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第1頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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/s)的問題。第2頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日1977年 EIA制定了RS-449標準，與RS-449同時推出的還有RS-

2、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。第3頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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

3、用TxD 、RxD兩根線；RS-422通訊時采用TxD+、TxD-、RxD+、RxD- 四根線。第4頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日附：DB9和DB25引腳對比 9針串口（DB9）25針串口（DB25）針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準備DTR20數(shù)據(jù)終端準備DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準備好DSR6數(shù)據(jù)準備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL第5頁，共24頁，2022

4、年，5月20日，5點54分，星期日232電氣特性邏輯1(MARK) =-3V-15V，邏輯0 (SPACE) =+315V。 最高通訊數(shù)據(jù)速率為19.2Kb/S。通訊距離一般為15米。第6頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。 第7頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日傳輸

5、距離有限，一般傳輸距離為15米，實際不超過50米。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。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。RS-422電氣特性和RS-485相似，一般較少使用RS-422通訊。422/485電氣

6、特性第9頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日 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。 第10頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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120

7、0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。第11頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。RS-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。 第12頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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)

8、，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。第13頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。第14頁，共24頁

9、，2022年，5月20日，5點54分，星期日在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，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.通訊共地第15頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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32128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

10、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。第16頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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 六是硬件損壞第17頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日RS-232中，上位機和下位機通訊接線是TXRX, TXRX, GNDGND；RS-485中，上位機和下位機通訊接線是TXRX

11、, TXRX。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.接線錯誤第18頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。第19頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日若通訊總線中，TX和RX接到了一起，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

12、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.通訊短路第20頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日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315V或-3-15V內(nèi)；RS-485TX對RX電壓在26V或-2-6V內(nèi), RS-485共模電壓在712V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。第22頁，共24頁，2022年，5月20日，5點54分，星期日4.6.硬件故障當然出現(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，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。第23頁，