葛春 火箭軍士官學(xué)校

RS-232串口電氣特性演示功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

葛春 火箭軍士官學(xué)校

本文首先針對(duì)RS-232串口通信常用數(shù)據(jù)格式，分析了其電氣特性演示功能的設(shè)計(jì)方法，然后分別采用數(shù)字示波器和基于A/D采集模塊的虛擬儀器兩種方案實(shí)現(xiàn)了RS-232串口電氣特性的演示功能。

RS-232串口 電氣特性 電壓信號(hào)波形

引言

RS-232串口是自動(dòng)化、測(cè)試控制等多個(gè)專業(yè)的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。授課時(shí)學(xué)生可以通過觀看9針D型插頭座、25針D型插頭座、37針D型插頭座、圓形插頭座、接線端子等形式的RS-232串口，了解其機(jī)械外部特性；學(xué)生也可以通過串口調(diào)試程序，設(shè)置RS-232串口通信的數(shù)據(jù)位、停止位、波特率等參數(shù)，體驗(yàn)其通信協(xié)議特性；但由于RS-232串口的電氣特性主要表現(xiàn)在收發(fā)信號(hào)相對(duì)于信號(hào)地的電平，相比其機(jī)械外部特性和通信協(xié)議特性，學(xué)生不能直接觀察，所以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)RS-232串口電氣特性的演示功能，以信號(hào)波形的形式形象直觀的展示其電氣特性，具有很強(qiáng)的教學(xué)應(yīng)用價(jià)值。

一、RS-232串口電氣特性演示的功能設(shè)計(jì)

RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、通信電纜和協(xié)議，因此它的通信協(xié)議可以用戶自己定義，但基于計(jì)算機(jī)的RS-232串口通信，一般采用如下的常用數(shù)據(jù)格式[1]：首先是以邏輯0開始的起始位，然后是5～8位的數(shù)據(jù)位，接著是起校驗(yàn)作用的校驗(yàn)位，最后是邏輯1結(jié)束的停止位，其中起始位前面和停止位后側(cè)的紅色部分為空閑狀態(tài)。

以計(jì)算機(jī)字符“？”為例，在計(jì)算機(jī)中字符“？”的ASCII編碼為00111111，總共8位，前面的0是高位，后面的1是低位，在串口數(shù)字通信中，現(xiàn)傳輸?shù)臀?，后傳輸高位。?duì)比上文介紹的RS-232串口通信的常用數(shù)據(jù)格式，如果不應(yīng)用校驗(yàn)位，則最終字符“？”的串口傳輸數(shù)據(jù)格式為0,11111100,1。

如果對(duì)RS-232串口通信信號(hào)線相對(duì)于地線之間的電壓完成采集，當(dāng)在傳輸線上傳輸字符“？”時(shí)，可采集到相應(yīng)的電壓信號(hào)波形。

由于RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其通信電氣特性做出了如下規(guī)定：接收或發(fā)送線與地線之間的電壓為+3V～+15V，表示邏輯“0”；接收或發(fā)送線與地線之間的電壓為-15V～-3V，表示邏輯“1”[2]。因此對(duì)照字符“？”的串口傳輸數(shù)據(jù)格式和采集的電壓信號(hào)波形，就可以非常形象的向?qū)W生展示RS-232串口通信的電氣特性。

二、RS-232串口電氣特性演示的功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于上文分析的RS-232串口電氣特性演示系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)其功能，最核心的就是如何采集RS-232串口通信時(shí)信號(hào)線與地線之間的電壓波形和電壓值大小，然后實(shí)時(shí)在液晶顯示器或者軟件界面中以電壓波形的形式直觀的顯示出來。

第一種方案是將RS-232串口通信的信號(hào)線和地線連接到高精度數(shù)字示波器，利用示波器采集信號(hào)波形。由于一次RS-232串口信號(hào)發(fā)送時(shí)間較短，稍縱即逝，發(fā)送端計(jì)算機(jī)可采用間隔100ms重復(fù)發(fā)送字符的方式，同時(shí)要調(diào)整好示波器的采樣頻率，并通過相位、頻率、幅值等設(shè)置，調(diào)試出平穩(wěn)和幅值清晰的電壓波形，從而直觀演示串口通信的電氣特性。但利用示波器是一種純硬件的采集過程，而且采集時(shí)還需要計(jì)算機(jī)終端間隔100ms重復(fù)發(fā)送，也沒有波形存儲(chǔ)與回放的功能，為與前沿技術(shù)虛擬儀器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于多種測(cè)試技術(shù)的單次信號(hào)捕捉，本文還選用第二種方案：采用EM9636中泰A/D采集卡和LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕捉功能。

系統(tǒng)由串口終端計(jì)算機(jī)、RS-232串口端子、中泰EM9636采集卡、虛擬儀器應(yīng)用機(jī)、信號(hào)線以及網(wǎng)線組成，串口終端計(jì)算機(jī)通過自帶RS-232串口向外發(fā)送數(shù)據(jù)。演示過程中，RS-232串口端子的母口連接到串口終端計(jì)算機(jī)的公口，將紅色信號(hào)線連接到串口端子的3引腳“TXD發(fā)送數(shù)據(jù)”，黑色信號(hào)線連接到串口端子的5引腳“信號(hào)地”，兩根信號(hào)線的另一端分別連接到中泰EM9636采集卡的第一路雙端模擬量采集端口CH1+與CH-，EM9636采集卡采集到RS-232串口數(shù)據(jù)通信的電壓值大小后，通過網(wǎng)線傳輸給虛擬儀器應(yīng)用機(jī)，虛擬儀器應(yīng)用機(jī)再通過LabVIEW虛擬儀器軟件平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示捕捉的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)RS-232串口電氣特性的直觀演示。

中泰EM9636采集卡是一款基于以太網(wǎng)的32單端、16雙端的A/D模擬量采集卡，電壓采集范圍可達(dá)-15V～15V，適用于RS-232串口的電平范圍；采樣速率可達(dá)100KHz,大于RS-232串口的通信速率（一般小于10KHz），適合對(duì)RS-232串口電氣特性波形的信號(hào)捕捉；LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司NI推出的一種基于直觀前面板和流程圖式的虛擬儀器編程軟件，是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具[3]，而中泰EM9636采集卡，正好適用于專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW軟件環(huán)境，其產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)附帶LabVIEW組件，安裝后即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)波形實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)回放的功能，非常適合對(duì)捕捉信號(hào)的實(shí)時(shí)、回放分析。如傳輸字符“？”時(shí)捕捉的信號(hào)，不但可以演示RS-232串口的負(fù)邏輯電氣特性，還通過+9V左右電壓和-9V左右電壓的大小測(cè)量，演示RS-232串口通信電壓范圍為+3V～+15V或-15V～-3V的電氣特性。

[1]劉長(zhǎng)征.Visual C++串口通信及測(cè)控應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2]陳秀國(guó).電力自動(dòng)化系統(tǒng)RS-232信號(hào)的傳輸和測(cè)試[J].電力系統(tǒng)通信，2010（10）：48-51.

[3]胡仁喜，高海賓. LabVIEW 2010從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

葛春（1984.2-），男，火箭軍士官學(xué)校。