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.串行通訊標準,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（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。RS-232采用非平衡參考地信號,由于抗干擾和抗噪性的原因，存在著傳輸距離不太遠(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標準，與RS-449同時推出的還有RS-422和RS-423，它們是RS-449的標準子集。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,串行通信標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25接

3、口，對接口的每個引腳的信號內(nèi)容都做了規(guī)定，在實際通訊中不使用傳送控制信號， 故經(jīng)常使用的是經(jīng)簡化的DB9接口。RS-232通訊方式時采用TxD 、RxD、GND三根線；RS-485通訊方式時采用TxD 、RxD兩根線；RS-422通訊時采用TxD+、TxD-、RxD+、RxD- 四根線。,附：DB9和DB25引腳對比,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，波特率最高為19.2Kbps。使用一根信號線和一根信號返回線而構(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，實際不超過50米。 &

5、#160;RS-232-C總線上只允許連接一臺收發(fā)器，即一臺上位機只能和一臺下位機連接。 基于以上原因就出現(xiàn)了另一些通訊標準，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“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即可識別?？构材８赡芰υ鰪?，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個收發(fā)器；而RS-485接口在總線上是允許連接多達32個收發(fā)器。 長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使RS-485成為首選的串行接口。

7、,3.通訊布線要點,RS-232通訊方式時，每條總線線只能連接一個收發(fā)器，通訊距離小于15米。采用RS-485通訊方式時，485總線傳輸距離一般可以達到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行。,3.1.通訊線,通訊線選擇時，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)，信號在這些地方會引起反射，總線反射會使接收器收到錯誤的信號，導(dǎo)致CRC校驗錯誤或整個數(shù)據(jù)幀錯誤，這樣會引起通訊不通。理論計算出通訊距離不超過40米時，總線反射對通訊無影響。在實際運用時，通訊距離不超過100米可以不添加匹

9、配電阻。超過100米時，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節(jié)點串接起來。從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。,,在RS-485通訊時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.下位機數(shù)量,485總線中下位機可連接數(shù)量取決于轉(zhuǎn)換器芯片和485芯片的負載能力，一條總線最多可以連接32～128臺下位機。但實際上通訊協(xié)議、通訊速度要求等都會限制總線上的下位機數(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，總時間為0.2S，若要求數(shù)據(jù)采集周期小于2S，則可粗略計算出每條總線上綜保數(shù)量不能多于10臺。,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方面： 一是接線錯誤 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，上位機和下位機通訊接線是TX→RX, TX→RX, GND→GND；RS-485中，上位機和下位機通訊接

12、線是TX→RX, TX→RX。RS-485下位機的所有TX和RX都是并列關(guān)系。RS-485總線采用燈泡并接型，不宜采用星點發(fā)散型。,4.1.接線錯誤,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，查出中斷點接上即可處理好。RS-485一般有幾個下位機，若總線中斷，則全部通訊不通；若個別下位機到總線的線路出現(xiàn)中斷，則對應(yīng)的下位機通訊不通，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，短路對線路和其它芯片不會有影響。短路一般是由于接線錯誤或者芯片損壞內(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：通訊線路過長會引起信號衰減，較好的處理方式是改成有源通訊轉(zhuǎn)換器或信號延長器?？偩€反射：線路過長可能會引起總線反射，這樣導(dǎo)致通訊時斷時續(xù)，加匹配電阻可以改善。干擾外部的強

14、烈干擾會引起通訊不穩(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線對地電壓在3～15V或-3～-15V內(nèi)；RS-485TX對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引起會引起通訊異常。,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)致整個通訊不通，可通過掉換串口檢查。轉(zhuǎn)換器故障也會導(dǎo)致整個通訊不通，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、維護調(diào)試方便等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用，但它也存在抗干擾性不強、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、速度快、可靠性高的優(yōu)點體現(xiàn)出來。但實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊硬件要