1、Confidential串口信号串口信号串口流控串口流控串口效能串口效能串口保护串口保护串行通信基础知识Confidential串口信号RS-232RS-422/485Confidential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 bitConfidential234567812345678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1bit11bit1bit1bit1bit1bit1bit1bit串行通信并行通信通信距离远近搞干扰能力高低传输速度慢快成本低高Confidential串行通
2、信 VS 并行通信数据帧长度如果N,8,1:数据帧长度为 10 位如果E,7,2:数据帧长度为 10 位Confidential串行通讯数据格式起始位:总是“1”数据位:5,6,7,8 位校验:None,Odd,Even,Space,Mark停止位:1,1.5(数据位=5),2 位15,6,7,81,1.5,21Unit:bitDataStartParityStopConfidentialRS232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-
3、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。RXD、TXD、GND 三条线。ConfidentialDB25RS-232-C 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DB9电气特性、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
4、状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15VConfidentialConfidentialUART并行TTL5V0VRS-232 信号传输收发器D0D7StopParityStart DataData StartParity Stop0V5VRS-232+12V-12VStopParityStart DataData StartParity Stop-12V+12VTxRxConfidentialRS-232信号传输及信号波形ConfidentialRS-232 接口信号定义：TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI、GND（Femal
5、e/Male定义相反）最高速率：115200bps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。ConfidentialRS-232 连接类型 IRS-232 信号接线DTE 信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDDTE信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDRS-232 连接类型 IIRS-232 信号典型应用:PC+直连电缆+ModemDCE 设备上的DCD信号一般用作输出信号Confidential接线DTE 信号TxDRxDRTSCTSDTRDSRDCDGNDDCE 信号RxDTxDCTSRTSD
6、SRDTRDCDGNDConfidential串口信号RS-232RS-422/485ConfidentialRS-232 VS RS-422RS-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，将一对中一根定义为A，另一根定义为BConfidentialRS-422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ConfidentialRS-422信号收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+、Rxd-与Txd-对应相连 大于+200mV的电
7、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|200mvConfidentialRS-422 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)+GNDConfidentialRS-422 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-42
8、2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+GNDConfidential(B+Noise)(A+Noise)0.2V高(B+Noise)(B+Noise)-0.2V低ConfidentialUART并行TTLRS-422/485 信号差分信号5
9、V收发器D0D7DataStopParity0VStartRS-422/485DataStopParityStartTxBTxAConfidentialRS485信号定义4-WireTxDA(-)TxDB(+)RxDB(+)RxDA(-)GND2-WireDataB(+)DataA(-)GNDConfidential2线与4线传输信号TxA接线120120信号RxATxBRxBRxATxARxBTxBGNDGNDConfidential接线：4 线全双工优势1.抗干扰能力强2.传输距离长(可达 1.2公里)3.支持点对点和多站通讯方式RS-422 信号ConfidentialRS-422 拓扑
10、结构 I点对点Moxa CI-134Tx+(B)Tx-(A)Rx+(B)Rx-(A)Rx+(B)Rx-(A)Tx+(B)Tx-(A)PLCConfidentialRS-485 信号RS-422的增强方式与 RS-422兼容接线 点对点 2 线半双工，菊链式连接 4 线全双工，菊链式连接RS-4224-线RS-4852-线RS-485传输类型全双工全双工半双工连接类型点对点多站多站数据流控无RTS控制或ADDC控制RTS控制或ADDC控制可连接设备数32节点32节点32节点ConfidentialRS-422 vs.RS-485RS-485 拓扑结构 I点对点Moxa CI-134PLCData
11、-(A)Data-(A)Data+(B)120Data+(B)120终端电阻ConfidentialRS-485 拓扑结构 II2 线半双工Data+(B)120Data-(A)Moxa CI-134120PLC#1PLC#2PLC#3PLC#31Data+(B)Data+(B)Data+(B)Data+(B)Data-(A)最大1.2公里，32节点Confidential特点1.距离可达1.2公里2.抗干扰能力强3.低接线成本4.同一总线可连接32个节点，使用中继器最多可达256个节点优点1.低成本缺点1.用户自定义软件协议2.软件开发相对复杂3.软件处理碰撞ConfidentialRS-4
12、85 拓扑结构 II2 线半双工RS-485 拓扑结构 III4 线全双工Tx+(B)Tx-(A)Rx+(B)Rx-(A)120120PLC#1PLC#2PLC#3PLC#31DE-211Note:1.Tx-(A)2.Tx+(B)3.Rx-(A)4.Rx+(B)12 34最大1.2公里，32节点Confidential特点1.距离可达1.2公里2.抗干扰能力强3.同一总线可连接32个节点，使用中继器最多可达256个节点优点1.无碰撞发生2.易于编程缺点1.接线成本比2线制RS-485高ConfidentialRS-485 拓扑结构 III4 线全双工ConfidentialRS-422&RS-
13、485接线RS-422可支持10个节点，RS-485可支持32个节点拓扑一般采用总线型结构,不支持环形或星形网络在构建网络时应注意以下几点:、采用双绞线作总线,将各个节点串接起来如下的连接方式:a,b,c 为错误连接;d,e,f为正确连接方式.、注意总线阻抗匹配,否则就会发生信号的反射ConfidentialRS-485 数据流方向控制什么是数据流方向控制?在一个时间只允许一个设备发送 如果流控信号时序不对，整个RS-485 网络将不能正常工作流控的方式 1.传统的RTS控制-内部电路使用 RTS信号来决定发送和接收-无数据发送时，RTS信号处于清除状态，此时收发器处于监听模式-当有数据发送时
14、设置RTS信号，同时断开监听模式-当数据发送完成之后清除RTS信号，转回监听模式-RTS 状态由用户软件控制ADDC(自动数据流控)ADDC 2线RS-485通过硬件准确的切换数据收发状态ADDC是我们的专利技术1.没按键时,处于监听状态;(数据接收状态)2.判断当前频率是否有信号?(检查线路上是否有数据)3.确认当前频率空闲,按键讲话对方可以听到;(线中上没有数据,切换状态到数据发送)4.话讲完后,松开按键,回到监听状态;(数据接收状态)ConfidentialABConfidentialADDC(自动数据流控)当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界面
15、的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传输信号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关闭.有两种方法可以切换数据收发状态.一种是通过软件人为用RTS信号控制,另一种是用ADDCADDC可以通过硬件准确地切换数据收发状态,有效地把用软件控制的复杂时序控制简单化.ADDCNoADDC操作方式硬件判断线路上是否有数据软件处理数据流向CPU点用率不占用占用软件复杂度无高通信效能高低ConfidentialADDC vs No ADDC接口RS-232RS-422RS-485最大距离(标准)准)15M9600bps1.2公里9600bps1.2公里960
16、0bps最大距离(Moxa实验室测量结果果)100M38400bps50M57600bps20M115200bps*C168H,28AWGUL24641.4KM9600bps1.1KM38400bp*CP-114I,28AWGUL2464,直通电缆，点对点方式1.4KM9600bps1.1KM38400bp*DE-211,AWG28直通电缆,多站方式，32节点Confidential传输距离距离 EIA标准/实测性能类型RS-232RS-422RS-4854线RS-4852线信号类型单端差分差分差分通讯方式全双工全双工全双工半双工距离15M9600bps1.2KM9600bps1.2KM960
17、0bps1.2KM9600bps信号定义TxD,RxD,RTS,CTS,DTR,DSR,DCD,GNDTxA,TxB,RxA,RxB,GNDTxA,TxB,RxA,RxB,GNDDataA,DataB,GND接线成本高(8线)中等(5线)中等(5线)低(3线)连接设备数两台两台或十台32台32台抗干扰能力弱强强强故障诊断容易难难难ConfidentialRS-232&RS-422&RS-485 比较Confidential电气参数表Confidential串口流控流控硬件流控软件流控ConfidentialFlow Control使对方设备暂停数据发送的方法数据还没处理完暂停发送数据Confi
18、dentialFlow Control流控是用来在两个数据传输速度不同的设备中控制数据流量的技术（如PLC和RS-232界面连接）。流控的数据流控制功能确保2台设备互相通讯，避免数据丢失。软件方法:XON/XOFF硬件方法:RTS/CTS优点1.无数据丢失2.减少软件控制工作3.适合于二进制数据和ASCII数据缺点1.接线成本相对较高2.与RS-422和RS-485的软件不兼容应用技巧选择16C550C芯片，使用硬件流控，确保100%数据不丢失PC 2RTSCTSRxTxPC 1RTSCTSTxRx*RTSstop to transmit data.Confidential硬件流控优点1.接线
19、成本低2.适合各种通讯方式,包括RS-422/485缺点1.结果与两个设备的处理速度有关，不能杜绝数据丢失现象发生。2.结果与两个设备的FIFO大小有关3.性能相对较低4.不适合二进制数据传输应用技巧1.确保两个设备的FIFO大小相同2.当发生数据丢失时，先降低数据传输的波特率。Confidential软件流控TxRxX4.停止发送PC 1RxPC 21.Xon3.Xoff2.开始发送Tx硬件流控软件流控方式硬件线路软件数据做法RTS/CTSXoff/Xon效率高低可靠性高低Confidential硬件流控 vs 软件流控MOXA的产品都支持硬件流控和软件流控.Confidential串口效能
20、FIFOMU860ThroughputConfidentialFIFOFIFO(先进先出)串口数据收发的缓冲区DataDataDataCPUDataDataDataCPUDataDataDataDataDataDataData16Byte FIFO128Byte FIFO占用CPU的频率大不一样ConfidentialFIFOFIFO是用来描述缓存的特定术语，FIFO缓存根据数据接收的顺序来发送数据，并用来降低处理芯片UART(如用在串口通讯的16C550C)的负载First In Last OutConfidentialUART(MU860)UART芯片控制串口通讯设备的数据传送与接收。它把
21、RS-232/422/485中的串行数据转换成并行数据传给PCMU 860-自主研发的专用串口通信芯片集成8Port URAT&PCI BridgeConfidential0%20%40%60%80%100%超级引擎MU860高数据吞吐率128Byte FIFOCPU Loading16byte FIFO64byte FIFO128byte FIFOConfidentialThroughput(数据吞吐量)吞吐量是指数据传输的效能，它是一段时间内实际上传输了多少字符的标准。吞吐量的提升要依靠于CPU、内存、相互通讯的设备的效能，测量方法也同样依靠操作系统的效能。吞吐量通常的单位也是bps（位每
22、秒）。Moxa的Universal PCI(8port)超过700 Kbps数据吞吐量，效能全球第一Moxa的Universal PCI(4port)超过800 Kbps数据吞吐量，效能全球第一CP-132UV2SUNIXPCI4037AMulti-I/OAdapterJPPCI2RS232SerialCard9600bps953Bytes/s0%959Bytes/s0%959Bytes/s30%115200bps11405Bytes/s0%11361Bytes/s2%11518Bytes/s31%230400bps21886Bytes/s0%22722Bytes/s3%23040Bytes/
23、s31%460800bps43735Bytes/s1%45445Bytes/s16%46040Bytes/s30%921600bps87376Bytes/s26%74924Bytes/s31%92145Bytes/s31%Confidential卡片通信效能对比Throughput(Bytes/s)&CPU Usage(average)注:此测试中的数据源自 PCOMM Pro Performance Analyzer程序;Confidential接口保护ESDSurgeIsolation ProtectionConfidentialESD保护ESD(Electro Static Discha
24、rge)静电放电现象ESD保护 即为静电放电保护静电无处不在,防为上策Confidential1ms2ms0Surge Protection 浪涌保护浪涌(Surge 也叫突波),是超出正常工作电压的瞬间过电压.1000v5vConfidentialSurge Protection浪涌保护原理因闪电、静电放电及其他形式产生的瞬间强电压，或周围磁场突变感应到信号连接线路的一种异常电压，在接口接收处加保护措施以防止设备內部元件烧坏.ESD vs.EFTESD(静电保护)：这是一个发生在时间很短，但电压很高电流较小的异常情況EFT(连续性恒定异常电压保护):这是一种受到一段恒定连续电压的干扰保护,电
25、压不及ESD高,但時間較長.所以能量也很大.浪涌保护ESD保护抗冲击电压低高抗冲击时间长短出现冲击的机率少多成本高低Confidential浪涌保护 vs ESD保护注:我们的绝大多数产品的串口都支持15KV的ESD保护.发光器件感光器件DataData光电隔离保护用光的方式把信号隔离开光电隔离元件光信号PCB BoardConfidentialConfidential光电隔离保护-Isolation Protection原理由于电线两端的地电压不同，长距离连接的通讯设备会因电压不匹配而造成损坏隔离保护会在线的两端使用光电隔离元件来保护两端的设备不被损坏Surge Protection vs.IsolationSurge:瞬间异常电压引起的损坏Isolation:两端共地不良,EMI及纹波干扰引起的损坏.光电隔离的作用消除两端设备间因地电压差造成的放电RS-485 2线光电隔离PC的GND电平为 60VGND电平为 0V1000mConfidential光电隔离的作用隔离干扰信号光电隔离RS-485 2线Confidential大率功电机强电ConfidentialMOXA光电隔离器ConfidentialThanks!
