1、串行通信基础知识MOXA产品知识Prepared by:彭洪波Date:9-10-2009议程议程 串行通信基础知识 MOXA产品知识Confidential串行通信基础知识串行通信基础知识串口信号串口流控串口效能串口保护串行通信基础知识串口信号串口信号RS-232RS-422/485串行通信的基本概念串行通信的基本概念串行通信资料是一个bit 一个bit地送出,且每个bit表示不是0就是11 bit并行通信的基本概念并行通信的基本概念一次发送和接收多个Bit,传输一次就可以完成 一个Byte的容量。传输的效率高12345678123456781bit1bit1bit1bit1bit1bit1
2、bit1bitConfidential串行通信串行通信 VS 并行通信并行通信串行通信串行通信并行通信并行通信通信距离通信距离远远近近搞干扰能力搞干扰能力高高低低传输速度传输速度慢慢快快成本成本低低高高n 起始位起始位:总是总是“1”n 数据位数据位:5,6,7,8 位位n 校验校验:None,Odd,Even,Space,Markn 停止位停止位:1,1.5(数据位数据位=5),2 位位n 数据帧长度数据帧长度如果如果N,8,1:数据帧长度为数据帧长度为 10 位位如果如果E,7,2:数据帧长度为数据帧长度为 10 位位15,6,7,81,1.5,21Unit:bitDataStartPar
3、ityStopRS232由电子工业协会（EIA）制订并发布工业标准，RS-232标准在1962年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。RS-232-C 接口（又称EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。RS-232 作用:在串行通讯时，要求通讯双方都采用统一的标准接口，使不同的设备进行通讯。RS-232-C 发展发展用于串行通讯的标准。规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器对连接器的每个引脚的信号加以规定对各种信号的电平加以规定。IBM 将RS232 简化成了DB-9 连接器工业控制的RS-232 一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。DB25DB9电气特性、逻辑电平电
4、气特性、逻辑电平EIA-RS-232C对电气特性、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=-3V-15V 逻辑0=+315V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-15VUART并行TTL0V5VRS-232 信号传输传输收发器D0D7DataStopParityStartDataStartParityStop0V5VRS-232-12V+12VDataStopParityStartDataStartParityStop-12V+12VTxRxRS-232信号传输及
5、信号波形信号传输及信号波形 RS-232 接口接口信号定义：TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI、GND（Female/Male定义相反）最高速率：115200bpsRS-232 信号典型应用:PC+交叉电缆+PC短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作，比如架装服务器的控制台端口。RS-232 连接类型连接类型 ITxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGND接线接线DTE 信号信号DTE信号信号RS-232 连接类型连接类型 IIRS-232 信号典型应用:PC+直连电缆+ModemDCE 设备上的DCD信
6、号一般用作输出信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDRxDTxDCTSRTSDSRDTRDCDGND接线接线DTE 信号DCE 信号串口信号串口信号RS-232RS-422/485RS-232 VS RS-422 RS-232通信距离短RS-232通信速率低提出RS-422定义了一种平衡通信接口，数据信号采用差分传输方式，它使用二对双绞线，将其中一对定义为A，另一对定义为BRS-422电气特性电气特性发送驱动器A、B之间的电压差正电平在+200mv+6V，是一个逻辑状态负电平在-200mv-6V，是另一个逻辑状态RS-422信号信号收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+、Rx
7、d-与Txd-对应相连大于+200mV的电平时输出正逻辑电平小于-200mV时输出负逻辑电平MOXA定义 B为信号正 A为信号负|A-B|200mvRS-422 特性特性RS-422传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输方式，被命名为TIA/EIA-422-A标准。平衡传输方式长度：1200米速度：10M节点：2、10(广播)线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GNDRS-422 优势与不足优势与不足RS-422优势传输距离远传输速率高不易受到干扰RS-4
8、22不足点对多点方式只能单向通讯RS485EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准多点双向通讯能力增加发送器的驱动能力和冲突保护特性扩展了总线共模范围命名为TIA/EIA-485-A标准由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。平衡传输方式长度：1200米速度：10M节点：32、256(加中继器)线缆类型：2线+GND(B+Noise)(A+Noise)0.2 V高高(B+Noise)(B+Noise)PCI-PCI-X-PCI Express(PCIe)ISA1988PCI1992198019902000PC
9、Ie2003PCI-X199833M/66MHz266M/533MHz66M/133MHz2.5GHz1M/4MHz2GI/O2.5GI/O3GI/OMOXA串口卡命名规则串口卡命名规则MOXA串口卡命名规则串口卡命名规则-CA系列系列 智能型卡特点C320每块卡最多可达32口,单机最多128口,高速率：C320 460.8Kbps,C218 921.6Kbps自带精简指令集CPU、512KB Ram，可有效的降低CPU占用率提供ISA版本和PCI版本智能型多用戶卡架構CPU16K RAM(Firmware)CPU512K RAM(Firmware)(Dumb Part)PCIntellige
10、nt Control BoardUARTsT/Rs er(Intelligent Part)ASIC&ICs(Internal BUS)(PC BUS)IRQMemoryAddress智能型多用戶卡架構智能型多用戶卡架構 Memory MappingMemory Mapping:Memory Mapping:主存映射主存映射頁切換模式頁切換模式Internal Input/Output Internal Input/Output Buffer Size Buffer SizePC主存Moxa RAM 512KB16KB.01000111.01000111C8000CBFFF智能型多用戶卡架構智
11、能型多用戶卡架構 High-Performance vs.Classic High-Performance vs.Classic 兩兩者差者差異異:AP在在資資料料傳輸傳輸的回覆的回覆時間時間差差異異簡簡介介 High-Performance 模式模式Driver將資將資料搬入料搬入Memory後就算完成後就算完成傳輸傳輸,並釋並釋放放CPU控制控制權權 Classic 模式模式Driver需等需等資資料完成料完成傳輸傳輸後才後才會釋會釋放放CPU控制控制權權Moxa智能型智能型產產品特色功能品特色功能非智能型卡特点高速率921.6Kbps128Byte FIFO(MU860)使用户以非智能卡
12、的价格得到近似于智能卡的传输性能自带15KV(ESD)自带LED(串口数据收/发闪烁)两线485硬件实现ADDC(自动数据流向控制)自带终端电阻适应所有PCI总线,有低档板设计版本非智能型多用戶卡架非智能型多用戶卡架构构PCI/ISA BUS ASIC DeCodeUART Processing16C550CTransmitor&ReceiverI/O AddressINT VectorInterruptI/O Signal of Data/Modem/BreakInterruptTTL Signal of All I/O SignalRS232RS422/485CPU/MemoryInter
13、rupt:Interrupt:Data Receive,Modem Signal Change,Data Receive,Modem Signal Change,Receive Break,Tx Buffer Empty Receive Break,Tx Buffer Empty INT Vector INT Vector:(Interrupt共享)8 bit I/O Address,O True 例例.第第2 Port2 Port發生中斷發生中斷 :11111101:11111101第第1,5 Port1,5 Port發生中斷發生中斷 :11101110:11101110(INT Vecto
14、r)(INT Vector)UART1UART2UART3UART4UART5UART6UART7UART811111111中断向量中断向量 1ByteUART1UART2UART3UART4UART5UART6UART7UART811101111如图所示,当UART4使用中断服务的时候就将中断向量中对应用的第四位值改为”0”.Universal PCIPCIPCI 版本版本PCI X2.1电压电压3.3/5.05.0PCI bit32Bit32BitFIFO128Byte*216Byte*2PCI BridgeMOXAOther突波保护突波保护有有部分部分UARTMOXA(MU860)16C
15、550低档板设计低档板设计有有无无Earlier Smartio/Industio Series BoardsAll New Universal PCI BoardsUniversal PCI 介绍介绍PCI-X Slot 64 bit 3.3V 向前兼容32位PCI主板 (不必是 3.3V)Standard PCI Slot32 bit5VPCI and PCI-XUniversal PCI 卡片卡片PCIPCI/PCI-X MOXA产品知识串口卡智能型非智能型USB转串口转换器串口连网服务器NPort 5000系列NPort 6000系列什么是什么是USBUSB(Universal Ser
16、ial Bus)通用串行总线USBIF(USB Implementers Forum)负责USB标准制订,其成员包括:苹果电脑,惠普,NEC,Microsoft 和 Intel.USB 1.1&USB 2.0USB 1.1 修正了USB1.0出现的问题,USB 1.1是USB开始普及的最早版本;USB 2.0 在USB 1.1的基础上提高了速度;USB的三种速率1.5 Mbit/s(183 KByte/s)低速速率12 Mbit/s(1.4 MByte/s)全速速率480 Mbit/s(57 MByte/s)高速速率USB的传输距离USB 1.15mUSB 2.01.5mUSB的特点的特点方便
17、,即插即用(PNP)高传输速率无须占用 IRQ 和 I/O 地址应用范围广USB转串口产品的命名规则转串口产品的命名规则USB转串口的优势转串口的优势方便,即插即用(PNP)不占用主机的内部空间速度快,效率高口数多USB接头接头USB供电供电USB接口可提供5V 500mA的电流我们一到四串口的产品都可以通过USB供电正常工作(除1450外)ConfidentialUPort与市场上同类产口对比与市场上同类产口对比 UPort 市场上同类产品市场上同类产品速率速率921.6Kbps230KbpsLinux支持支持支持支持通常不支持通常不支持WinCE支持支持支持支持不支持不支持自动驱动安装自动
18、驱动安装手动手动手动手动COM口保存功能口保存功能有有无无Windows 徽标认证徽标认证通过通过没通过没通过接口数量接口数量1,2,4,8,161,2,4工业等级安规认证工业等级安规认证有有无无ConfidentialUSB VS MSBUSBMSB系统资源占用系统资源占用少少多多方便方便,灵活性灵活性高高低低必须连接到必须连接到PC是是是是128Byte FIFO支持支持支持支持Microsoft WHQL通过通过通过通过质保质保五年五年五年五年 MOXA产品知识串口卡智能型非智能型USB转串口转换器串口连网服务器NPort 5000系列NPort 6000系列接口类型回顾接口类型回顾RS
19、-232RS-422RS-485 4线RS-485 2线双绞线光纤RS-232RS-422/485RJ45双绞线接头光纤接头ST为什么需要转换器为什么需要转换器信号转换介质转换延长距离提供光电隔离保护提高抗干扰能力功能功能&型号型号RS-232 to RS-422/485串口信号转换TCC-80,TCC-80ITCC-100,TCC-100IRS-422/485 延长距离:TCC-120,TCC-120I串口到光纤,介质转换&延长距离TCF-90TCF-142以太网到光纤,介质转换&延长距离IMC-21IMC-101,IMC-101G隔离保护:RS-232 to RS-232 or RS-42
20、2/485 to RS-422/485TCC-82,TCC-120ITCC-80I,TCC-100I无源型产品无源型产品单信号线供电2线线,4线线RS-485 /RS-422 端子接头端子接头RS-232DB9 孔式接头孔式接头USB及电源适配器连接头及电源适配器连接头无源型产品无源型产品TCF-142光纤环光纤环Link Fault Pass-Through 没有 Link Fault Pass-ThroughLink Fault Pass-Through 不知道远端连接出现错误 数据错误不可预知连接正常连接正常连接正常连接正常自动自动断开连接断开连接自动自动断开连接断开连接 可以得知远端连
21、接错误 帮助系统维护人员及时了解到故障发生Confidential工业级转换器工业级转换器 vs 商业级转换器商业级转换器 工业级转换器工业级转换器商业级转换器商业级转换器MTBF1,000,000h100,000h工业等级安规认证工业等级安规认证有有无无光电隔离保护光电隔离保护有有无无告警输出告警输出有有无无TCC-80 MTBF:Confidential串口转换器选型串口转换器选型信号信号线缆线缆接口接口隔离隔离&宽温宽温转换器转换器(T)电电(C)电电(C)无源型无源型RS-232 to RS-422/485(80)铜缆铜缆TCC-80隔离隔离(I)TCC-80I工业型工业型RS-232
22、 to RS-422/485(100)TCC-100隔离隔离(I)TCC-100IRS-422/485 to RS-422/485(120)TCC-120隔离隔离(I)TCC-120IRS-232 to RS-232(82)隔离隔离(I)TCC-82光光(F)RS-232 to 光纤光纤(90)多模光纤多模光纤(M)SCTCF-90-M-SCSTTCF-90-M-ST单模光纤单模光纤(S)SCTCF-90-S-SCSTTCF-90-S-STRS-232/422/485 to 光纤光纤(142)多模光纤多模光纤(M)SC宽温宽温(T)TCF-142-M-SC-TST宽温宽温(T)TCF-142-
23、M-ST-T单模光纤单模光纤(S)SC宽温宽温(T)TCF-142-S-SC-TST宽温宽温(T)TCF-142-S-ST-TConfidential以太网转换器选型以太网转换器选型信号信号线缆线缆接口接口宽温宽温以太网以太网(IMC)商用级商用级(21)10M/100M to 光纤光纤多模光纤多模光纤(M)SCIMC-21-M-SCSTIMC-21-M-ST单模光纤单模光纤(S)SCIMC-21-S-SCSTIMC-21-S-ST工业级工业级(101)10M/100M to 光纤光纤多模光纤多模光纤(M)SC宽温宽温IMC-101-M-SCST宽温宽温IMC-101-M-ST单模光纤单模光纤
24、(S)SC宽温宽温IMC-101-S-SCST宽温宽温IMC-101-S-ST1000M to 光纤光纤(G)多模光纤多模光纤(M)SFP宽温宽温IMC-101G单模光纤单模光纤(S)SFP宽温宽温IMC-101G MOXA产品知识串口卡智能型非智能型USB转串口转换器串口连网服务器NPort 5000系列NPort 6000系列串口设备联网服务器结构串口设备联网服务器结构 In硬件硬件以太网以太网控制器和控制器和Moxa 嵌入式操嵌入式操作系统作系统多串口卡多串口卡CPUFirmware/OSRAM10/100 Mbps 以太网RS-232/422/485 Ports网卡芯片网卡芯片UART
25、+串口设备联网服务器结构串口设备联网服务器结构 II软件Moxa Embedded OSAPSocketTCP/IP网络驱动程序网络驱动程序以太网APDecode EncodeTCP/IPMxdriverUARTDriver网络驱动程序网络驱动程序以太网UART以太网RS-232主机主机NPort应用及安装说明应用及安装说明驱动程序模式单主机多主机Socket modeTCP ServerTCP ClientUDP Server/Client对等连接模式以太网 Modem驱动程序模式驱动程序模式-With Native COM port driver&Real tty driver以太网Win
26、9x/NT/2K/XPCOM3COM4COM NLinux,SCO Unix,Unixware7,SVR4.2tty 1tty2tty N以太网*use existing serial comm software such as HyperTerminal驱动程序模式驱动程序模式-单主机单主机单主机模式P O S T e r m i n a lP O S T e r m i n a lP O S T e r m i n a lB a r C o d e R e a d e rWindows NT HostNPort Server LiteNPort Server ProB a r C o d
27、e R e a d e rB a r C o d e R e a d e rWafer Testing MachineR o b o tCOM3 COM19COM20 COM21驱动程序模式驱动程序模式-多主机多主机共享串口W i n d o w s N T H o s t BW i n d o w s N T H o s t AN P o r t S e r v e r L i t eN P o r t S e r v e r P r oP O S T e r m i n a lP O S T e r m i n a lP O S T e r m i n a lB a r C o d e R
28、 e a d e rB a r C o d e R e a d e rB a r C o d e R e a d e rW a f e r T e s t i n g M a c h i n eR o b o tCOM3COM3Socket ModeTCP Server 操作模式操作模式 I以太网IP:PortTelnet IP:PortDevice Server-监听监听 TCP 连接连接-IP 地址访问控制地址访问控制-可改变端口号可改变端口号-数据打包数据打包-允许允许socket 软件控制软件控制特点特点Server Administration1.Config2.Save setti
29、ng3.QuitRS-232 控制台端口1.建立连接2.收发数据串口设备TCP Server 操作模式操作模式 II以太网192.168.1.100:4001NPort ExpressDevice ServerRS-232 console路由器Administration PCPC串口设备A.PC use Telnet to establish a console connection to 路由器#telnet 192.168.1.100 4001NPort1.Configure NPort to TCP Server Mode#telnet 192.168.1.1002.NPort sta
30、rt to“listen”for TCP connection准备工作TCP/IPSerialConnectConnectADataDataDataDataDataDataDisconnectDisconnectBB.路由器s serial console programActivated.CC.PC disconnect with NPortTCP Client模式模式-I以太网Device Server-主动将串口设备数据发送到主动将串口设备数据发送到以太网 -连接控制-数据打包-Byte stream data transmission特点特点Serial读卡器Socket softwa
31、re1.建立连接2.收发数据TCP Client 操作模式操作模式 II以太网192.168.1.100Device ServerSerialAdministration PCPC读卡器A.NPort接收到串口数据,然后激活TCP连接.然后将Data1和Data2从以太网发送出去.B.100ms 以后,最后的串口发送出来的数据被接收,NPort会自动的断开TCP连接.读卡器NPort1.配置NPort到TCP Client#telnet 192.168.1.100 TCP conn.:any char serial timeout:100ms2.NPort开始主动从串口设备接收串口数据.准备工
32、作TCP/IPSerialAConnectData1Data2192.168.1.200Listen TCP 4001Data(1+2)DisconnectB-读卡器读卡器 ，数据采集数据采集典型应用以太网192.168.1.100Device ServerSerialAdministration PCPC读卡器A.NPort 自动与计算机建立连接 B.Nport接收串口数据，当接收到0 x0a和0 x0d后，Nport开始发送所有收到的数据data1 和2 到计算机 C.无须断开连接D.如果连接中断，NPort 和计算机自动重新建立连接读卡器NPort1.配置NPort 为TCP Clien
33、t 模式#telnet 192.168.1.100 TCP conn.:start up serial timeout:0ms Delimiter:0 x0a,0 x0d2.NPort 开始主动为串口设备发送数据准备工作TCP/IPSerialBConnectData1Data2,0a,0d192.168.1.200Listen TCP 4001Data(1+2),0a,0dBADevice ServerSerial读卡器UDP datagram以太网RRRTCP/IP-数据采集数据采集典型应用以太网Device Server-串口设备主动通过以太网进行数据传输-实时数据传输-点对多点-数据打
34、包特点特点Serial读卡器UDP datagramRRRTCP/IP以太网Device ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramDevice ServerRS-485读卡器UDP datagramPolling Each RS-485 DeviceReply RS-485 pollingRS-232/485DOS+自动化软件Device Server对等连接模式对等连接模式-透明数据通道，全部透明数据通道，全部 Modem 控制控制信号信号 以
35、太网主主从从RS-232RS-232WriterPLC原始数据或专属通讯协议1.建立连接2.收发数据对等连接模式应用对等连接模式应用 I-透明的数据通道透明的数据通道-无须驱动程序-TCP 数据通道-适合各种串口设备特点以太网TCP Client ModeTCP Server ModeRS-232RS-232WriterPLC原始数据或专属协议1.建立连接2.收发数据 MOXA产品知识串口卡智能型非智能型USB转串口转换器串口连网服务器NPort 5000系列NPort 6000系列网络安全的控制管理安全的控制管理网络安全的数据传输安全的数据传输安全的数据传输安全的数据传输SSL(Secure
36、 Socket Layer)SSL是由Netscape（网景）公司开发的一套数据传输安全协议，它在应用层与传输层之间，提供数据通讯安全支持NPort 6000系列的 Driver 模式,TCP Server/Client 模式,Pair Connection 模式及 Web设置提供此安全性 SSH2(Secure Shell 2)一个将传输数据加密的协议，通常用于远程终端登陆及数据传输NPort 6000系列的终端访问和反向终端服务功能提供此安全性 加密算法加密算法DES(Data Encryption Standard)著名的保密密钥或对称密钥加密算法，由IBM开发，在70年代被美国国家标准
37、和技术协会(National Institute of Standards and Technology，NIST)承认3DES(Triple DES)由IBM 在DES基础上发展起来用两个密钥对明文进行三次加密,保密性更强，但花费的时间较长AES(Advanced Encryption Standard)加密程度更高，速度更快是目前最常用的加密算法硬件加密引擎硬件加密引擎安全的 Real Com,Socket,Pair Connection 模式.DES/3DES 硬件加密引擎支持 ECB,CBC,CFB,OFB 模式.AES 硬件加密引擎支持 ECB,CBC,CFB,OFB,CTR 模式.
38、串行线以太网NPort 6000 以排队的方式将数据存储在缓存中通常每端口提供通常每端口提供64K缓存缓存客户可以使用客户可以使用 SD 卡卡增加缓存大小增加缓存大小断线时的端口缓存功能断线时的端口缓存功能以太网供电（以太网供电（Power over EthernetPoE）NPort 6000 连接的以太网交换机支持PoE时，NPort 6000 无需外接电源NPort 6000直接从以太网交换机上获得电源连接外接电源后，NPort 6000就无法再从以太网交换机上取电Confidential操作模式列表操作模式列表Real COM 模式/TCP Server Client 模式UDP 模式
39、Pair Connection 模式Ethernet ModemTerminal AccessReverse TerminalPrinterDail in/out以上皆支持普通模式和模式Linear Serial Baud RateDivisorBaudrate921600原始波特率.固定的 921600,460800,230400,如：客户需求如：客户需求 500Kbps(7.8%)or 250Kbps(7.8%)旧方法：旧方法：更换晶振更换晶振(修改硬件修改硬件)新的方法：直接设置速率，新的方法：直接设置速率，无需更换晶振无需更换晶振ConfidentialNPort 6000 系列硬件特
40、性系列硬件特性1/2/4/8/16 口 3-合-1 解决方案，921.6Kbps 传输速率.支持芯片级硬件加密继电器报警.(仅6450 和 6650 支持)64K Bytes 或 更多的串行数据日志.(外加 SD卡)(不含 6150)64KBytes or更多的串口数据存储.(外加 SD卡),(不含 6150)ConfidentialNPort 6000 系列硬件特性系列硬件特性蜂鸣器报警线性的速率设定可使用SD卡存储数据(不含 6150)热插拔网络模块(4/8/16 产品支持)1口 10/100M 以太网模块1口 100M 多模光纤模块1口 100M 单模光纤模块2口 100M 多模光纤模块2口 100M 单模光纤模块LCM 可锁定设置(4/8/16 产品支持)PoE 功能Thanks!
