RS232RS485接口--华中科技大学

现代工业网络机械学院机电系2020年1月10日2本讲主要内容串行通信EIA-232-D标准EIA-RS485标准USBIEEE1394及其他标准2020年1月10日3串行通信串行通信帧结构-起始停止位连接握手双方确认建立连接，硬件、软件握手确认确认报文中断IRQ3IRQ4轮询差错检验冗余校验、CRC奇偶校验2020年1月10日4传统外围设备所用的系统资源图I/O地址空间应用程序或者操作系统游戏端口（游戏杆）并行端口（打印机）串口（绘图仪）串口2（调制解调器）键盘（鼠标）声卡Slave8259A可编程中断控制器Master8259A可编程中断控制器IRQ8IRQ9(IRQ2)IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14IRQ15IRQ0IRQ1IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7CPU中断传统外围设备所用的系统资源示意图2020年1月10日5EIARS-232-CEIARS-232-C接口机械特性接口电气特性数据线传号Mark=-5V~-15V逻辑1电平空号Space=+5V~+15V逻辑0电平控制线通On=+5V~+15V逻辑0电平断Off=-5V~-15V逻辑1电平版本第三版标准号RECOMMENDEDSTANDARD美国电子工业协会2020年1月10日6EIARS-232-C续接口电气特性TTL-RS232转换SN75188驱动器SN75189接收器MAX233U18098U274LS373U32864GNDU4IDT71343231302928272625347813141718256912151619121113191516171810987654311106111789131217181923221620212232524212324ALE2221201918172314154272215202612433314213201511518419138141217161069GND7Vcc2178109345643424147403536HSI0AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11A12A13A14A15WRRDD2D3D4D5D6D7D1D0Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q1Q0D2D3D4D5D6D7D1D0A2A3A4A5A6A7A1A0A8A9A10A11A12D2LD3LD4LD5LD6LD7LD1LD0LD2RD3RD4RD5RD6RD7RD1RD0RA2LA3LA4LA5LA6LA7LA1LA0LA2RA3RA4RA5RA6RA7RA1RA0RA10LA11LA9LA8LA10RA11RA9RA8RCELR/WLOELR/WROERCERCS2CS1OEWEHSI1HSI2HSI3ACH5ACH4ACH6ACH7XTAL1EXTINTTXDXTAL2RXDHSO0HSO1HSO2HSO348RESETT1OT2OT1IT2IR2OR1OR1IR2IC2+C2+C2-C2-C1+C1-V-V-TXDRXDX112MC430PC530PGNDXTAL2XTAL1XTAL1XTAL2VccGNDR333KD1KBC610UVREFEAVssVccVPDPWMVss3944113713ANGNDGND454638C31UGNDVccVREFGNDC10.01UC20.1UU6MAX233U5:AU5:BPWMGNDPWMD2R4321R110KR21KU7LM336V+GNDVREF+12VGND5VD3R52020年1月10日7EIARS-232-C续1接口功能特性2020年1月10日8EIARS-232-C续2规程特性DTE数据终端设备DCE数据通信设备1)建立物理连接主机A20P→DTRModemAModemA6P→DSR主机A2)数据传输主机A4P→RTSModemAModemA5P→CTS主机A主机A2P→TxDModemAModemA调制→ModemBModemB解调3P→RxD主机B3)物理连接释放主机A释放DTR→ModemA2020年1月10日9EIARS-232-C续3DB-9连接器2020年1月10日10EIARS-232-C续4端口直接连接1)通信过程无需握手3根连接线2)通信过程全握手传输最大距离：15m数据最大传输速率：19.2Kbps2020年1月10日11RS485RS485产生：工业应用通信节点多，位置分散，通信距离远，要求用最少的连线完成通信。技术参数平衡差分电路：一根导线的电压是另一根导线的电压值取反优点：抑制噪声；不受节点间接地电平差异的影响没有规定连接器、信号功能和引脚分配2020年1月10日12RS485内部电路逻辑高电平Q1,Q4开Q2,Q3关线A电压Q6开电流经Q6和接地线返回驱动器线B低电压Q7开电流经Q7流入Q4,通过接地线流回接收器线A电压高于线B逻辑0Q2,Q3,Q5,Q8打开，其他关闭，导线中的电流沿相反方向流动VA低于VB是逻辑1VA高于VB是逻辑02020年1月10日13RS485端口半双工连接2020年1月10日14RS485端口全双工连接2020年1月10日15RS232→RS485端口转换电平转换RTS请求发送当RTS为低电平,DE高电平,RS232向RS485端口发数据当RTS为高电平,DE低电平,RS232通过RS485端口接收数据2020年1月10日16RS485网络连接RS485物理层接口规范IEEE-1118通用主从协议，PROFIBUS,美国加热制冷和空调工程师协会BACnet,汽车工程师协会SAEJ1708一个网段最多32个单位负载2020年1月10日17RS485网络连接续添加地线：需要通过接地线形成电流回路信号地与接地线间串接一个100欧/0.5W电阻2020年1月10日18RS485网络连接续12020年1月10日19RS485主从协议特点：采用EIA-485接口，支持多点通信连接，最多32个节点；采用主从式访问技术，主节点对从节点依次逐一轮询，单主网；报文结构简单、可靠。报文长度可变，配置灵活；通信速率多种，9600,19.2K,38.4K,93.75K,187.5Kbps；从节点间不能直接通信。MODBUS,MODBUSPLUS起始标志1B报文长度1B地址域1B数据域1-256B校验1B通用串行协议的报文结构2020年1月10日20通用串行总线USB本主题介绍以下内容USB的由来USB的基本特点USB的体系结构概述USB的今后发展USB设备使用知识2020年1月10日21USB的由来USB（UniversalSerialBus）是由Compaq、HP、Intel、Lucent（朗讯）、Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准接口总线。该总线是一种连接外围设备的机外总线，最多可连接127个设备，为微机系统扩充和配置外部设备提供了方便。USB规范有多种版本，最早的版本是1994年11月推出的USB0.7版。1996年1月推出了标准版本USBl.0，目标是为中低速的外围设备提供双向、低成本的总线，数据传输率最高为12Mb/s。2020年1月10日22USB新规范—USB2.0随着微机系统及其外设性能和功能的增强，需处理的数据量越来越大，2000年4月又推出了新的USB规范—USB2.0。在新版本中，增加了一种480Mb/s的数据传输率，以满足日益复杂的高级外设与PC机之间的高性能连接需求。USB2.0是USB的自然升级，它在保留原有USB规范的基础上又提供了更高的带宽，并且与现有的外设保持完全兼容。2020年1月10日23PC机的主要外设总线回顾串行总线RS232（1969年，EIA颁布）IEEE1394（1995年，IEEE颁布）USB（1994年，七家公司联合推出）并行总线STD（8位，Pro-Log公司1978年推出）ISA（16位，IBM公司1984年推出）EISA（16位，Compaq等公司1989年推出）PCI（32位，1992年Intel倡导下推出1.0版）2020年1月10日24USB基本概念（1）近年来USB技术已经成为了计算机领域发展最快的技术之一，并为越来越多的个人计算机界人士所接受。Windows98的问世，使USB的操作系统支持问题得到了解决。从此各种USB设备不断涌现。可以认为在Windows98操作系统推动下，带来了USB技术的飞速发展和普及。现在，不管买什么样的个人电脑，你都能找到USB端口。USB技术并不仅限于PC行业，现在每一个计算机硬件的生产商都在尝试在他自己的平台上应用USB技术。2020年1月10日25USB基本概念（2）我们通常所用的鼠标和调制解调器都是连接在串口上的。但USB并不完全是一个串口，它实际上是一种串行总线。这意味着你的机箱后盖上的USB端口可以连接许多设备，这些设备可以相互连接在一起。而且不同类型的设备组成可以通过一种称为USB集线器的硬件分离开来，这些都是与传统的串口上只能链接一个设备有着本质区别的。USB用来把串口、并口等不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式(星型结构)可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。2020年1月10日26USB基本概念（3）今后USB将取代当前PC上的串口和并口。当我们提到USB时，与其将它想象成一个串口，还不如将它想象成一个连接有不同设备的网络，就像我们所熟悉的以太网一样。给出了一个典型的USB设备网络配置的示意图。2020年1月10日27典型的USB配置图2020年1月10日28USB的基本特点与传统的总线接口相比，USB有以下七方面的优点。下面分别介绍。2020年1月10日29USB总线的主要性能特点（1）每个USB系统中有一个主机，采用“级联”方式USB总线可连接多个外部设备。每个USB设备用一个USB插头连接到上一个USB设备的USB插座上，而其本身又提供一或多个USB插座供下一个或多个USB设备连接使用。这种多重连接是通过集线器Hub来实现的，整个USB网络中最多可连接127个设备，支持多个设备同时操作。2020年1月10日30USB总线的主要性能特点（2）USB提供机箱外的热即插即用功能，连接外设不必再打开机箱，也不必关闭主机电源，USB可智能地识别USB链上外围设备的动态插入或拆除，具有自动配置和重新配置外设的能力，因此连接设备方便。2020年1月10日31USB总线的主要性能特点（3）适用于带宽范围在几千位/秒（Kb/s）—几百兆位/秒（Mb/s）的设备。USB总线既可连接键盘、鼠标、摄像头、游戏设备、虚拟现实外设这样的低速设备，也可连接电话、声频、麦克风、压缩视频这样的全速设备，还可连接视频、存储器、图像这样的高速设备。此外，USB总线还允许复合设备（即具有多种功能的外设）连接到PC机。2020年1月10日32USB总线的主要性能特点（4）低成本的电缆和连接器。USB通过一根四芯的电缆传送信号和电源，电缆长度可变，可长达5m。USB统一的4针插头将取代机箱后部众多的串行口、并行口、键盘接口等插头。USB具有错误检测和处理机制，可识别设备的错误。较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异步传输类型。2020年1月10日33过去接口方案存在缺点今天的微型计算机上所使用的大多数外围设备仍然是基于接口实现的，这些接口最早由IBM公司在20世纪80年代早期设计。这些接口的设计有很多缺陷，它们不仅给设计者带来了许多麻烦，而且也给用户带来诸多不便。下面我们将对这些缺点进行总结和回顾。在这个过程中我们将会注意到：这些缺点中的很多直接导致了人们需要更好的解决方案来实现外围设备与计算机之间的连接。2020年1月10日34PC的I/O模式的缺点下图表示了传统的I/O模式，在那里外围设备通常被映射为CPU的I/O地址空间，并且被分配一个指定的IRQ