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串口知识详解 串口功能及电路介绍

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  一、串口的概念

  串行接口简称串口,也称串行通信接口或串行通讯接口(通常指COM接口),是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口(SerialInterface)是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线),从而大大降低了成本,特别适用于远距离通信,但传送速度较慢。

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  二、串行端口的数据传输

  当今人们使用的所有计算机操作系统都支持串行端口,因为其“入驻”计算机已有数十年的历史了。而并行端口的发明要晚得多,速度也比串行端口快得多。USB端口的历史只有数年,它很可能在接下来的几年内全面取代串行端口和并行端口。

  之所以取名为“串行”端口,是因为这种端口会将数据“串行化”。更具体地说,它一次获取一个字节的数据并传输该字节的8位。这样做的优势在于,串行端口只需要一条线路就能传输8个位,而并行端口则需要8条。相应的劣势在于,其传输数据的用时是拥有八条线路时的8倍。此外,串行端口还可以降低线缆成本,使线缆更加小巧。

  在发送数据的每个字节之前,串行端口会发送一个开始位,这是一个值为0的单个位。在发送完数据的每个字节之后,它将发送一个停止位,表示该字节已传输完成。此外,它还可以发送奇偶校验位。

  串行端口也称为通信(COM)端口,是一种双向端口。在双向通信中,每个设备都可以接收数据和传输数据。串行设备使用不同的针脚来接收和传输数据——如果使用相同的针脚,通信将限制为半双工模式,这表示信息一次只能在一个方向上传播。使用不同的针脚可以实现全双工通信,在这种模式中,信息可以同时在两个方向上传播。

  串行端口依靠特殊的控制器芯片通用异步接收/传输器(UART)来实现自己的功能。UART芯片从计算机的系统总线获得并行输出,然后将其转换成串行形式,以便通过串行端口传输。为了提高效率,大多数UART芯片都内置有16到64千字节的缓冲区。利用这个缓冲区,芯片便可以在处理要流向串行端口的数据的同时,缓存从系统总线流入的数据。大多数标准串行端口的最大传输速率为115Kbps(千比特每秒),增强型串行端口(ESP)和超级增强型串行端口(Super ESP)等高速串行端口可以实现460Kbps的数据传输速率。

  三、串口三大分类及功能

  1、RS-232

  也称标准串口,最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线,采用标准25芯D型插头座(DB25),后来使用简化为9芯D型插座(DB9),现在应用中25芯插头座已很少采用。

  RS-232采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

 2、RS-422

  标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线,共5根线。其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Slave),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10&TImes;4k+100Ω(终接电阻)。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。

  RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。

 3、RS485

  是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。

  RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12kΩ、RS-422是4kΩ;由于RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以在RS-422网络中应用。

  RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。

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