通用串行端口的數(shù)據(jù)通信

第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 第第4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.1 串行通信串行通信 4.2 EIA-232D的接口標準的接口標準 4.3 EIA-485 4.4 EIA-485的端口連接的端口連接 4.5 EIA-485的網(wǎng)絡連接的網(wǎng)絡連接4.6 485網(wǎng)絡的主從式通信管理網(wǎng)絡的主從式通信管理習題習題 第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 串口通信有效性方法：串口通信有效性方法：1 1、采用輪訓或者中斷來檢測、接收信息；、采用輪訓或者中斷來檢測、接收信息；2 2、設置通信幀的起始、停止位；、設置通信幀的起始、停止位；3 3、建立連接握手信號；、建立連接握手信號；4 4、對接收數(shù)據(jù)的確認、數(shù)據(jù)緩存以及錯誤檢查。、對接收數(shù)據(jù)的確認、數(shù)據(jù)緩存以及錯誤檢查。4.1.1 串行通信幀的起始、停止位串行通信幀的起始、停止位 起始位功能：是指線路由空閑狀態(tài)即高電平轉向低電平，以通知接收方起始位功能：是指線路由空閑狀態(tài)即高電平轉向低電平，以通知接收方準備接收數(shù)據(jù)。準備接收數(shù)據(jù)。停止位功能：是指發(fā)送方在數(shù)據(jù)傳輸結束時，用來通知接收方數(shù)據(jù)傳輸停止位功能：是指發(fā)送方在數(shù)據(jù)傳輸結束時，用來通知接收方數(shù)據(jù)傳輸已結束。已結束。4.1 串行通信串行通信起起始始位位奇奇偶偶校校驗驗位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)位位1停停止止位位1000000第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.1.2 連接握手連接握手 連接握手分為硬件和軟件握手兩種方式，是收發(fā)雙方確認已建立連接連接握手分為硬件和軟件握手兩種方式，是收發(fā)雙方確認已建立連接關系的約定，以表示接收方已做好接收準備，可進入數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。關系的約定，以表示接收方已做好接收準備，可進入數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。4.1.3 確認確認 確認是指確認是指 接收者位表明數(shù)據(jù)已經收到而向發(fā)送著回復信息的過程。接收者位表明數(shù)據(jù)已經收到而向發(fā)送著回復信息的過程。4.1.4 中斷中斷 所謂通信中斷是指當通信過程中一旦發(fā)生了不同事件，系統(tǒng)則需要根所謂通信中斷是指當通信過程中一旦發(fā)生了不同事件，系統(tǒng)則需要根據(jù)狀態(tài)變化停止執(zhí)行現(xiàn)行程序而轉向與狀態(tài)相適應的應用程序。據(jù)狀態(tài)變化停止執(zhí)行現(xiàn)行程序而轉向與狀態(tài)相適應的應用程序。Select Case MSComm1.CommEventSelect Case MSComm1.CommEvent Case Is=comEvReceive Case Is=comEvReceive .Case Is=comEvSendCase Is=comEvSend .End Select End Select第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.1.5 輪詢輪詢 所謂輪詢是指通過周期性地獲取特征獲信號來讀去數(shù)據(jù)或發(fā)現(xiàn)是否有所謂輪詢是指通過周期性地獲取特征獲信號來讀去數(shù)據(jù)或發(fā)現(xiàn)是否有事件發(fā)生的工作過程。事件發(fā)生的工作過程。4.1.6 差錯檢驗差錯檢驗 串行通信中差錯檢驗主要是指冗余數(shù)據(jù)校驗、奇偶校驗、校驗和字節(jié)、串行通信中差錯檢驗主要是指冗余數(shù)據(jù)校驗、奇偶校驗、校驗和字節(jié)、循環(huán)冗余校驗和。循環(huán)冗余校驗和。1、冗余數(shù)據(jù)校驗、冗余數(shù)據(jù)校驗 是指發(fā)送著對每個報文重復發(fā)送兩次，由接收者根是指發(fā)送著對每個報文重復發(fā)送兩次，由接收者根據(jù)這兩次接收到的數(shù)據(jù)是否一致來判斷本次通信的有效性。據(jù)這兩次接收到的數(shù)據(jù)是否一致來判斷本次通信的有效性。2、奇偶校驗、奇偶校驗 是指串行通信中使用奇偶校驗位來進行錯誤檢查。是指串行通信中使用奇偶校驗位來進行錯誤檢查。3、校驗和字節(jié)、校驗和字節(jié) 是指對每個報文中的所有字節(jié)進行數(shù)學或邏輯運算，是指對每個報文中的所有字節(jié)進行數(shù)學或邏輯運算，并將運算結果形成的差錯檢驗字節(jié)作為報文的組成部分發(fā)送給接收方。并將運算結果形成的差錯檢驗字節(jié)作為報文的組成部分發(fā)送給接收方。接收端則按相同的運算方法進行計算，以判斷收發(fā)雙方數(shù)據(jù)是否一致。接收端則按相同的運算方法進行計算，以判斷收發(fā)雙方數(shù)據(jù)是否一致。第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 EIA-232-D是由美國電子工業(yè)協(xié)會是由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的物理接口標準。它制定的物理接口標準。它定義了數(shù)據(jù)終端設備（定義了數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設備（）與數(shù)據(jù)通信設備（DCE）之間的物）之間的物理接口。它具有機械、電氣、功能和過程四個特性。理接口。它具有機械、電氣、功能和過程四個特性。4.2.1 接口的機械特性接口的機械特性 EIA-232規(guī)定使用規(guī)定使用DB25的插頭或插座的插頭或插座作為連接器，它對連接器的尺寸及每個作為連接器，它對連接器的尺寸及每個插針的排列位置均有明確的定義，并定插針的排列位置均有明確的定義，并定義了義了22條與外界連接的信號線。其中陽條與外界連接的信號線。其中陽性插頭性插頭DB-25-P用于與用于與DTE相連，陰性相連，陰性插座插座DB-25-S用于與用于與DCE相連。相連。4.2 EIA-232-D的接口標準的接口標準第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.2.2 接口的電氣特性接口的電氣特性 EIA-232采用負邏輯電平：采用負邏輯電平：數(shù)據(jù)線：邏輯數(shù)據(jù)線：邏輯“1”-5-15V；邏輯邏輯“0”+5+15V?？刂凭€：邏輯控制線：邏輯“1”-5-15V OFF；邏輯；邏輯“0”+5+15V ON。注：注：EIA-232邏輯電平與邏輯電平與TTL電平電平不兼容，若要實現(xiàn)不兼容，若要實現(xiàn)TTL電路的連電路的連接，需進行電平轉換。如采用接，需進行電平轉換。如采用MAX232芯片。芯片。第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.2.3 接口的功能特性接口的功能特性 引腳號引腳號名名 稱稱功功 能能信號方向信號方向9 9針連接器針連接器1 1PGNDPGND保護接地保護接地4 4RTSRTS請求發(fā)送請求發(fā)送DTEDTEDCEDCE5 5CTSCTS允許發(fā)送允許發(fā)送DCEDCEDTEDTE6 6DSRDSRDCEDCE就緒就緒DCEDCEDTEDTE8 8CDCD載波檢測載波檢測DCEDCEDTEDTE2020DTRDTRDTEDTE就緒就緒DTEDTEDCEDCE2222RIRI振鈴指示振鈴指示DCEDCEDTEDTE第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.2.4 過程特性過程特性 過程特性規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設備過程特性規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設備DTEDTE與數(shù)據(jù)通信設備與數(shù)據(jù)通信設備DCEDCE之間控制信號與之間控制信號與數(shù)據(jù)信號的發(fā)送時序、應答關系及操作過程。數(shù)據(jù)信號的發(fā)送時序、應答關系及操作過程。物理連接建立物理連接建立接收連接請求接收連接請求物理連接建立物理連接建立請求建立連接請求建立連接請求建立連接請求建立連接請求建立連接請求建立連接第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.2.6 EIA-232-D端口的直接連接端口的直接連接 在近地連接的數(shù)據(jù)傳輸中，兩個在近地連接的數(shù)據(jù)傳輸中，兩個DTEDTE可直接通過電纜連接亦即可直接通過電纜連接亦即“零零Modem”Modem”交叉互連方案。交叉互連方案。第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.3.1 EIA-485的技術參數(shù)的技術參數(shù) EIA-485采用一對平衡差分線路傳輸信號，即能抑制噪聲采用一對平衡差分線路傳輸信號，即能抑制噪聲又能克服節(jié)點間接地電平差異的影響。又能克服節(jié)點間接地電平差異的影響。最大傳輸距離：最大傳輸距離：1200m（100Kbps）最大傳輸速度：最大傳輸速度：10Mbps（距離（距離12m）驅動器最小輸出：驅動器最小輸出：驅動器最大輸出：驅動器最大輸出：6 最大驅動器、接收器數(shù)量：最大驅動器、接收器數(shù)量：324.3.2 EIA-485的內部電路的內部電路4.3 EIA-485VaVbGNDab第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.4.1 EIA-4854.4.1 EIA-485的半雙工連接的半雙工連接 使用使用MAX485MAX485芯片即可實現(xiàn)芯片即可實現(xiàn)EIA-485EIA-485半雙工通信，其特點：半雙工通信，其特點：(1)(1)、EIA-485EIA-485能驅動能驅動3232個負載，且總負載不低于個負載，且總負載不低于5454；(2)(2)、EIA-485EIA-485接口必須加接接口必須加接120120 總線終端電阻，當該值與電纜特征阻抗相總線終端電阻，當該值與電纜特征阻抗相等時，可削弱或消除信號的反射；等時，可削弱或消除信號的反射；(3)(3)、接口芯片需有限流及過熱關閉功能；、接口芯片需有限流及過熱關閉功能；(4)(4)、通信線路存在總線競爭，需要對網(wǎng)絡的控制權進行管理。、通信線路存在總線競爭，需要對網(wǎng)絡的控制權進行管理。4.4 EIA-485端口連接端口連接TTLTTL第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.4.2 EIA-485全雙工連接全雙工連接 使用使用MAX488MAX488芯片可實現(xiàn)全雙工芯片可實現(xiàn)全雙工EIA-485EIA-485連接。在多節(jié)點全雙工連接中，連接。在多節(jié)點全雙工連接中，一個節(jié)點既可在一條通路上向所有其它節(jié)點發(fā)送信息，又可在另一條通一個節(jié)點既可在一條通路上向所有其它節(jié)點發(fā)送信息，又可在另一條通路上接收來自其它節(jié)點的信息。路上接收來自其它節(jié)點的信息。MAX488DRRDGNDGNDVccVccTTLTTL第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 TTLTTL第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.4.3 EIA-232與與EIA-485端口的轉換端口的轉換 1 1、轉換芯片：、轉換芯片：MAX232MAX232、MAX485MAX485 2 2、信號線：、信號線：TXDTXD、RXDRXD、RTSRTS 3 3、收發(fā)控制：當、收發(fā)控制：當RTSRTS為高電平時，為高電平時，MAX485MAX485處于接收狀態(tài)；處于接收狀態(tài)；當當RTSRTS為低電平時，為低電平時，MAX485MAX485處于發(fā)送狀態(tài)。處于發(fā)送狀態(tài)。T2IN第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.5 EIA-485網(wǎng)絡連接網(wǎng)絡連接4.5.1 網(wǎng)絡的機械電氣接口網(wǎng)絡的機械電氣接口 EIA-485僅規(guī)定了物理層的接口規(guī)范，因此，它只能作為工業(yè)數(shù)據(jù)通僅規(guī)定了物理層的接口規(guī)范，因此，它只能作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信標準的組成部分，在實際應用中，必須自定義通信協(xié)議對通信中的鏈信標準的組成部分，在實際應用中，必須自定義通信協(xié)議對通信中的鏈路連接、網(wǎng)絡控制權問題進行規(guī)范。如路連接、網(wǎng)絡控制權問題進行規(guī)范。如IEEE-1118通用主從協(xié)議、通用主從協(xié)議、PROFIBUS總線?？偩€。4.5.2 網(wǎng)絡拓撲網(wǎng)絡拓撲 工業(yè)數(shù)據(jù)通信中，工業(yè)數(shù)據(jù)通信中，485網(wǎng)絡采用總線型或樹形拓撲結構。網(wǎng)絡采用總線型或樹形拓撲結構。4.5.3 網(wǎng)絡接地網(wǎng)絡接地 EIA-485規(guī)范建議在每個節(jié)點的信號地與接地線之間應串接一個規(guī)范建議在每個節(jié)點的信號地與接地線之間應串接一個100W的電阻，以限制接地線中的電流，保護元器件不至于出現(xiàn)過電流。的電阻，以限制接地線中的電流，保護元器件不至于出現(xiàn)過電流。第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.5.4 電氣隔離電氣隔離 所謂隔離是指將電氣信號轉變?yōu)殡?、磁、光及其它物理量作為中間量，所謂隔離是指將電氣信號轉變?yōu)殡?、磁、光及其它物理量作為中間量，使兩側的電流回路相對隔離又能實現(xiàn)信號的傳遞。它的實質是為了削弱使兩側的電流回路相對隔離又能實現(xiàn)信號的傳遞。它的實質是為了削弱電氣噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?，它包括信號隔離（光耦、繼電器）與電源電氣噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?，它包括信號隔離（光耦、繼電器）與電源隔離（變壓器）。隔離（變壓器）。4.5.5 屏蔽與接地屏蔽與接地 有效的屏蔽能阻止電磁干擾對導線上通信信號的影響。它可分為電場有效的屏蔽能阻止電磁干擾對導線上通信信號的影響。它可分為電場屏蔽、電磁屏蔽和磁場屏蔽。屏蔽、電磁屏蔽和磁場屏蔽。1 1、電場屏蔽、電場屏蔽 是抑制電路間由于分布電容的耦合而產生的電場干擾。是抑制電路間由于分布電容的耦合而產生的電場干擾。2 2、電磁屏蔽、電磁屏蔽 是抑制高頻電磁場對電路的影響，包括電磁感應干擾和是抑制高頻電磁場對電路的影響，包括電磁感應干擾和電磁輻射干擾。電磁輻射干擾。3 3、磁場屏蔽、磁場屏蔽 是抑制低頻磁場對電路的影響。是抑制低頻磁場對電路的影響。第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.6 485網(wǎng)絡的主從式通信管理網(wǎng)絡的主從式通信管理4.6.1 主從協(xié)議主從協(xié)議 1、網(wǎng)絡連接、網(wǎng)絡連接 由主節(jié)點負責控制網(wǎng)絡上的所有連接，本著機會均等的由主節(jié)點負責控制網(wǎng)絡上的所有連接，本著機會均等的原則，主節(jié)點逐一輪詢從節(jié)點，以實現(xiàn)嚴格的周期性報文傳輸。原則，主節(jié)點逐一輪詢從節(jié)點，以實現(xiàn)嚴格的周期性報文傳輸。2、網(wǎng)絡控制權管理、網(wǎng)絡控制權管理 由一個主節(jié)點對由一個主節(jié)點對485總線的控制權進行管理，任一總線的控制權進行管理，任一時刻只允許一個節(jié)點向總線發(fā)送報文，所有從節(jié)點只有在得到主節(jié)點許時刻只允許一個節(jié)點向總線發(fā)送報文，所有從節(jié)點只有在得到主節(jié)點許可的前提才能有發(fā)送報文的機會。從節(jié)點與從節(jié)點間不能直接通信?？傻那疤岵拍苡邪l(fā)送報文的機會。從節(jié)點與從節(jié)點間不能直接通信。4.6.2 通用串行協(xié)議通用串行協(xié)議 通用串行協(xié)議是一種采用串行通信和主從式介質訪問控制方式實現(xiàn)自通用串行協(xié)議是一種采用串行通信和主從式介質訪問控制方式實現(xiàn)自控設備間通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議?？卦O備間通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議。（一）、特點：（一）、特點：1、EIA-485接口，支持多點通信連接，每個網(wǎng)段最多接口，支持多點通信連接，每個網(wǎng)段最多32個節(jié)點；個節(jié)點；第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 2、主從式技術，構成單主控制網(wǎng)絡；、主從式技術，構成單主控制網(wǎng)絡；3 3、報文結構簡單、可靠；、報文結構簡單、可靠；4 4、通信速率。、通信速率。（二）、報文結構（二）、報文結構 地址域地址域04位表示地址位表示地址 地址域地址域57位表示報文類型：位表示報文類型：000：標準報文：標準報文 001：廣播報文：廣播報文 010：鏡像報文：鏡像報文 1xx：特殊報文：特殊報文 起起始始標標志志 1 字字節(jié)節(jié) 報報文文長長度度 1 字字節(jié)節(jié) 地地址址域域 1 字字節(jié)節(jié) 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)域域 1256 字字節(jié)節(jié) 校校驗驗 1 字字節(jié)節(jié) 第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 4.6.3 Modbus 與與 Modbus Plus ModBus ModBus通信協(xié)議采用主從式通信協(xié)議。通信協(xié)議采用主從式通信協(xié)議。（一）、特點：（一）、特點：1 1、物理接口采用、物理接口采用EIA-485EIA-485規(guī)范；規(guī)范；2 2、主從式單主控制網(wǎng)絡；、主從式單主控制網(wǎng)絡；3 3、簡潔的通信報文；、簡潔的通信報文；4 4、從機訪問采用輪詢機制；、從機訪問采用輪詢機制；5 5、廣播通信。、廣播通信。（二）、報文格式（二）、報文格式 ModBusModBus通信協(xié)議具有兩種報文幀格式：通信協(xié)議具有兩種報文幀格式：ASCIIASCII和和RTURTU。ASCIIASCII格式以格式以“：”開始，以兩個回車符結束；開始，以兩個回車符結束；RTURTU格式以格式以4T4T開始與結束。開始與結束。前前導導標標志志 地地址址域域 T1 T2 T3 T4 8 位位 功功能能域域 8 位位 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)域域 n 個個 8 位位 校校驗驗域域 16 位位 結結束束碼碼 T1 T2 T3 T4 第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 ModBus ModBus通訊規(guī)約定義的功能碼為通訊規(guī)約定義的功能碼為1 1127127，通過功能碼告訴從機應執(zhí)行，通過功能碼告訴從機應執(zhí)行什么動作。什么動作。MODBUSMODBUS部分功能碼部分功能碼功能碼功能碼定定 義義操操 作（二進制）作（二進制）0202讀開關量輸入讀開關量輸入讀取一個或多個開光量狀態(tài)數(shù)據(jù)讀取一個或多個開光量狀態(tài)數(shù)據(jù)0303讀寄存器數(shù)據(jù)讀寄存器數(shù)據(jù)讀取一個或多個寄存器的數(shù)據(jù)讀取一個或多個寄存器的數(shù)據(jù)0505寫開關量輸出寫開關量輸出控制一路繼電器控制一路繼電器“合合/分分”輸出輸出0606寫單路寄存器寫單路寄存器把一組二進制數(shù)據(jù)寫入單個寄存器把一組二進制數(shù)據(jù)寫入單個寄存器1010寫多路寄存器寫多路寄存器把多組二進制數(shù)據(jù)寫入多個寄存器把多組二進制數(shù)據(jù)寫入多個寄存器第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 MODBUS MODBUS協(xié)議幀結構協(xié)議幀結構 主機發(fā)送 字節(jié)數(shù) 發(fā)送的信息 舉例 從機地址 1 01 發(fā)送至地址為 01 的從機 功能碼 1 03 讀取寄存器 起始地址 2 0116 起始地址為 0116 數(shù)據(jù)長度 3 0003 讀取 3 個寄存器（共 6 個字節(jié)）CRC 碼 2 E5F3 由主機計算得到 CRC 碼 從機響應 字節(jié)數(shù) 返回的信息 舉例 從機地址 1 01 來自從機 01 功能碼 1 03 讀取寄存器 讀取字 1 06 3 個寄存器共 6 個字節(jié) 寄存器數(shù)據(jù) 1 2 1784 地址為 0116 內存的內容 寄存器數(shù)據(jù) 2 2 1780 地址為 0117 內存的內容 寄存器數(shù)據(jù) 3 2 178A 地址為 0118 內存的內容 CRC 碼 2 98E4 由從機計算得到 CRC 碼 第第4 4章章 通用串行端口的數(shù)據(jù)通信通用串行端口的數(shù)據(jù)通信 習題習題1 1、試簡要說明、試簡要說明EIA-232DEIA-232D的特性，并詳細說明其過程特性？的特性，并詳細說明其過程特性？2 2、試簡要說明零、試簡要說明零ModemModem互連方案的工作原理，并繪出接線圖。互連方案的工作原理，并繪出接線圖。3 3、如何將、如何將RS232RS232轉換為轉換為RS485RS485接口？繪出其接線圖。接口？繪出其接線圖。4 4、什么是屏蔽？它分為哪幾種屏蔽？、什么是屏蔽？它分為哪幾種屏蔽？