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文檔簡介
1、串口通訊布線及常見故障處理,開發(fā)部 :陶家濤2008年11月10日,1.串行通訊標(biāo)準(zhǔn),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1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采用非平衡參考地信號(hào),由于抗干擾和抗噪性的原因,存在著傳輸距離不太遠(yuǎn)(最大傳輸距離15m)和傳送速率不高(最大位速率為20Kb/
2、s)的問題。,1977年 EIA制定了RS-449標(biāo)準(zhǔn),與RS-449同時(shí)推出的還有RS-422和RS-423,它們是RS-449的標(biāo)準(zhǔn)子集。另外,還有RS-485,它是RS-422的變形。RS-422、RS-423是全雙工的,而RS-485是半雙工的。在實(shí)際中最常用的通訊方式為RS-232、RS-485、RS-422,而其中絕大多數(shù)智能化設(shè)備都采用的是RS-485通訊。,2.串口電氣特性,串行通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的 DB25接
3、口,對(duì)接口的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容都做了規(guī)定,在實(shí)際通訊中不使用傳送控制信號(hào), 故經(jīng)常使用的是經(jīng)簡化的DB9接口。RS-232通訊方式時(shí)采用TxD 、RxD、GND三根線;RS-485通訊方式時(shí)采用TxD 、RxD兩根線;RS-422通訊時(shí)采用TxD+、TxD-、RxD+、RxD- 四根線。,附:DB9和DB25引腳對(duì)比,2.1.RS-232電氣特性,邏輯1(MARK) =-3V~-15V,邏輯0 (SPACE) =+3~+15V。 最
4、高通訊數(shù)據(jù)速率為19.2Kb/S。通訊距離一般為15米。,2.2.RS-232通訊存在的問題,接口的信號(hào)電平值較高,易損壞接口電路的芯片,且與TTL 電平不兼容,需使用電平轉(zhuǎn)換電路才能與TTL電路連接。傳輸速率較低,在異步傳輸時(shí),波特率最高為19.2Kbps。使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式, 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾,所以抗噪聲干擾性弱。,傳輸距離有限,一般傳輸距離為15米,實(shí)際不超過50米。 &
5、#160;RS-232-C總線上只允許連接一臺(tái)收發(fā)器,即一臺(tái)上位機(jī)只能和一臺(tái)下位機(jī)連接。 基于以上原因就出現(xiàn)了另一些通訊標(biāo)準(zhǔn),RS-485是其中之一。,接收器采用差分接受方式,即通過(V+)-(V-)≥0.2V,表示信“0”;(V+)-(V-)≤-0.2V,表示信號(hào)“1”。輸入靈敏度為200mV。該電平與TTL電平兼容,可方便與TTL 電路連接。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps ,比RS-232快的多。R
6、S-422電氣特性和RS-485相似,一般較少使用RS-422通訊。,2.3.RS-422/485電氣特性,RS-485接口是采用差分接收方式,靈敏度為200mV即可識(shí)別??构材8赡芰υ鰪?qiáng),即抗噪聲干擾性好。RS-485接口的最大傳輸距離約為為1200米,RS-232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器;而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)32個(gè)收發(fā)器。 長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使RS-485成為首選的串行接口。
7、,3.通訊布線要點(diǎn),RS-232通訊方式時(shí),每條總線線只能連接一個(gè)收發(fā)器,通訊距離小于15米。采用RS-485通訊方式時(shí),485總線傳輸距離一般可以達(dá)到1200米,其前提條件是通訊線質(zhì)量較好,波特率適中(9.6k),負(fù)載設(shè)備較少。故RS-485通訊布線工作要按照以下一些方面來進(jìn)行。,3.1.通訊線,通訊線選擇時(shí),線徑應(yīng)不小于0.5mm,且通訊距離越長通訊線內(nèi)徑應(yīng)越粗,這樣可以有效減小信號(hào)衰減,通常采用的通訊線線徑為0.5-1.0mm。R
8、S-485接收器的輸入靈敏度為200mV,為防止信號(hào)干擾,需采用帶屏蔽通訊線。485通訊采用差模通訊方式,雙絞的抗干擾性較好,使用雙絞線效果更好。,3.2.匹配電阻,485總線在通訊線的開始和末端,由于電纜的阻抗不連續(xù),信號(hào)在這些地方會(huì)引起反射,總線反射會(huì)使接收器收到錯(cuò)誤的信號(hào),導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤,這樣會(huì)引起通訊不通。理論計(jì)算出通訊距離不超過40米時(shí),總線反射對(duì)通訊無影響。在實(shí)際運(yùn)用時(shí),通訊距離不超過100米可以不添加匹
9、配電阻。超過100米時(shí),若通訊誤碼率高,總線首尾匹配約120歐的電阻能有效防止信號(hào)反射。,3.3.通訊接線,RS-485為半雙工模式,采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu),不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò),最好采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來。從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短,以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。,,在RS-485通訊時(shí)只需要連接接收和發(fā)送兩根線,但在同一條總線上電腦和的各個(gè)裝置的通訊地要求共地。如果存在接受器和發(fā)送器不共地的情況,
10、有可能很高的共模電壓。在RS-485通訊方式下,收發(fā)器只有在共模電壓不超出一定范圍(-7V至+12V)才能夠正常工作,當(dāng)共模電壓超出范圍后會(huì)影響通訊甚至引起通訊芯片的燒毀。,3.4.通訊共地,3.5.下位機(jī)數(shù)量,485總線中下位機(jī)可連接數(shù)量取決于轉(zhuǎn)換器芯片和485芯片的負(fù)載能力,一條總線最多可以連接32~128臺(tái)下位機(jī)。但實(shí)際上通訊協(xié)議、通訊速度要求等都會(huì)限制總線上的下位機(jī)數(shù)量。如以WZB系列綜保為例,通訊間隔采用100ms,每次遙測遙
11、信數(shù)據(jù)刷新要下發(fā)2條命令,總時(shí)間為0.2S,若要求數(shù)據(jù)采集周期小于2S,則可粗略計(jì)算出每條總線上綜保數(shù)量不能多于10臺(tái)。,4.常見故障及處理,通訊不通可能存在許多原因,但總體上故障無外乎幾個(gè)方面: 一是接線錯(cuò)誤 二是線路中斷 三是通訊短路 四是通訊不穩(wěn)定 五是電平異常 六是硬件損壞,RS-232中,上位機(jī)和下位機(jī)通訊接線是TX→RX, TX→RX, GND→GND;RS-485中,上位機(jī)和下位機(jī)通訊接
12、線是TX→RX, TX→RX。RS-485下位機(jī)的所有TX和RX都是并列關(guān)系。RS-485總線采用燈泡并接型,不宜采用星點(diǎn)發(fā)散型。,4.1.接線錯(cuò)誤,4.2.線路中斷,RS-232只具備單站通訊能力,線路比較好查,如為線路中斷,查出中斷點(diǎn)接上即可處理好。RS-485一般有幾個(gè)下位機(jī),若總線中斷,則全部通訊不通;若個(gè)別下位機(jī)到總線的線路出現(xiàn)中斷,則對(duì)應(yīng)的下位機(jī)通訊不通,同一條總線上其它通訊正常。,若通訊總線中,TX和RX接到了一起,
13、則造成了通訊短路。RS-485中,通訊短路則差分電壓為0V,通訊中斷。通訊芯片中TX和RX之間存在較大內(nèi)阻,電壓之間有上拉下拉電阻,短路對(duì)線路和其它芯片不會(huì)有影響。短路一般是由于接線錯(cuò)誤或者芯片損壞內(nèi)部短路引起的。,4.3.通訊短路,4.4.通訊不穩(wěn)定,線路過長:通訊線路過長會(huì)引起信號(hào)衰減,較好的處理方式是改成有源通訊轉(zhuǎn)換器或信號(hào)延長器??偩€反射:線路過長可能會(huì)引起總線反射,這樣導(dǎo)致通訊時(shí)斷時(shí)續(xù),加匹配電阻可以改善。干擾外部的強(qiáng)
14、烈干擾會(huì)引起通訊不穩(wěn),改用有源通訊轉(zhuǎn)換器可較好處理。,4.5.電平異常,RS-232和RS-485都有其電氣特性,如總線電壓超出其范圍則引起通訊中斷。RS-232線對(duì)地電壓在3~15V或-3~-15V內(nèi);RS-485TX對(duì)RX電壓在2~6V或-2~-6V內(nèi), RS-485共模電壓在-7~12V內(nèi),若通訊總線電壓不符合上述要求則會(huì)引起會(huì)引起通訊異常。,4.6.硬件故障,當(dāng)然出現(xiàn)硬件故障通訊則不可能通了,硬件故障包括串口故障,轉(zhuǎn)換器故障,
15、通訊芯片故障等。串口故障導(dǎo)致整個(gè)通訊不通,可通過掉換串口檢查。轉(zhuǎn)換器故障也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通訊不通,也采用更換轉(zhuǎn)換器等方法檢查。通訊芯片功能損壞,影響單個(gè)通訊,芯片故障導(dǎo)致短路,則整條總線通訊中斷。,5.總結(jié),串口通訊由于其硬件簡單、成本低、維護(hù)調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛應(yīng)用,但它也存在抗干擾性不強(qiáng)、可靠性不高、通訊效率偏低等不足。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷得到應(yīng)用,其傳輸距離遠(yuǎn)、速度快、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出來。但實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊硬件要
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