常用通讯接口介绍及应用

2015/5/6常用通讯接口介绍及应用杭州远方光电信息股份有限公司EVERFINECORPORATION2012-10-182015/5/6一、RS232介绍二、RS485介绍三、USB介绍四、GPIB介绍五、CAN介绍目录2015/5/6RS232介绍2015/5/6RS232的协议提出及发展现状首先，让我们了解一下什么是串行通信。串行通信指数据一位位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。这种方式只要很少的连接线就可在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信，但传输速度较慢。最早的RS232是美国电子工业联合会（EIA）与BELL等公司于1962年发布的，现在说的RS232是指RS232-C，是EIA与BELL等公司在原基础上修改，经过RS232A/RS232B，于1969年公布的。2015/5/6RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA代表美国电子工业协会，RS代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。它适合于数据传输速率在0～20000bits/s范围内的通信。目前，RS232已在微机通讯接口中广泛采用，已被内置于每一台计算机，同时也被置于从微控器到主机的多种类型的计算机及其相连接的设备。2015/5/6计算机及微控器232接口图片：2015/5/6RS232协议电气特性EIA-RS-232C对电器特性、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表示电压范围为-3V至-15V逻辑0表示电压范围为+3V至+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效表示电压范围为+3V至+15V信号无效表示电压范围为-3V至-15V2015/5/6EIARS-232C与TTL转换：EIARS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIARS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。公司常用芯片：MAX232(5V,200k)，MAX3221(3-5V,250k),MAX3232(3V,235k)，HIN232(5V)。2015/5/6RS232协议机械特性由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。计算机中常采用的是DB-25和DB-9两种连接器，下面就这两种连接器做较为详细的介绍。2015/5/625针数据口与9针数据口图片：2015/5/6DB-25和DB-9的常用信号脚说明9针串口（DB-9）25针串口（DB-25）引脚号功能说明缩写引脚号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备好DTR20数据终端准备好DTR5信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据设备准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS9振铃指示BELL22振铃指示BELL2015/5/6DB-9连接器在AT机（AT不是指机，而是一种规范，即主板标准）以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器只提供异步通信的9个信号。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：异步通信的9个电压信号（Pin-2、3、4、5、6、7、8、20、22）；20mA电流环信号9个（Pin-12、13、14、15、16、17、19、23、24）；空6个（Pin-9、10、11、18、21、25）；保护地1个，作为设备接地端（Pin-1）。2015/5/6常用9信号介绍：1.联络控制信号线：数据装置准备好（Datasetready-DSR)—有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态。数据终端准备好(DataTerminalready-DTR)——有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。请求发送(Requesttosend-RTS)——用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。2015/5/6允许发送（Cleartosend-CTS）——用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。接收线信号检出(ReceivedLinedetection-RLSD)——用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(DataCarrierdectection-DCD）线。2015/5/6振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫。2数据发送与接收发送数据(Transmitteddata-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。接收数据(Receiveddata-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。3地线有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线，无方向。2015/5/6上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置成有效(ON)状态，等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。2015/5/6电缆长度：在通信速率低于20kbps时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。2015/5/6串行通信的协议串行通信的协议指对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、纠错方式以及控制字符定义等问题作出统一规定，通信双方必须共同遵守。通常需要设定一下几个部分。1选择串口号2设定数据位长度：可以是7、8或9位3设定停止位长度：可以使1位、1.5位或2位4设定奇偶校验位：可以选择奇校验、偶校验或无5设定波特率：50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps2015/5/6RS232协议的缺点：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接；传输速率（波特率）较低；接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱；传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右；只能进行点对点传输，不便于成网控制。2015/5/6RS232协议传输实现1.远距离传输2.近距离传输2015/5/61.远距离传输由于RS232协议本身的缺点，故要实现远距离传输，需要借助其他设备，例如调制解调器MODEM等，因此使用的信号线较多。下面介绍两种远距离传输方式。注意：在以下各图中，DTE信号为RS-232-C信号，DTE与计算机间的电平转换电路未画出。2015/5/61.1、采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接：使用25针串口时，若在双方MODEM之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要2～8号信号线外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个信号线进行联络，如图所示。2015/5/6过程说明：SR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）准备好，只表示设备本身可用。首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方DCE收到该信号后，使RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫。当对方“摘机”后，两方建立了通信链路。若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（DTE）发出RTS（请求发送）信号。此时，若DCE（Modem）允许传送，则向DTE回答CTS（允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。（RTS/CTS可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。当DTE获得CTS信号后，通过TXD线向DCE发出串行信号，DCE（Modem）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。计算机向DTE“数据输出寄存器”传送新的数据前，应检查Modem状态和数据输出寄存器为空。当对方的DCE收到载波信号后，向对方的DTE发出DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE，DTE通过串行接收移位寄存器对接收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取字符。2015/5/61.2、采用专用线路通信：在通信双方的MODEM之间采用电话线进行通信，。不需要电话机、振铃信号RI和DTR信号，其信号线的连接如图所示：2015/5/62.近距离传输当通信距离较近时，可不需要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，即是这里要讨论的第一种情况。2015/5/62.1无Modem的最简连线（3线制）下图是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接），图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。（1）RTS与CTS互联：只要请求发送，立即得到允许（2）DTR与DSR互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）。2015/5/62015/5/62.2零Modem标准连接：如果想在直接连接时，而又考虑到RS-232C的联络控制信号，则采用零MODEM方式的标准连接方法，其通信双方信号线安排如下顺序所演示的那样。无Modem的标准联线（7线制）如下图所示：从中可以看出，RS-232C接口标准定义的所有信号线都用到了，并且是按照DTE和DCE之间信息交换协议的要求进行连接的，只不过是把DTE自己发出的信号线送过来，当作对方DCE发来的信号，因此，又把这种连接称为双叉环回接口。2015/5/6双方的握手信号关系如下（注：甲方乙方在图中标出）：（1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在DCE（数传