串行通信与PLC驱动程序在图解触摸屏工程应用中的实践

1.串行通信

所谓“串行通信”是指设备间使用两根数据信号线（可能还需要控制线）一位一位地进行数据传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度，这种通信方式使用的数据线少、成本低。图6-22所示的异步传输模式（Asynchronous Communications Mode）一个字节的资料框架（Frame）由起始位、数据、校验位与结束位所组成。

图6-22 异步传输模式

一般来说，逻辑1（Mark）＝－15～－3V，逻辑0（Space）＝＋3～＋15V，每帧数据（7位或8位）都包含一个高电压的起始位，一个低电压的结束位和一个校验位，而数据的传输波特率一般分为9600bit/s、19200bit/s、38400bit/s或115200bit/s。在串行数据传输过程中，由于干扰可能引起信息出错，例如，传输字符E，其各位为

01000101＝45H

由于干扰，可能使“0”位变为“1”，这种情况称为出现了误码。把如何发现传输中的错误，叫做检错。发现错误后，如何消除错误，叫做纠错。最简单的检错方法是奇偶校验，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇偶校验位。可采用奇校验或偶校验。

奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为奇数，如：

8位数据011001011的个数为偶数，加一个1，变为奇数，所以校验为1。

8位数据011000011的个数为奇数，加一个0，仍为奇数，所以校验为0。

偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，1的个数为偶数，如：

8位数据011001011的个数为偶数，加一个0，仍为偶数，所以校验为0。

8位数据011000011的个数为奇数，加一个1，变为偶数，所以校验为1。

采用奇偶校验，1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出，同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。

实现双方通信的前提是，首先必须对通信串口设置相同的数据位、起始位、结束位、波特率和奇偶校验。对eViewMT500及大部分PLC而言只支持异步传输模式，以上所提到的也都是基于异步传输模式（如果使用者对同步传输模式有兴趣可参考相关资料），当然必须有实体接口作为传输的媒介，将数据以异步传输模式送出及接收，这就是基于RS-232、RS-422及RS-485的不同接口。

图6-23 典型的连接方式

2.RS-232

目前RS-232是PC与工业控制设备通信应用最广泛的一种串行接口，RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232为一种非平衡数据传输（Unbalanced Da-ta Transmission）的接口方式，是以一根信号线相对于接地信号线的电压来表示一个逻辑状态Mark或Space，图6-23所示为RS-232的一个典型的连接方式。典型的RS-232的引脚（PC Compatible）见表6-1。

表6-1 典型的RS-232的引脚（PC Compatible）

eViewMT500/PLC-RS-232的引脚见表6-2。

表6-2 eViewMT500/PLC-RS-232的引脚

如果不考虑CTS及RTS，则eView500/PLC-RS-232与PLC的典型连接方式如图6-24所示。由于RS-232是全双工传输模式，具有各自独立的传送（TD）及接收（RD）信号线与一根接地信号线，而CTS及RTS的目的是作为eViewMT500与PLC的信号交换（Handshak-ing）控制用，只有少数PLC的CTS或RTS必须由eViewMT500控制。

图6-24 不考虑CTS及RTS的典型连接方式(www.xing528.com)

RS-232连接线的长度在标准规范中是不可超过50ft^[1]或者是电容值不可超过2500pF。如果以电容值为标准，UTPCAT-5连接线典型电容值为17pF/ft，则容许的连接线长度为147ft，约44尺。如果是有屏蔽的连接线，则它的容许长度会更长。在有干扰的环境连接线的容许长度会减少。由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下4点：

1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。

2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbit/s。

3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱，波特率越高其抗干扰的能力会呈倍数下降。

4）其传输距离有限。

3.RS-422

RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一根线定义为A，另一根线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在＋2～＋6V，是一个逻辑状态，负电平在－6～－2V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。

但在RS-485中还有一个使能端，而在RS-422中这是可用可不用的。使能端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当使能端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作第三态，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态，如图6-25所示。

图6-25 RS-422、RS-485信号端

图6-26 接收器接收平衡线上的电平

接收器与发送端也作了相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A与A和B与B对应相连，当在收端A、B之间有大于＋200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于－200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV～6V之间，如图6-26所示。

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-422四线接口如图6-27所示。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器，比RS-232具有更强的驱动能力，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（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持一对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收信道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必需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。

图6-27 典型的RS-422四线接口

RS-422的最大传输距离为4000ft（约1219m），最大传输速率为10Mbit/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kbit/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。一般在100m长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbit/s。RS-422需要一终端电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终端电阻，即一般在300m以下不需终端电阻。终端电阻接在传输电缆的最远端。eViewMT500/PLC-RS-422/485（四线）的引脚见表6-3。

表6-3 eViewMT500/PLC-RS-422/485（四线）的引脚

4.RS-485

由于RS-485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，需要在传输线上接终端电阻等。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，其使能信号控制数据的发送或接收，如图6-28所示。

图6-28 使能信号控制数据的发送或接收接线图

RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为＋2～＋6V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为－6～－2V表示，RS-485的数据最高传输速率为10Mbit/s，RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。它的最大传输距离标准值为4000 ft，实际上可达3000 m，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、长的传输距离和多站能力等优点就使其成为首选的串行接口。因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需两根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。eViewMT500/PLC-RS-485（两线）的引脚见表6-4。

表6-4 eViewMT500/PLC-RS-485（两线）的引脚