串口通信原理解析

PLC各型主機均內建2個通信接口的標準配置，即一個RS232和一個RS485通信接口，其RS232接口主要用于上下載程序或用來與上位機、觸摸屏通信，而RS485接口主要用于組建使用RS485協(xié)議的網絡，實現(xiàn)通信控制。

1．RS232接口

RS232-C接口連接器一般使用型號為DB-9的9芯插頭座，只需3條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”即可傳輸數(shù)據(jù)，其9個引腳的定義如圖11-3所示。

圖11-3 RS232-C接口連接器定義

在RS232的規(guī)范中，電壓值在+3V~+15V（一般使用+6V）稱為“0”或“ON”。電壓在-3V~-15V（一般使用-6V）稱為“1”或“OFF”；計算機上的RS232“高電位”約為9V，而“低電位”則約為-9V。

RS232為全雙工工作模式，其信號的電壓是參考地線而得到的，可以同時進行數(shù)據(jù)的傳送和接收。在實際應用中采用RS232接口，信號的傳輸距離可以達到15m。不過RS232只具有單站功能，即一對一通信。

2．RS485接口

RS485采用正負兩根信號線作為傳輸線路。兩線間的電壓差為+2V~6V表示邏輯“1”：兩線間的電壓差為-2V~6V表示邏輯“0”。

RS485為半雙工工作模式，其信號由正負兩條線路信號準位相減而得，是差分輸入方式，抗共模干擾能力強，即抗噪聲干擾性好；實際應用中其傳輸距離可達1200米。RS485具有多站能力，即一對多的主從通信。

在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個站之間傳送，按照數(shù)據(jù)在通信線路上的傳送方向可分為3種基本的傳送方式：單工、半雙工和全雙工，如圖11-4所示。

圖11-4 單工、半雙工和全雙工通信

單工通信使用一根導線，信號的傳送方和接收方有明確的方向性。也就是說，通信只在一個方向上進行。

若使用同一根傳輸線既作為接收線路又作為發(fā)送線路，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳送，但通信雙方不能同時收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式稱為半雙工。采用半雙工方式時，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過收發(fā)開關分時轉接到通信線上，進行方向的切換。

當數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，分別由兩根不同的傳輸線傳送時，通信雙方都能在同一時刻進行發(fā)送和接收操作，這樣的傳送方式就是全雙工。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸。全雙工方式無須進行方向的切換。

串行通信可分為兩種類型，一種是同步通信，另一種是異步通信。采用同步通信時，將所有字符組成一個組，這樣，字符可以一個接一個地傳輸，但是，在每組信息的開始要加上同步字符，在沒有信息要傳輸時，填上空字符，因為同步傳輸不允許有空隙。采用異步通信時，兩個字符之間的傳輸間隔是任意的，所以，每個字符的前后都要用一些數(shù)據(jù)位來作為分隔位。比較起來，在傳輸率相同時，同步通信方式下的信息有效率要比異步方式高，因為同步方式的非數(shù)據(jù)信息比例比較小。但是，從另一方面看，同步方式要求進行信息傳輸?shù)碾p方必須用同一個時鐘進行協(xié)調，正是這個時鐘確定了同步串行傳輸過程中每一個信息位的位置。這樣一來，如果采用同步方式，那么，在傳輸數(shù)據(jù)的同時，還必須傳輸時鐘信號。而在異步方式下，接收方的時鐘頻率和發(fā)送方的時鐘頻率不必完全一樣，而只要比較相近，即不超過一定的允許范圍就行了。在數(shù)據(jù)傳輸中，較為廣泛采用的是異步通信，異步通信的標準數(shù)據(jù)格式如圖11-5所示。

圖11-5 異步通信數(shù)據(jù)格式

從圖11-5所列格式可以看出，異步通信的特點是一個字符一個字符地傳輸，并且每個字符的傳送總是以起始位開始，以停止位結束，字符之間沒有固定的時間間隔要求。每一次有一個起始位，緊接著是5~8個的數(shù)據(jù)位，再后為校驗位，可以是奇檢驗，也可以是偶校驗，也可不設置，最后是1比特，或1比特半，或2比特的停止位，停止位后面是不定長度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平，這樣就保證起始位開始處一定有一個下降沿，以此標識開始傳送數(shù)據(jù)。
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