第第4 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 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习题习题 第第4 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 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 串行通信串行通信起起始始位位奇奇偶偶校校验验位位数数据据位位1停停止止位位1000000第第4 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 4.1.2 连接握手连接握手 连接握手分为硬件和软件握手两种方式，是收发双方确认已建立连接连接握手分为硬件和软件握手两种方式，是收发双方确认已建立连接关系的约定，以表示接收方已做好接收准备，可进入数据收发状态关系的约定，以表示接收方已做好接收准备，可进入数据收发状态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 所谓通信中断是指当通信过程中一旦发生了不同事件，系统则需要根所谓通信中断是指当通信过程中一旦发生了不同事件，系统则需要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第第4 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 4.1.5 轮询轮询 所谓轮询是指通过周期性地获取特征获信号来读去数据或发现是否有所谓轮询是指通过周期性地获取特征获信号来读去数据或发现是否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 串行通信中差错检验主要是指冗余数据校验、奇偶校验、校验和字节、串行通信中差错检验主要是指冗余数据校验、奇偶校验、校验和字节、循环冗余校验和循环冗余校验和1、冗余数据校验、冗余数据校验 是指发送着对每个报文重复发送两次，由接收者根是指发送着对每个报文重复发送两次，由接收者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、校验和字节、校验和字节 是指对每个报文中的所有字节进行数学或逻辑运算，是指对每个报文中的所有字节进行数学或逻辑运算，并将运算结果形成的差错检验字节作为报文的组成部分发送给接收方并将运算结果形成的差错检验字节作为报文的组成部分发送给接收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第第4 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 EIA-232-D是由美国电子工业协会是由美国电子工业协会EIA制定的物理接口标准。
它制定的物理接口标准它定义了数据终端设备（定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（）与数据通信设备（DCE）之间的物）之间的物理接口它具有机械、电气、功能和过程四个特性它具有机械、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4.2 EIA-232-D的接口标准的接口标准第第4 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 4.2.2 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：数据线：逻辑数据线：逻辑“1”-5-15V；逻辑逻辑“0”+5+15V控制线：逻辑控制线：逻辑“1”-5-15V OFF；逻辑；逻辑“0”+5+15V ON注：注：EIA-232逻辑电平与逻辑电平与TTL电平电平不兼容，若要实现不兼容，若要实现TTL电路的连电路的连接，需进行电平转换。
如采用接，需进行电平转换如采用MAX232芯片第第4 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 4.2.3 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4 4RTSRTS请求发送请求发送DTEDTEDCEDCE5 5CTSCTS允许发送允许发送DCEDCEDTEDTE6 6DSRDSRDCEDCE就绪就绪DCEDCEDTEDTE8 8CDCD载波检测载波检测DCEDCEDTEDTE2020DTRDTRDTEDTE就绪就绪DTEDTEDCEDCE2222RIRI振铃指示振铃指示DCEDCEDTEDTE第第4 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 4.2.4 过程特性过程特性 过程特性规定了数据终端设备过程特性规定了数据终端设备DTEDTE与数据通信设备与数据通信设备DCEDCE之间控制信号与之间控制信号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物理连接建立物理连接建立接收连接请求接收连接请求物理连接建立物理连接建立请求建立连接请求建立连接请求建立连接请求建立连接请求建立连接请求建立连接第第4 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 4.2.6 EIA-232-D端口的直接连接端口的直接连接 在近地连接的数据传输中，两个在近地连接的数据传输中，两个DTEDTE可直接通过电缆连接亦即可直接通过电缆连接亦即“零零Modem”Modem”交叉互连方案。
交叉互连方案第第4 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 4.3.1 EIA-485的技术参数的技术参数 EIA-485采用一对平衡差分线路传输信号，即能抑制噪声采用一对平衡差分线路传输信号，即能抑制噪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：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-485VaVbGNDab第第4 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 4.4.1 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接口必须加接接口必须加接120120 总线终端电阻，当该值与电缆特征阻抗相总线终端电阻，当该值与电缆特征阻抗相等时，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第第4 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 4.4.2 EIA-485全双工连接全双工连接 使用使用MAX488MAX488芯片可实现全双工芯片可实现全双工EIA-485EIA-485连接在多节点全双工连接中，连接在多节点全双工连接中，一个节点既可在一条通路上向所有其它节点发送信息，又可在另一条通一个节点既可在一条通路上向所有其它节点发送信息，又可在另一条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第第4 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 TTLTTL第第4 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 4.4.3 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、收发控制：当、收发控制：当RTSRTS为高电平时，为高电平时，MAX485MAX485处于接收状态；处于接收状态；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第第4 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 4.5 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仅规定了物理层的接口规范，因此，它只能作为工业数据通仅规定了物理层的接口规范，因此，它只能作为工业数据通信标准的组成部分，在实际应用中，必须自定义通信协议对通信中的链信标准的组成部分，在实际应用中，必须自定义通信协议对通信中的链路连接、网络控制权问题进行规范如路连接、网络控制权问题进行规范如IEEE-1118通用主从协议、通用主从协议、PROFIBUS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规范建议在每个节点的信号地与接地线之间应串接一个规范建议在每个节点的信号地与接地线之间应串接一个100W的电阻，以限制接地线中的电流，保护元器件不至于出现过电流的电阻，以限制接地线中的电流，保护元器件不至于出现过电流第第4 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 4.5.4 电气隔离电气隔离 所谓隔离是指将电气信号转变为电、磁、光及其它物理量作为中间量，所谓隔离是指将电气信号转变为电、磁、光及其它物理量作为中间量，使两侧的电流回路相对隔离又能实现信号的传递。
它的实质是为了削弱使两侧的电流回路相对隔离又能实现信号的传递它的实质是为了削弱电气噪声对信号传输的影响，它包括信号隔离（光耦、继电器）与电源电气噪声对信号传输的影响，它包括信号隔离（光耦、继电器）与电源隔离（变压器）隔离（变压器）4.5.5 屏蔽与接地屏蔽与接地 有效的屏蔽能阻止电磁干扰对导线上通信信号的影响它可分为电场有效的屏蔽能阻止电磁干扰对导线上通信信号的影响它可分为电场屏蔽、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、电磁屏蔽、电磁屏蔽 是抑制高频电磁场对电路的影响，包括电磁感应干扰和是抑制高频电磁场对电路的影响，包括电磁感应干扰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第第4 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 4.6 485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、网络连接、网络连接 由主节点负责控制网络上的所有连接，本着机会均等的由主节点负责控制网络上的所有连接，本着机会均等的原则，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、网络控制权管理、网络控制权管理 由一个主节点对由一个主节点对485总线的控制权进行管理，任一总线的控制权进行管理，任一时刻只允许一个节点向总线发送报文，所有从节点只有在得到主节点许时刻只允许一个节点向总线发送报文，所有从节点只有在得到主节点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 通用串行协议是一种采用串行通信和主从式介质访问控制方式实现自通用串行协议是一种采用串行通信和主从式介质访问控制方式实现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；第第4 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 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 起起始始标标志志 1 字字节节 报报文文长长度度 1 字字节节 地地址址域域 1 字字节节 数数据据域域 1256 字字节节 校校验验 1 字字节节 第第4 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 4.6.3 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通信协议具有两种报文帧格式：通信协议具有两种报文帧格式：ASCIIASCII和和RTURTUASCIIASCII格式以格式以“：”开始，以两个回车符结束；开始，以两个回车符结束；RTURTU格式以格式以4T4T开始与结束开始与结束前前导导标标志志 地地址址域域 T1 T2 T3 T4 8 位位 功功能能域域 8 位位 数数据据域域 n 个个 8 位位 校校验验域域 16 位位 结结束束码码 T1 T2 T3 T4 第第4 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 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第第4 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 MODBUS MODBUS协议帧结构协议帧结构 主机发送 字节数 发送的信息 举例 从机地址 1 01 发送至地址为 01 的从机 功能码 1 03 读取寄存器 起始地址 2 0116 起始地址为 0116 数据长度 3 0003 读取 3 个寄存器（共 6 个字节）CRC 码 2 E5F3 由主机计算得到 CRC 码 从机响应 字节数 返回的信息 举例 从机地址 1 01 来自从机 01 功能码 1 03 读取寄存器 读取字 1 06 3 个寄存器共 6 个字节 寄存器数据 1 2 1784 地址为 0116 内存的内容 寄存器数据 2 2 1780 地址为 0117 内存的内容 寄存器数据 3 2 178A 地址为 0118 内存的内容 CRC 码 2 98E4 由从机计算得到 CRC 码 第第4 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 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？。