通讯接口专题综述Word文档格式.doc
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典型的RS-232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5~+15V,负电平在-5~-15V电平。
当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。
接收器典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。
RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通信而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。
由于RS-232发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。
所以RS-232适合本地设备之间的通信。
有关电气参数参见表1。
2、RS-422串行总线接口
RS-422由RS-232发展而来。
为改进RS-232通信距离短、速度低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mbit/s,并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。
2.1平衡传输
RS-422的数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输。
它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,如图2。
通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2~6V,是另一个逻辑状态。
另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。
当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
接收器也作与发送端相应的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。
接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。
2.2RS-422电气特性
RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。
图3是典型的RS-422四线接口。
实际上还有一根信号地线,共5根线。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。
即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。
RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。
RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。
在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输电缆的最远端。
(RS-422有关电气参数见表1)
3、RS-485串行总线接口
为扩展应用范围,EIA在RS-422的基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,通常在要求通信距离为几十米至上千米时,广泛采用RS-485收发器。
RS-485收发器采用平衡发送和差分接收,即在发送端,驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;
在接收端,接收器将差分信号变成TTL电平,因此具有抑制共模干扰的能力,加上接收器具有高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,故数据传输可达千米以外。
RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。
而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达32个设备,SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400个节点。
RS-485与RS-422的共模输出电压是不同的。
RS-485共模输出电压在-7V至+12V之间,RS-422在-7V至+7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12KΩ;
RS-422是4kΩ;
RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。
但RS-422的驱动器并不完全适用于RS-485网络。
RS-485与RS-422一样,最大传输速率为10Mb/s。
当波特率为1200bps时,最大传输距离理论上可达15千米。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。
RS-485需要2个终接电阻,接在传输总线的两端,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。
在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻(RS-485有关电气参数见表1)。
表1RS-232/422/485接口电路特性比较
规定
RS-232
RS-422
RS-485
工作方式
单端
差分
节点数
1收、1发
1发10收
1发32收
最大传输电缆长度
50英尺
400英尺
最大传输速率
20Kb/S
10Mb/s
10Mb/s
最大驱动输出电压
+/-25V
-0.25V~+6V
-7V~+12V
驱动器输出信号电平(负载最小值)
负载
+/-5V~+/-15V
+/-2.0V
+/-1.5V
驱动器输出信号电平(空载最大值)
空载
+/-25V
+/-6V
驱动器负载阻抗(Ω)
3K~7K
100
54
摆率(最大值)
30V/μs
N/A
N/A
接收器输入电压范围
+/-15V
-10V~+10V
接收器输入门限
+/-3V
+/-200mV
接收器输入电阻(Ω)
4K(最小)
≥12K
驱动器共模电压
-3V~+3V
-1V~+3V
接收器共模电压
-7V~+7V
二、通用串行总线接口——USB
USB,全称是UniversalSerialBus(通用串行总线),它是在1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的,但是直到1999年,USB才真正被广泛应用。
自从1994年11月11日发表了USBV0.7以后,USB接口经历了六年的发展,现在USB已经发展到了2.0版本。
1、USB总线特点
1)数据传输速率高。
USB标准接口传输速率为12Mbps,最新的USB2.0支持最高速率达480Mbps。
同串行端口比,USB大约快1000倍;
同并行端口比,USB端口大约快50%。
2)数据传输可靠。
USB总线控制协议要求在数据发送时含有3个描叙数据类型、发送方向和终止标志、USB设备地址的数据包。
USB设备在发送数据时支持数据侦错和纠错功能,增强了数据传输的可靠性。
3)同时挂接多个USB设备。
USB可通过菊花链的形式同时挂接多个USB设备,理论上可达127个。
4)USB接口能为设备供电。
USB线缆中包含有两根电源线及两根数据线。
耗电比较少的设备可以通过USB口直接取电。
可通过USB口取电的设备又分低电量模式和高电量模式,前者最大可提供100毫安的电流,而后者则是500毫安。
5)支持热插拔。
在开机情况下,可以安全地连接或断开设备,达到真正的即插即用。
USB还具有一些新的特性,如:
实时性(可以实现和一个设备之间有效的实时通信)、动态性(可以实现接口间的动态切换)、联合性(不同的而又有相近的特性的接口可以联合起来)、多能性(各个不同的接口可以使用不同的供电模式)。
2、USB接口的结构与典型应用
USB接口引脚定义如图4所示。
USB接口数据传输距离不大于5米。
其典型应用如下图5所示。
USB总线上数据传输方式有控制传输、同步传输、中断传输、块数据传输。
在图5所示系统中,USBHOST根据外部USB设备速度及使用特点采取不同的数据传输特点。
如通过控制传输更改键盘、鼠标属性,通过中断传输要求键盘、鼠标输入数据;
通过控制传输改变显示器属性,通过块数据传输将要显示的数据送给显示器。
目前USB接口主要应用于计算机周边外部设备,可以以USB接口与计算机相联结的外设有电话、Modem、键盘、光驱、摇杆、磁带机、软驱、扫描仪、打印机等。
三、MODEM芯片及其它
从通信距离来讲,RS-485在波特率为1200bps的条件下,最远传输距离可达15km,但更远的距离则需借助专门的MODEM芯片利用电话线或电力线进行远程数据传输。
1、MODEM通信原理
电话线或电力线传输的是模拟信号,微处理器处理的是数字信号,MODEM芯片实现数字信号到模拟信号及模拟信号到数字信号的转换。
利用MODEM芯处通过电话线进行远程通信的原理如图6所示。
来自发送端的数字信号被Modem转换成模拟音频信号,利用公共电话网传输到接受端的Modem上。
在接收端接收到的模拟音频信号被Modem转换为相应的数字信号,传输到接收数据终端。
2、MODEM通信系统操作模式
MODEM通信系统主要分为两种操作模式,一个叫全双工系统模式,另一个叫半双工系统模式。
两种模式可以通过电话线进行传输。
A)四根导线全双工通信方式(两根电话线)
应用方法是采用两根专用的电话线,一根电话线用于发送,另一根电话线用于接收,发送的同时可以接送。
B)两根导线半双工通信方式(一根电话线)
应用方法是采用一根专用的电话线,任何时刻只有一个方向在工作。
当一端处在发送状态时,另一端必须处在接受状态。
这样就限制了它在某些领域的应用。
C)两根导线全双工通信方式(一根电话线)
发送和接收在同一根专用电话线同时进行传输,该方法与上述半双工相比更经济。
在基于电话线的远程通信系统中,上位机一般都具有拔号功能,下位机
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