串行通讯的一些认识

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所属分类:现场总线

1、串行通讯只有一个传输通道,每个时刻只能表达一种状态。不管什么介质,不管是什么信号,我们用1表示一种状态,用0表示另一种状态。
2、只用1和0两种状态,是不能表达更多信息的。好在有一个物理量,对每个系统来讲是统一的,那就是时间。我们现在很容易做到不同系统之间的定时误差控制在PPM数量级。1和0在时间上进行有序的组合,就可表达近乎无限的信息。
3、任何一个信号,如果不赋给它一些特点的意义,实际上没什么用。两个系统要通过信号交换信息,必须对信号有一个共同的约定,这就是我们通常所说的协议。
4、最基本的协议是物理层面的(那个OSI的七层协议模型,第一层就是物理层协议)。RS232、RS485、RS422,这些是物理层面的一些协议。
5、我们现在要谈的是异步串行通讯。异步,发达方和接收方之间,没有额外的通道来传送信息何时传送与接收。每个信息单元的起止时间,发送方编在信息中,由接收方自已解码并同步。
6、好。现在来讲一下传送一个字节的过程。在没有传送信息时,传输线处于空闲状态。规定:空闲状态为1。发送方(TX)准备发送,驱动传输线让它由1变为0,并持一位的时间长度,我们把这一位叫做起始位。接收方(RX),检测到传输线由1变0,意味着可能有信息要传了,RX就持续检测,以验证这个0是不是持续了规定的一位时间长度,若是个合法的起始位,就按约定的定时方式,把后续的传输线状态,接收为1个字节。TX在发完起始位后,就发字节中的第一个位(bit),并依次把字节中的所有位发完,每bit均持续相同的一位时长。然后再发校验位(如果约定发/收方都采用的话)、停止位。
7、停止位,这个要说一下。我们知道起始位是0,而这个停止位,规定是1,和传输线的空闲状态1是相同的。停止位规定的时长比较乱,有1位停止位(也就持续时间占1个位长)、1.5位、和2位停止位,其它时长的停止位好象没见过。停止位的作用,其一是作为一字节单元的成员,给接收方定时用的,也就是下一个字节,在停止位之后才开始。另一个作用,可供检查字节传送的完整性。因为停止位是规定为1状态的,若在停止位的时间里测到了非1状态,表示这个字节传送有问题,有可能被接收方丢弃,传送失败。
8、若收发双方的停止位不相同,怎么办?这个在论坛上经常有人问。好,我们来分析一下。若TX是2个停止位,RX要求是1个停止位,很好,TX多发的一个停止位,会被RX看作是空闲状态(也可认为是字符间隔),没有任何问题。若反过来,TX是1个停止位,RX要求是2个停止位,有问题吗?一般问题是很大的,但也有可能可以正常通讯。这要看TX是怎么发字节的。有些系统,硬件上,发送电路比较简单,没有缓冲机构,一个字节必须完整发送后,才准备下一个字节的数据,而这个准备需要花一些时间的,这就给传送的时序上,停止位之后,有了空闲时间,相当于停止位得到了延长。所以我曾经发过一个贴子说,S7200的发送改为单字节发送,每个字节之间有意插入一些延时,人为造成空闲时间,以充当停止位,但这个方法说归说,我并没有试过。可惜的是,现在的系统,硬件都做得很完美了,包括S7200,TX是有缓冲的,在一个字节还未发完前就可以接受下一个要发送的字节,硬件上保证一个字节发完后可以立即启动下一个字节发送,前后两字节间除了停止位,没有额外的间隙,这种情况下,接收方就要命了,RX认为还在收停止位时,下一个字节的起始位就来了,没办法完整接收,通讯就失败了。
9、波特率。两边设为一致就可以了。波特率不一致,铁定不能通讯。但允许有少量的误差。停止位实际上还用来调节这个误差的。比如1个停止位,RX并不死板要求停止位是完整的1个位时长,实际只要停止位超过0.5个位长就算是合格了。波特率,就是每秒最快能传送的位数,包括了起始位、停止位这些辅助位。实际每秒能传送的最快字节数,要看这些辅助位的多少。比如一个11位结构的字节单元:1起始位+8字节位+1校验位+1停止位,字节最快传送速率为band/11。好象还有一个概念,叫比特率,也就是有效的位传送速率,比特率=8*(band/11),也就是比特率比波特率要小的。
10、RS232的TX和RX是两根独立的线,收/发可以同时进行,所以叫作全双工异步串行通讯。按我们日常两人交谈的经验,总是A说B听,当B要说时,A就停下来听B说。如果A、B同时说,这是吵架,要达到相互交流就难了。同样,通讯若同时收发,一般人会白白死掉很多脑细胞而写出的程序通讯效果还是很差。所以,即使RS232能双向同时, 一般使用时也是收、发不同时的。
11、RS485。RS232不错了,但局限性大大的。RS485收发同线,允许多少RS485并联使用,电气采用差分传送信号,可以抗干扰。S7200就属于RS485。RS485设备同一时间只能发或再改,收发是分时的,所以叫做准双向。尽管S7200中可以同时缓冲8个NETR和NETW,实际在RS485层面,还是一个一个分时完成的(由系统程序根据PPI协议协调)。RCV和XMT完全由用户程序控制,你就不能同时让两个都执行,否则就是哄抢资源而被S7200当成错误处理。
12、RS422,介于RS232和RS485。RS422和RS232一样收、发线独立,但电气上采用和RS485一样的差分信号。所以RS422能多机通讯,比RS232传得远,但比RS485浪费硬件资源。RS422只要软件上采用准双向的规则,通过发收线合并,可以简化为RS485,和RS485设备通讯。但RS485却不能复杂化成RS422使用。

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