多型串口的特性分析与演示

葛春 火箭军士官学校

多型串口的特性分析与演示

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本文针对多型串口教学内容的重难点，首先分别从机械外部特性、通信协议特性和通信电气特性三个方面进行了分析与比较，然后利用串口终端机、虚拟应用机以及串口转接器等设备完成了多型串口特性的演示。

多型串口 特性分析 特性演示

引言

多型串口（RS-232、RS-422、RS-485）作为自动化控制、电气控制等多个专业都会学习到的教学内容，其特性分析和比较是教学的重点也是难点，本文旨在对比分析这三种常用数字串口的特性后，力求设计一种串口特性演示系统，以降低学生学习此重难点知识的难度。

一、多型串口的特性分析

（一）多型串口的机械外部特性

RS-232串口最初采用25针D型接口，分别对发送数据、接收数据、请求发送、清除发送、数据终端就绪等接口信号线做出了规定，利用调制解调器和普通电话线就可以完成数据终端设备DTE与数字通信设备DEC之间的通信。后来简化成9针D型接口，更方便应用于计算机与数字终端的通信，其中最核心的三针引脚分别为2针接收数据、3针发送数据和5针接地。而在实际工程应用中，由于为了方便接线、多型串口合并在一个硬件对外接口、通信电缆结构等多种原因，还会出现接线端子、37针D型接口、44针D型接口、圆形3针接口等多种机械外部结构。RS-422、RS-485串口在工程应用中也和RS-232串口一样，具有机械外部结构的多样性。

（二）多型串口的通信协议特性

RS-232串口最常用的微机通信数据格式由一个起始位、五到八位的数据位、奇偶校验位、停止位组成，一般利用一位二进制的“0”表示起始位，一位二进制的“1”表示停止位，奇偶校验位用来进行数据传输准确性的校验。当然这只是最常用的数据格式，由于电子工业协会对多型串口标准的协议没有做出明确规定，所以在工程应用中，会根据不同应用需求、应用特点，用户可以建立自己的高层协议。RS-422、RS-485串口在工程应用中也和RS-232串口一样，比如RS-422串口在反坦克导弹中的应用，为了满足弹上设备数字通信的可靠性、实时性，采用了两个字节信息头、一个字节帧内字节数、几个字节帧内信息、两个字节信息尾、一个字节校验和的数据帧结构[1]。RS-485串口采用常用的ModBus协议和国内大多数地区采用的多功能电能表DL/T645-1997协议[2][3]等。

（三）多型串口的通信电气特性

通信电气特性是RS-232、RS-422和RS-485三种串口标准的根本区别所在。RS-232串口采用负逻辑电平，规定DC（-3V～-15V）为逻辑“1”，DC（+3V～+15V）为逻辑“0”，由于电压范围较大，易损坏接口电路，且不与TTL电平兼容，另外因为采用收发信号相对于信号地的通信模式，易产生共模干扰，导致工程应用中理想通信距离较短，通信速率较低。电子工业协会针对这种不足，提出了“平衡电压数字接口电路的电气特性”，采用了差分电压信号传输体制的RS-422串口，规定电压差+2V～+6V表示逻辑“1”，-6V～-2V表示逻辑“0”，虽然增加了通信距离，提高了通信速率，但共模范围为-7V～+7V，只能完成一发多收的单向传输，为提高共模范围，实现多个发送器连接在同一条总线上，电子工业协会提出了RS-485串口，将共模范围提高到了-7V～+12V,同一条总线上允许连接多达128个收发器[4]。

二、多型串口的特性演示

特性演示硬件组成包括串口通信终端1、串口通信终端2、虚拟仪器应用机、RS-232/422/485串口通信转接器等组成。串口通信终端1、2通过RS-232串口分别与RS-232/422/485串口通信转接器连接；两个转接器通过接线端子和信号线，由操作者选择完成RS-422或RS-485串口连接；串口转接器，兼容RS-232、RS-422、RS-485标准，能够将单端的RS-232信号转换为平衡差分的RS-422或RS-485信号。

为更好的展示三种串口的机械外部特性，系统运用通信板卡、转接器、Y2航空插头、焊接电缆等方法，分别针对这三种串口设计多种外形结构，如9针D型插头座、37针D型插头座、44针D型插头座、接线端子、Y2航空插头座等形式，实现多型串口机械外部多样特性的演示。

为更好的展示三种串口的通信协议特性，系统将串口通信终端机1、2软件设计成类似于“串口大师”的功能，实现串口波特率、数据帧格式的设置，以及数据的发送、接收等功能。学生可以通过不同数据位、停止位、波特率等的设置，观察到数据接收正确或者出现乱码的情况，加深对通信协议的认知。

为更好的展示三种串口的通信电气特性，系统利用中泰公司的PC-6325A板卡，通过总线插槽插入虚拟仪器应用机的母板，并将其模拟量输入接口的CH1+和CH1-分别连接到弘宇RS-232串口接线端子的差分通信端子，采集通信电压值，然后在软件界面上通过虚拟仪器界面直观显示串口通信的电压波形和电压大小，从而演示并对比三种串口不同的电气特性。

[1]郑红星，曹晓绯.RS422在反坦克导弹中的应用研究[J].弹箭与制导学报，2008（4）：33-35.

[2]邓志君，梁松峰.基于RS485接口ModBus协议的PLC与多机通讯[J].微计算机信息，2010（3）：107-108.

[3]袁立遥，陈健华.多功能电能表RS-485接口的通信故障及解决方法[J].通讯世界，2013（5）：94-95.

[4]何永辉，李凯.基于RS-485串口通信的软件测试方法研究[J].指挥信息系统与技术，2010（12）：27-29.

葛春（1984.2-），男，单位：火箭军士官学校。