串口通信協定

串口通信協定

串口通信指串口按位(bit)傳送和接收位元組。儘管比特位元組(byte)的串列通信慢,但是串口可以在使用一根線傳送數據的同時用另一根線接收數據。

在串口通信中,常用的協定包括RS-232、RS-422和RS-485。

基本介紹

  • 中文名:串口通信協定
  • 外文名:Serial communication protocol
  • 作用:傳送和接收位元組
  • 學科:計算機學
  • 作用:用於獲取遠程採集設備的數據
RS-232,RS-422,RS-485,握手,

RS-232

RS-232(ANSI/EIA-232標準)是IBM-PC及其兼容機上的串列連線標準。可用於許多用途,比如連線滑鼠、印表機或者Modem,同時也可以接工業儀器儀表。用於驅動和連線的改進,實際套用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232隻限於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針連線頭
9針串口連線口順序圖9針串口連線口順序圖
從計算機串口截面圖。
RS-232針腳的功能:
數據:
TXD(pin 3):串口數據輸出(Transmit Data)
RXD(pin 2):串口數據輸入(Receive Data)
握手:
RTS(pin 7):傳送數據請求(Request to Send)
CTS(pin 8):清除傳送(Clear to Send)
DSR(pin 6):數據傳送就緒(Data Send Ready)
DCD(pin 1):數據載波檢測(Data Carrier Detect)
DTR(pin 4):數據終端就緒(Data Terminal Ready)
地線:
GND(pin 5):地線
其它
RI(pin 9):鈴聲指示

RS-422

RS-422(EIA RS-422-AStandard)是Apple的Macintosh計算機的串口連線標準。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傳送和接收信號,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。

RS-485

RS-485EIA-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-485口建立設備網路。出色抗噪和多設備能力,在工業套用中建立連向PC機的分散式設備網路、其他數據收集控制器、HMI或者其他操作時,串列連線會選擇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英尺的線進行串列通行。
DB-9 引腳連線
--------------
\ 1 2 3 4 5 /
\ 6 7 8 9 /
---------
從計算機連出的線的截面。
RS-485的引腳的功能
數據:1(DATA-) 2(DATA+)
地線:5

握手

RS-232通信方式允許簡單連線三線:Tx、Rx和地線。但是對於數據傳輸,雙方必須對數據定時採用使用相同的波特率。儘管這種方法對於大多數套用已經足夠,但是對於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:軟體握手、硬體握手和Xmodem。
a,軟體握手:我們討論的第一種握手是軟體握手。通常用在實際數據是控制字元的情況,類似於GPIB使用命令字元串的方式。必須的線仍然是三根:Tx,Rx和地線,因為控制字元在傳輸線上和普通字元沒有區別,函式SetXModem允許用戶使用或者禁止用戶使用兩個控制字元XON和XOFF。這些字元在通信中由接收方傳送,使傳送方暫停。
例如:假設傳送方以高波特率傳送數據。在傳輸中,接收方發現由於CPU忙於其他工作,輸入buffer已經滿了。為了暫時停止傳輸,接收方傳送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,它傳送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傳送XOFF。此外,如果XOFF傳輸被打斷,LabWindows會在buffer達到75%和90%時傳送XOFF。顯然,傳送方必須遵循此守則以保證傳輸繼續。
b,硬體握手:第二種是使用硬體線握手。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 toSend)。當接收方準備好接收數據,它置高RTS線表示它準備好了,如果傳送方也就緒,它置高CTS,表示它即將傳送數據。另一組線是DTR(DataTerminal Ready)和DSR(Data SetReady)。這些線主要用於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,表示和電話線的連線已經建立。讀取DSR線置高,PC機開始傳送數據。一個簡單的規則是DTR/DSR用於表示系統通信就緒,而RTS/CTS用於單個數據包的傳輸。
在LabWindows,函式SetCTSMode使能或者禁止使用硬體握手。如果CTS模式使能,LabWindows使用如下規則:
當PC傳送數據:
RS-232庫必須檢測CTS線高后才能傳送數據。
當PC接收數據:
如果連線埠打開,且輸入佇列有空接收數據,庫函式置高RTS和DTR。
如果輸入佇列90%滿,庫函式置低RTS,但使DTR維持高電平。
如果連線埠佇列近乎空了,庫函式置高RTS,但使DTR維持高電平。
如果連線埠關閉,庫函式置低RTS和DTR。
c,XModem握手:最後討論的握手叫做XModem檔案傳輸協定。這個協定在Modem通信中非常通用。儘管它通常使用在Modem通信中,XModem協定能夠直接在其他遵循這個協定的設備通信中使用。在LabWindows中,實際的XModem套用對用戶隱藏了。只要PC和其他設備使用XModem協定,在檔案傳輸中就使用LabWindows的XModem函式。函式是XModemConfig,XModemSend和XModemReceive。
XModem使用介於如下參數的協定: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函式修改,以滿足具體需要。這些參數的使用方法由接收方傳送的字元neg_ack確定。這通知傳送方其準備接收數據。它開始嘗試傳送,有一個逾時參數start_delay;當逾時的嘗試超過max_ties次數,或者收到接收方傳送的start_of_data,傳送方停止嘗試。如果從傳送方收到start_of_data,接收方將讀取後繼信息數據包。包中含有包的數目、包數目的補碼作為錯誤校驗、packet_size位元組大小的實際數據包,和進一步錯誤檢查的求和校驗值。在讀取數據後,接收方會調用wait_delay,然後向傳送方傳送回響。如果傳送方沒有收到回響,它會重新傳送數據包,直到收到回響或者超過重發次數的最大值max_tries。如果一直沒有收到回響,傳送方通知用戶傳輸數據失敗。
由於數據必須以pack_size個位元組按包傳送,當最後一個數據包傳送時,如果數據不夠放滿一個數據包,後面會填充ASCII碼NULL(0)位元組。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傳送方發出包的數目很可能增加到XON/OFF控制字元的值,從而導致通信故障。

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