串口通訊布線及常見故障處理

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(guó)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(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)：通訊線路過長(zhǎng)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(zhǎng)器?？偩€反射：線路過長(zhǎng)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(jiǎn)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