉換晶片"轉換成控制器能識别的"TTL校準"的電平信号,才能實作通訊。
TTL全名是半導體-半導體邏輯內建電(Transistor-Transistor Logic),這種串行通信,對應的實體電平,始終是在0V和Vcc之間,其中常見的Vcc是5V或3.3V。TTL 高電平1是>=2.4V,低電平0是<=0.5V(對于5V或3.3V電源電壓),這裡是正邏輯。
圖7 2.54mm PIN排針
RS-232電平标準的信号不能直接被控制器直接識别,是以這些信号會經過一個"電平轉換晶片"轉換成控制器能識别的"TTL"的電平信号,才能實作通訊。
圖8 RS232 電平信号轉換
轉換電路圖如下所示:
圖9 RS232 電平信号轉換電路圖
五、RS422簡介
RS-422 的總線标準規定了總線接口的電氣特性标準,發送端:正電平在+2V~+6V之間,表示邏輯狀态“1”;負電平在-2V~-6V之間,則表示邏輯狀态“0”;接收器:(V+) - (V-) ≥0.2V,表示信号“0”;(V+) - (V-) ≤0.2V,表示信号“1”)。
RS-422 采用全雙工通訊方式,有4根信号線,收與發是分開的,可以同時收和發。适用于兩個站之間通信,如星型網、環網等,不可用于總線網。
圖10 RS-422全雙工(點對點)接線方式
六、RS485簡介
RS-485的電氣特性與RS-422基本一樣。它采用半雙工通訊方式,有2根信号線,在半雙工模式下工作,常用于總線網。其具體接線方式如下圖所示:
圖11 RS485(點對多點)接線方式
七、網絡電台序列槽
以我司機載網絡電台為例,綜合接口為J30J-25。其中涉及RS232/RS422/RS485接口引腳說明如下:
表3 機載網絡電台綜合接口 J30J-25ZKP