葛春 火箭軍士官學(xué)校

多型串口的特性分析與演示

葛春 火箭軍士官學(xué)校

本文針對多型串口教學(xué)內(nèi)容的重難點，首先分別從機械外部特性、通信協(xié)議特性和通信電氣特性三個方面進行了分析與比較，然后利用串口終端機、虛擬應(yīng)用機以及串口轉(zhuǎn)接器等設(shè)備完成了多型串口特性的演示。

多型串口 特性分析 特性演示

引言

多型串口（RS-232、RS-422、RS-485）作為自動化控制、電氣控制等多個專業(yè)都會學(xué)習(xí)到的教學(xué)內(nèi)容，其特性分析和比較是教學(xué)的重點也是難點，本文旨在對比分析這三種常用數(shù)字串口的特性后，力求設(shè)計一種串口特性演示系統(tǒng)，以降低學(xué)生學(xué)習(xí)此重難點知識的難度。

一、多型串口的特性分析

（一）多型串口的機械外部特性

RS-232串口最初采用25針D型接口，分別對發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、請求發(fā)送、清除發(fā)送、數(shù)據(jù)終端就緒等接口信號線做出了規(guī)定，利用調(diào)制解調(diào)器和普通電話線就可以完成數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)字通信設(shè)備DEC之間的通信。后來簡化成9針D型接口，更方便應(yīng)用于計算機與數(shù)字終端的通信，其中最核心的三針引腳分別為2針接收數(shù)據(jù)、3針發(fā)送數(shù)據(jù)和5針接地。而在實際工程應(yīng)用中，由于為了方便接線、多型串口合并在一個硬件對外接口、通信電纜結(jié)構(gòu)等多種原因，還會出現(xiàn)接線端子、37針D型接口、44針D型接口、圓形3針接口等多種機械外部結(jié)構(gòu)。RS-422、RS-485串口在工程應(yīng)用中也和RS-232串口一樣，具有機械外部結(jié)構(gòu)的多樣性。

（二）多型串口的通信協(xié)議特性

RS-232串口最常用的微機通信數(shù)據(jù)格式由一個起始位、五到八位的數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位組成，一般利用一位二進制的“0”表示起始位，一位二進制的“1”表示停止位，奇偶校驗位用來進行數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的校驗。當(dāng)然這只是最常用的數(shù)據(jù)格式，由于電子工業(yè)協(xié)會對多型串口標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議沒有做出明確規(guī)定，所以在工程應(yīng)用中，會根據(jù)不同應(yīng)用需求、應(yīng)用特點，用戶可以建立自己的高層協(xié)議。RS-422、RS-485串口在工程應(yīng)用中也和RS-232串口一樣，比如RS-422串口在反坦克導(dǎo)彈中的應(yīng)用，為了滿足彈上設(shè)備數(shù)字通信的可靠性、實時性，采用了兩個字節(jié)信息頭、一個字節(jié)幀內(nèi)字節(jié)數(shù)、幾個字節(jié)幀內(nèi)信息、兩個字節(jié)信息尾、一個字節(jié)校驗和的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)[1]。RS-485串口采用常用的ModBus協(xié)議和國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)采用的多功能電能表DL/T645-1997協(xié)議[2][3]等。

（三）多型串口的通信電氣特性

通信電氣特性是RS-232、RS-422和RS-485三種串口標(biāo)準(zhǔn)的根本區(qū)別所在。RS-232串口采用負(fù)邏輯電平，規(guī)定DC（-3V～-15V）為邏輯“1”，DC（+3V～+15V）為邏輯“0”，由于電壓范圍較大，易損壞接口電路，且不與TTL電平兼容，另外因為采用收發(fā)信號相對于信號地的通信模式，易產(chǎn)生共模干擾，導(dǎo)致工程應(yīng)用中理想通信距離較短，通信速率較低。電子工業(yè)協(xié)會針對這種不足，提出了“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，采用了差分電壓信號傳輸體制的RS-422串口，規(guī)定電壓差+2V～+6V表示邏輯“1”，-6V～-2V表示邏輯“0”，雖然增加了通信距離，提高了通信速率，但共模范圍為-7V～+7V，只能完成一發(fā)多收的單向傳輸，為提高共模范圍，實現(xiàn)多個發(fā)送器連接在同一條總線上，電子工業(yè)協(xié)會提出了RS-485串口，將共模范圍提高到了-7V～+12V,同一條總線上允許連接多達128個收發(fā)器[4]。

二、多型串口的特性演示

特性演示硬件組成包括串口通信終端1、串口通信終端2、虛擬儀器應(yīng)用機、RS-232/422/485串口通信轉(zhuǎn)接器等組成。串口通信終端1、2通過RS-232串口分別與RS-232/422/485串口通信轉(zhuǎn)接器連接；兩個轉(zhuǎn)接器通過接線端子和信號線，由操作者選擇完成RS-422或RS-485串口連接；串口轉(zhuǎn)接器，兼容RS-232、RS-422、RS-485標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)味说腞S-232信號轉(zhuǎn)換為平衡差分的RS-422或RS-485信號。

為更好的展示三種串口的機械外部特性，系統(tǒng)運用通信板卡、轉(zhuǎn)接器、Y2航空插頭、焊接電纜等方法，分別針對這三種串口設(shè)計多種外形結(jié)構(gòu)，如9針D型插頭座、37針D型插頭座、44針D型插頭座、接線端子、Y2航空插頭座等形式，實現(xiàn)多型串口機械外部多樣特性的演示。

為更好的展示三種串口的通信協(xié)議特性，系統(tǒng)將串口通信終端機1、2軟件設(shè)計成類似于“串口大師”的功能，實現(xiàn)串口波特率、數(shù)據(jù)幀格式的設(shè)置，以及數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收等功能。學(xué)生可以通過不同數(shù)據(jù)位、停止位、波特率等的設(shè)置，觀察到數(shù)據(jù)接收正確或者出現(xiàn)亂碼的情況，加深對通信協(xié)議的認(rèn)知。

為更好的展示三種串口的通信電氣特性，系統(tǒng)利用中泰公司的PC-6325A板卡，通過總線插槽插入虛擬儀器應(yīng)用機的母板，并將其模擬量輸入接口的CH1+和CH1-分別連接到弘宇RS-232串口接線端子的差分通信端子，采集通信電壓值，然后在軟件界面上通過虛擬儀器界面直觀顯示串口通信的電壓波形和電壓大小，從而演示并對比三種串口不同的電氣特性。

[1]鄭紅星，曹曉緋.RS422在反坦克導(dǎo)彈中的應(yīng)用研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2008（4）：33-35.

[2]鄧志君，梁松峰.基于RS485接口ModBus協(xié)議的PLC與多機通訊[J].微計算機信息，2010（3）：107-108.

[3]袁立遙，陳健華.多功能電能表RS-485接口的通信故障及解決方法[J].通訊世界，2013（5）：94-95.

[4]何永輝，李凱.基于RS-485串口通信的軟件測試方法研究[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2010（12）：27-29.

葛春（1984.2-），男，單位：火箭軍士官學(xué)校。