1，什么是串口?

串口是計算機上一種非常通用設備通信的協議(不要與通用串行總線Universal Serial Bus或者USB混淆)。大多數計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議;很多GPIB兼容的設備也帶有RS- 232口。同時，串口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。

串口通信的概念非常簡單，串口按位(bit)發送和接收字節。盡管比按字節(byte)的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態時，規定設備線總常不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米;而對于串口而言，長度可達1200米。

典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：(1)地線，(2)發送，(3)接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配：

a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如300波特表示每秒鐘發送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數據線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為 14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是 GPIB設備的通信。

b，數據位：這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127(7位)。擴展的ASCII碼是0～255(8位)。如果數據使用簡單的文本(標準 ASCII碼)，那么每個數據包使用7位數據。每個包是指一個字節，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。由于實際數據位取決于通信協議的選取，術語 “包”指任何通信的情況。

c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數據傳輸率同時也越慢。

d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位(數據位后面的一位)，用一個值確保傳輸的數據有偶個或者奇個邏輯高位。例如，如果數據是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數據，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數據是否不同步。

2，什么是RS-232?

RS-232 (ANSI/EIA-232標準)是IBM-PC及其兼容機上的串行連接標準。可用于許多用途，比如連接鼠標、打印機或者Modem，同時也可以接工業儀器儀表。用于驅動和連線的改進，實際應用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232只限于PC串口和設備間點對點的通信。RS- 232串口通信最遠距離是50英尺。

DB-9針連接頭

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1 2 3 4 5 /

6 7 8 9 /

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從計算機連出的線的截面。

RS-232針腳的功能：

數據：

TXD(pin 3)：串口數據輸出

RXD(pin 2)：串口數據輸入

握手：

RTS(pin 7)：發送數據請求

CTS(pin 8)：清除發送

DSR(pin 6)：數據發送就緒

DCD(pin 1)：數據載波檢測

DTR(pin 4)：數據終端就緒

地線：

GND(pin 5)：地線

其他

RI(pin 9)：鈴聲指示

3，什么是RS-422?

RS -422(EIA RS-422-A Standard)是Apple的Macintosh計算機的串口連接標準。RS-422使用差分信號，RS-232使用非平衡參考地的信號。差分傳輸使用兩根線發送和接收信號，對比RS-232，它能更好的抗噪聲和有更遠的傳輸距離。在工業環境中更好的抗噪性和更遠的傳輸距離是一個很大的優點。

4，什么是RS-485?

RS -485(EIA-485標準)是RS-422的改進，因為它增加了設備的個數，從10個增加到32個，同時定義了在最大設備個數情況下的電氣特性，以保證足夠的信號電壓。有了多個設備的能力，你可以使用一個單個RS-422口建立設備網絡。出色抗噪和多設備能力，在工業應用中建立連向PC機的分布式設備網絡、其他數據收集控制器、HMI或者其他操作時，串行連接會選擇RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設備可以被 RS-485控制。RS-485可以用超過4000英尺的線進行串行通行。

DB-9 引腳連接

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1 2 3 4 5 /

6 7 8 9 /

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從計算機連出的線的截面。

RS-485和RS-422的引腳的功能

數據：TXD+(pin 8)，TXD-(pin 9)，RXD+(pin 4)，RXD-(pin 5)

握手：RTS+(pin 3)，RTS-(pin 7)，CTS+(pin 2)，CTS-(pin 6)

地線：GND (pin 1)

5，什么是握手?

RS -232通行方式允許簡單連接三線：Tx、Rx和地線。但是對于數據傳輸，雙方必須對數據定時采用使用相同的波特率。盡管這種方法對于大多數應用已經足夠，但是對于接收方過載的情況這種使用受到限制。這時需要串口的握手功能。在這一部分，我們討論三種最常用的RS-232握手形式：軟件握手、硬件握手和 Xmodem。

a，軟件握手：我們討論的第一種握手是軟件握手。通常用在實際數據是控制字符的情況，類似于GPIB使用命令字符串的方式。必須的線仍然是三根：Tx， Rx和地線，因為控制字符在傳輸線上和普通字符沒有區別，函數SetXModem允許用戶使能或者禁止用戶使用兩個控制字符XON和OXFF。這些字符在通信中由接收方發送，使發送方暫停。

例如：假設發送方以高波特率發送數據。在傳輸中，接收方發現由于CPU忙于其他工作，輸入buffer已經滿了。為了暫時停止傳輸，接收方發送XOFF，典型的值是十進制19，即十六進制13，直到輸入buffer空了。一旦接收方準備好接收，它發送XON，典型的值是十進制17，即十六進制11，繼續通信。輸入buffer半滿時，LabWindows發送XOFF。此外，如果XOFF傳輸被打斷，LabWindows會在buffer達到75%和 90%時發送XOFF。顯然，發送方必須遵循此守則以保證傳輸繼續。

b，硬件握手：第二種是使用硬件線握手。和Tx和Rx線一樣，RTS/CTS和DTR/DSR一起工作，一個作為輸出，另一個作為輸入。第一組線是RTS (Request to Send)和CTS(Clear to Send)。當接收方準備好接收數據，它置高RTS線表示它準備好了，如果發送方也就緒，它置高CTS，表示它即將發送數據。另一組線是DTR(Data Terminal Ready)和DSR(Data Set Ready)。這些現主要用于Modem通信。使得串口和Modem通信他們的狀態。例如：當Modem已經準備好接收來自PC的數據，它置高DTR線，表示和電話線的連接已經建立。讀取DSR線置高，PC機開始發送數據。一個簡單的規則是DTR/DSR用于表示系統通信就緒，而RTS/CTS用于單個數據包的傳輸。

在LabWindows，函數SetCTSMode使能或者禁止使用硬件握手。如果CTS模式使能，LabWindows使用如下規則：當PC發送數據：RS-232庫必須檢測CTS線高后才能發送數據。

當PC接收數據：

如果端口打開，且輸入隊列有空接收數據，庫函數置高RTS和DTR。

如果輸入隊列90%滿，庫函數置低RTS，但使DTR維持高電平。

如果端口隊列近乎空了，哭喊數置高RTS，但使DRT維持高電平。

如果端口關閉，庫函數置低RTS和DTR。

c，XModem握手：最后討論的握手叫做XModem文件傳輸協議。這個協議在Modem通信中非常通用。盡管它通常使用在Modem通信中， XModem協議能夠直接在其他遵循這個協議的設備通信中使用。在LabWindows中，實際的XModem應用對用戶隱藏了。只要PC和其他設備使用 XModem協議，在文件傳輸中就使用LabWindows的XModem函數。函數是XModemConfig，XModemSend和 XModemReceive。

XModem使用介于如下參數的協議：start_of_data、end_of_data、neg_ack、wait_delay、 start_delay、max_tries、packet_size。這些參數需要通信雙方認定，標準的XModem有一個標準的定義：然而，可以通過 XModemConfig函數修改，以滿足具體需要。這些參數的使用方法由接收方發送的字符neg_ack確定。這通知發送方其準備接收數據。它開始嘗試發送，有一個超時參數start_delay;當超時的嘗試超過max_ties次數，或者收到接收方發送的start_of_data，發送方停止嘗試。如果從發送方收到start_of_data，接收方將讀取后繼信息數據包。包中含有包的數目、包數目的補碼作為錯誤校驗、packet_size字節大小的實際數據包，和進一步錯誤檢查的求和校驗值。在讀取數據后，接收方會調用wait_delay，然后想發送方發送響應。如果發送方沒有收到響應，它會重新發送數據包，直到收到響應或者超過重發次數的最大值max_tries。如果一直沒有收到響應，發送方通知用戶傳輸數據失敗。

由于數據必須以pack_size個字節按包發送，當最后一個數據包發送時，如果數據不夠放滿一個數據包，后面會填充ASCII碼NULL(0)字節。這導致接收的數據比原數據多。在XModem情況下一定不要使用XON/XOFF，因為XModem發送方發出包的數目很可能增加到XON/OFF控制字符的值，從而導致通信故障。

RS485 半雙工接法為：RX+ 和TX+ 并聯為Data+;RX- 和TX- 并聯為Data-。RS485 全雙工/RS422 接法為：FULL 和GND 短接;信號線為RX+，TX+，RX-，TX-，可根據需要連接GND。

一、什么是RS-232-C接口?采用RS-232-C接口有何特點?傳輸電纜長度如何考慮?

答：計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口(又稱 EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間 串行二進制數據交換接口技術標準”該標準規定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信 號的電平加以規定。

(1)接口的信號內容 實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號內容見附表1所示

(2)接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏 輯“1”，-5— -15V;邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號 作為邏輯“1” 附表1

(3)接口的物理結構 RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發送數據”、“接收數據”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。

(4)傳輸電纜長度 由RS-232C標準規定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規定允許碼元畸變為10%而得出附表2 的實驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜，型號為DECP.NO.9107723 內有三對雙絞線，每對由22# AWG 組成，其外覆以屏蔽網。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。型號為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯電纜。附表2 DEC 公司的實驗結果

二、什么是RS-485接口?它比RS-232-C接口相比有何特點?

答：由于RS-232-C接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：

1、接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。

2、傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。

3、接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

4、傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能 用在50米左右。

針對RS-232-C的不足，于是就不斷出現了一些新的接口標準，RS-485就是其中之一，它具有以下特點：

1、RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2—6) V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2—6)V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。

2、RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps

3、RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。

4、RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網絡。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9(孔)，與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9(針)。

三、采用RS485接口時，傳輸電纜的長度如何考慮?

答：在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個 長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。下圖所示的最大電纜長度與信號速率的關系曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜(線 徑為0。51mm)，線間旁路電容為52。5PF/M，終端負載電阻為100歐 時所得出。(曲線引自GB11014-89附錄A)。由圖中可知，當數據信 號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時， 則電纜長度被限制在1200M。實際上，圖中的曲線是很保守的，在實 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例 如：當數據信號速率為600Kbit/S時，采用24AWG電纜，由圖可知最 大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜(線徑為0。91mm)則電纜長 度將可以大于200m;若采用28AWG 電纜(線徑為0。32mm)則電纜 長度只能小于200m。

串口控制

通常我們對于視頻服務器、錄像機、切換臺等直接播出、切換控制主要使用串口進行，主要使用到RS-232、RS-422與RS-485三種接口控制。下面就串口的接口標準以及使用和外部插件和電纜進行探討。

RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。例如：視頻服務器都帶有多個RS422串行通訊接口，每個接口均可通過RS422通訊線由外部計算機控制實現記錄與播放。視頻服務器除提供各種控制硬件接口外，還提供協議接口，如RS422接口除支持RS422的Profile協議外，還支持 Louth、Odetics 、BVW等通過RS422控制的協議。

RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，都是由電子工業協會(EIA)制訂并發布的，RS-232在1962年發布。RS-422由RS-232發展而來，為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺(速率低于100Kbps時)，并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。

1. S-232串行接口標準

目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。收、發端的數據信號是相對于信號地。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在+5~+15V，負電平在-5~-15V電平。當無數據傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數據到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。由于發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20Kbps。RS-232是為點對點(即只用一對收、發設備)通訊而設計的，其驅動器負載為3kΩ~7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。

2. RS-422與RS-485串行接口標準

(1)平衡傳輸

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，發送驅動器A、B之間的正電平在+2~+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-2V~6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作“第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。

(2)RS-422電氣規定

由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備(Master)，其余為從設備(Salve)，從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1219米)，最大傳輸速率為10Mbps。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。

(3)RS-485電氣規定

由于RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間;RS-485滿足所有RS-422的規范，所以RS-485的驅動器可以用在RS-422網絡中應用。RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。

審核編輯：湯梓紅