1、RS485简介 (zz)2009-11-17 15:08智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是 RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的 RS485解决了这个问题。 RS485接口RS485采用差分信号负逻辑，2V6V 表示“0”，- 6V- 2V 表示“1” 。RS485 有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两
2、线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在 RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接 RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、 “B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7 +12V，只有满足上述条件，整个
3、网络才能正常工作。当网络线路中 共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。(2)EMI 问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地） ，就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。由于 PC 机默认的只带有 RS232接口，有两种方法可以得到 PC 上位机的 RS485电路：（1）通过 RS232/RS485转换电路将 PC 机串口 RS232信号转换成 RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。 （2）通过 PCI 多串口卡，可以直接选用输出信号为 RS485类型的扩展卡。R
4、S485电缆在一般场合采用普通的双绞线就可以，在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。在使用 RS485接口时，对于特定的传输线路，从 RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所影响。理论上 RS485的最长传输距离能达到1200米，但在实际应用中传输的距离要比 1200米短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上 RS485的最大传输距离可以达到 9.6公理。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器
5、，多模光纤的传输距离是510公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。RS485布网网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点：（1）采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。有些网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。（2）应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线
6、的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。在 RS485组网过程中另一个需要主意的问题是终端负载电阻问题，在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网络能很好的工作但随着距离的增加性能将降低。理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握，美国 MAXIM 公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时
7、就可以不加匹配。一般终端匹配采用终端电阻方法， RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。终接电阻在 RS-485网络中取120 。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是 RC 匹配。利用一只电容 C 隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容 C 的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能
8、效果显著。最近两年一些公司基于部分企业信息化的实施已完成，工厂中已经铺设了延伸到车间每个办公室、控制室的局域网的现状，推出了串口服务器来取代多串口卡，这主要是利用企业已有的局域网资源减少线路投资，节约成本，相当于通过 tcp/ip 把多串口卡放在了现场。RS485和其它总线网络的区别：我们把工业网络归结为三类：RS485网络、HART 网络和现场总线网络。HART 网络：HART 是由现在的艾默生提出一个过度性总线标准，他主要是在 420毫安电流信号上面叠加数字信号，物理层采用 BELL202频移键控技术，以实现部分智能仪表的功能，但此协议不是一个真正意义上开放的标准，要加入他的基金会才能拿到
9、协议，加入基金会要一部分的费用。技术主要被国外几家大公司垄断，近两年国内也有公司再做，但还没有达到国外公司的水平。现在有很大一部分的智能仪表都带有 HART 圆卡，都具备 HART 通讯功能。但从国内来看还没有真正利用其这部分功能，最多只是利用手操器对其进行参数设定，没有发挥出 HART 智能仪表应有的功能，没有联网进行设备监控。从长远来看由于 HART通信速率低组网困难等原因，HART 仪表的采购量会程下滑趋势，但由于 HART 仪表已经有十多年的历史现在在装数量非常的大，对于一些系统集成商来说还有很大的可利用空间。现场总线网络：现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域
10、的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。现场总线技术近年来成为国际上自动化和仪器仪表发展的热点，它的出现是传统的控制系统结构产生了革命性的变化，是自控系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迈进，形成新型的网络集成式全分布式控制系统- 现场总线控制系统 FCS（Fieldbus Control System） 。但是现在的现场总线的各种标准并行存在并且都有自己的生存领域，还没有形成真正统一的标准，关键是看不到什么时候
11、能形成统一的标准，技术也不够成熟。另外现场总线的仪表种类还比较少可供选择的余地小，价格也偏高，从最终用户的角度看大多还处于观望状态，都想等到技术成熟之后在考虑，现在实施的少。RS485网络： RS485/MODBUS 是现在流行的一种布网方式，其特点是实施简单方便，而且现在支持 RS485的仪表又特多，特别是在油品行业 RS485/MODBUS 简直是一统天下，现在的仪表商也纷纷转而支持 RS485/MODBUS，原因很简单，象原来的 HART 仪表想买一个转换口非常困难 而且价格昂贵，RS485的转换接口就便宜的多而且种类繁多。RS232串口方式(zz)2009-11-17 14:46在串行
12、通信中，数据通常是在两个站（如终端和微机）之间进行传送，按照数据流的方向Intel Mobile Pentium III-M(Tualatin)可分成三种基本的传送方式：全双工、半双工、和单工。但单工目前已很少采用，下面仅介绍前两种方式。 1、全双工方式（full duplex）当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制，如图1 所示。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误
13、的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2 根数据线传送数据信号。 （可能还需要控制线和状态线，以及地线） 。图1比如，计算机主机用串行接口连接显示终端，而显示终端带有键盘。这样，一方面键盘上输入的字符送到主机内存；另一方面，主机内存的信息可以送到屏幕显示。通常，往键盘上打入1个字符以后，先不显示，计算机主机收到字符后，立即回送到终端，然后终端再把这个字符显示出来。这样，前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的，即工作于全双工方式。2、半双式方式（half duplex ）若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在
14、两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工制，如图2 所示。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。图2当计算机主机用串行接口连接显示终端时，在半双工方式中，输入过程和输出过程使用同一通路。有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作，这时，从键盘打入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来，而不是用回送的办法，所以避免了接收过程和发送过程同时进行的情况。目前多数终端和串行接口都为半双工方式提供了换向能力，也为全双工方式提供了两条独立的引脚。在实际
15、使用时，一般并不需要通信双方同时既发送又接收，像打印机这类的单向传送设备，半双工甚至单工就能胜任，也无需倒向。RS-232串口通信协议2009-11-26 08:46RS-232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个接脚 (DB-9) 或是25个接脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS-232-CRS-232-C 是美国电子工业协会 EIA（Electronic Industr
16、y Association）制定的一种串行物理接口标准。RS 是英文“推荐标准” 的缩写，232为标识号，C 表示修改次数。RS-232-C 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C 标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C 标准规定，驱动器允许有 2500pF 的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为15
17、m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是 RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m 以内的通信。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以 RS-232C 为主来讨论。RS-323C 标准是美国 EIA(电子工业联合会）与 BELL 等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与 RS-232C 制式兼容的通信设备
18、，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。在讨论 RS-232C 接口标准的内容之前，先说明两点：首先，RS-232-C 标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备 DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对 RS-232C 标准与计算机不兼容的地方就不
19、难理解了其次，RS-232C 标准中所提到的“发送”和“接收” ，都是站在 DTE立场上，而不是站在 DCE 的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是 CPU 和 I/O 设备之间传送信息，两者都是 DTE，因此双方都能发送和接收。一、RS-232-CRS-232C 标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C 标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（recommeded standard）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
20、电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有 RS-232-C、RS-422-A、RS-423A、RS-485。 这里只介绍RS-232-C（简称 232， RS232） 。 例如，目前在 IBM PC 机上的COM1、COM2接口，就是 RS-232C 接口。1.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(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)=+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，
21、负电压)=-3V-15V以上规定说明了 RS-323C 标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于 -3V，逻辑“0” （空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V 时，电路可以有效地检查出来，介于-3 +3V之间的电压无意义，低于-15V 或高于+15V 的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(3 15)V 之间。EIA-RS-232C 与 TTL 转换：EIA-RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻
22、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 EIA-RS-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 TTLEIA 双向电平转换。2、连接器的机械特性：连接器：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
23、义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。（1）DB-25： PC 和 XT 机采用 DB-25型连接器。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（含信号地 SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22 20mA 电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24） 空6个（9，10，11，18，21，25） 保护地（PE ） 1个，作为设备接地端（1脚）DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注意，20mA 电流环信号仅 IBM PC 和 IBM PC/XT 机提供，至 AT 机及以后，已不支持。（2）DB-9连接器在 AT 机及以后，
24、不支持20mA 电流环接口，使用 DB-9连接器，作为提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1和 COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接 DB-25型连接器的 DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆长度：在通信速率低于20kb/s 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
25、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。3、RS-232C 的接口信号RS-232C 规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是（1）联络控制信号线：数据装置准备好（Data set ready-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(Data set ready-DTR)有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通
26、信了，能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。请求发送(Request to send-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。允许发送（Clear to send-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。这对 RTS/CTS 请求应答联络信号是用于半双工 MODEM 系统中发送方式和接收方式之间的切
27、换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS 联络信号，使其变高。接收线信号检出(Received Line detection-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(Data Carrier dectection-DCD）线。振铃指示(Ringing-RI)当 MODEM 收到交换台送来的振铃呼
