多型串口的特性分析與演示

葛春 火箭軍士官學校

多型串口的特性分析與演示

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本文針對多型串口教學內容的重難點，首先分別從機械外部特性、通信協議特性和通信電氣特性三個方面進行了分析與比較，然后利用串口終端機、虛擬應用機以及串口轉接器等設備完成了多型串口特性的演示。

多型串口 特性分析 特性演示

引言

多型串口（RS-232、RS-422、RS-485）作為自動化控制、電氣控制等多個專業都會學習到的教學內容，其特性分析和比較是教學的重點也是難點，本文旨在對比分析這三種常用數字串口的特性后，力求設計一種串口特性演示系統，以降低學生學習此重難點知識的難度。

一、多型串口的特性分析

（一）多型串口的機械外部特性

RS-232串口最初采用25針D型接口，分別對發送數據、接收數據、請求發送、清除發送、數據終端就緒等接口信號線做出了規定，利用調制解調器和普通電話線就可以完成數據終端設備DTE與數字通信設備DEC之間的通信。后來簡化成9針D型接口，更方便應用于計算機與數字終端的通信，其中最核心的三針引腳分別為2針接收數據、3針發送數據和5針接地。而在實際工程應用中，由于為了方便接線、多型串口合并在一個硬件對外接口、通信電纜結構等多種原因，還會出現接線端子、37針D型接口、44針D型接口、圓形3針接口等多種機械外部結構。RS-422、RS-485串口在工程應用中也和RS-232串口一樣，具有機械外部結構的多樣性。

（二）多型串口的通信協議特性

RS-232串口最常用的微機通信數據格式由一個起始位、五到八位的數據位、奇偶校驗位、停止位組成，一般利用一位二進制的“0”表示起始位，一位二進制的“1”表示停止位，奇偶校驗位用來進行數據傳輸準確性的校驗。當然這只是最常用的數據格式，由于電子工業協會對多型串口標準的協議沒有做出明確規定，所以在工程應用中，會根據不同應用需求、應用特點，用戶可以建立自己的高層協議。RS-422、RS-485串口在工程應用中也和RS-232串口一樣，比如RS-422串口在反坦克導彈中的應用，為了滿足彈上設備數字通信的可靠性、實時性，采用了兩個字節信息頭、一個字節幀內字節數、幾個字節幀內信息、兩個字節信息尾、一個字節校驗和的數據幀結構[1]。RS-485串口采用常用的ModBus協議和國內大多數地區采用的多功能電能表DL/T645-1997協議[2][3]等。

（三）多型串口的通信電氣特性

通信電氣特性是RS-232、RS-422和RS-485三種串口標準的根本區別所在。RS-232串口采用負邏輯電平，規定DC（-3V～-15V）為邏輯“1”，DC（+3V～+15V）為邏輯“0”，由于電壓范圍較大，易損壞接口電路，且不與TTL電平兼容，另外因為采用收發信號相對于信號地的通信模式，易產生共模干擾，導致工程應用中理想通信距離較短，通信速率較低。電子工業協會針對這種不足，提出了“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，采用了差分電壓信號傳輸體制的RS-422串口，規定電壓差+2V～+6V表示邏輯“1”，-6V～-2V表示邏輯“0”，雖然增加了通信距離，提高了通信速率，但共模范圍為-7V～+7V，只能完成一發多收的單向傳輸，為提高共模范圍，實現多個發送器連接在同一條總線上，電子工業協會提出了RS-485串口，將共模范圍提高到了-7V～+12V,同一條總線上允許連接多達128個收發器[4]。

二、多型串口的特性演示

特性演示硬件組成包括串口通信終端1、串口通信終端2、虛擬儀器應用機、RS-232/422/485串口通信轉接器等組成。串口通信終端1、2通過RS-232串口分別與RS-232/422/485串口通信轉接器連接；兩個轉接器通過接線端子和信號線，由操作者選擇完成RS-422或RS-485串口連接；串口轉接器，兼容RS-232、RS-422、RS-485標準，能夠將單端的RS-232信號轉換為平衡差分的RS-422或RS-485信號。

為更好的展示三種串口的機械外部特性，系統運用通信板卡、轉接器、Y2航空插頭、焊接電纜等方法，分別針對這三種串口設計多種外形結構，如9針D型插頭座、37針D型插頭座、44針D型插頭座、接線端子、Y2航空插頭座等形式，實現多型串口機械外部多樣特性的演示。

為更好的展示三種串口的通信協議特性，系統將串口通信終端機1、2軟件設計成類似于“串口大師”的功能，實現串口波特率、數據幀格式的設置，以及數據的發送、接收等功能。學生可以通過不同數據位、停止位、波特率等的設置，觀察到數據接收正確或者出現亂碼的情況，加深對通信協議的認知。

為更好的展示三種串口的通信電氣特性，系統利用中泰公司的PC-6325A板卡，通過總線插槽插入虛擬儀器應用機的母板，并將其模擬量輸入接口的CH1+和CH1-分別連接到弘宇RS-232串口接線端子的差分通信端子，采集通信電壓值，然后在軟件界面上通過虛擬儀器界面直觀顯示串口通信的電壓波形和電壓大小，從而演示并對比三種串口不同的電氣特性。

[1]鄭紅星，曹曉緋.RS422在反坦克導彈中的應用研究[J].彈箭與制導學報，2008（4）：33-35.

[2]鄧志君，梁松峰.基于RS485接口ModBus協議的PLC與多機通訊[J].微計算機信息，2010（3）：107-108.

[3]袁立遙，陳健華.多功能電能表RS-485接口的通信故障及解決方法[J].通訊世界，2013（5）：94-95.

[4]何永輝，李凱.基于RS-485串口通信的軟件測試方法研究[J].指揮信息系統與技術，2010（12）：27-29.

葛春（1984.2-），男，單位：火箭軍士官學校。