串口基本知识

概述:
  • RS232适用于短距离通信,RS485适用于长距离的多点通信,而RS422适用于中长距离的高速通信。选择适合的串口标准应根据具体应用场景的需求来进行。

RS232的优缺点

  • RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3 ~ 7kQ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

缺点:

  1. 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
  2. 传输速率较低,在异步传输时,波特率为100kbps左右
  3. 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。
  4. 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50米左右缺点:数据传输速度慢、通讯距离短、未规定校准的连接器、接口处各信号间易产生串扰

通讯距离: 9600波特率下建议在13米以内。波特率越大,传输速度越快,传输距离越短,抗干扰能力越差。

RS485
  • RS485是一种多点通信的串口标准,适用于连接多个设备的长距离通信。RS485使用一对数据线(D+和D-)进行差分传输,可以实现最长达1200米的通信距离。RS485可以实现半双工或全双工通信,支持最高传输速率为10 Mbps,电压电平范围为-7V至+12V。RS485常用于工业自动化领域,如监控系统、电力系统等。
RS422
  • RS422也是一种多点通信的串口标准,类似于RS485,但通信距离较短。RS422使用两对差分数据线(发送线和接收线)进行差分传输,可以实现最长达1200米的通信距离。RS422支持全双工通信,传输速率可达10 Mbps,电压电平范围为-7V至+7V。RS422常用于连接需要高速、长距离传输的设备,如高速打印机、数据采集设备等。
  • RS422和RS485类似,区别在于他的总线是两组双绞线(4根线),分别标示为R+ R- T+ T- 。缺点是布线成本高,容易搞错。
平衡传输

RS-422、RS-485与RS-232不一样,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。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,而在RS-422中这是可用可不用的。"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,发送驱动器处于高位状态,称作"第三态”,即它是有别于逻辑"1"与"0”的第三态。

接线定义和电气特性

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TTL波形分析
  1. 串行数据的格式
    异步串行数据的一般格式是:起始位+数据位+停止位(无校验),其中起始位1 位,数据位可以是5、6、7、8位,停止位可以是1、1.5、2位。
    通常我们将串口通信的格式设置为1起始位,1停止位,8数据位。
    这样传输1byte数据是10bit。
带宽
  • 带宽,又叫频宽,是数据的传输能力,指单位时间内能够传输的比特数。
  • 数字设备中带宽用bps(b/s)表示,即每秒最高可以传输的位数。
  • 模拟设备中带宽用Hz表示,即每秒传送的信号周期数。
  • 通常描述带宽时省略单位,如10M实质是10M b/s。
  • 带宽计算公式为:带宽=时钟频率*总线位数/8。、
波特率
  • 波特率,又称调制速率、传符号率(符号又称单位码元),指单位时间内载波参数变化的次数,可以以波形每秒的振荡数来衡量,是信号传输速率的度量。单位为“波特每秒(Bps)
计算每个电平的宽度

宽度 = 1 / 波特率(例如 1/460800 ≈ 2.17e-6 s)

  • 在示波器上是从起始位开始的(一个下拉的电平),以停止位结束(一个上拉的电平):
  • 0x55aa(0101 0101 1010 1010),当采用8位数据位、1位停止位传输时,它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。 (先传第一个字节55,再传第二个字节aa,每个字节都是从低位向高位逐位传输)
  • 线路路空闲或者数据传输结束,对于正逻辑的TTL电平,线路总是1。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。

例如,0x55aa,当采用8位数据位、1位停止位传输时,它在信号线上的波形如图(TTL电平)和(RS-232电平)所示。 (先传第一个字节55,再传第二个字节aa,每个字节都是从低位向高位逐位传输)
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