《各种通信协议》PPT课件.ppt
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1、串行通信基础知识MOXA产品知识,Prepared by:彭洪波Date:9-10-2009,Confidential,议程,串行通信基础知识 MOXA产品知识,Confidential,串行通信基础知识,Confidential,串口信号串口流控串口效能串口保护,串行通信基础知识,Confidential,串口信号,RS-232RS-422/485,Confidential,串行通信的基本概念,串行通信资料是一个bit 一个bit地送出,且每个bit表示不是0就是1,1 bit,Confidential,并行通信的基本概念,一次发送和接收多个Bit,传输一次就可以完成 一个Byte的容量。传
2、输的效率高,12345678,12345678,Confidential,串行通信 VS 并行通信,Confidential,起始位:总是“1”数据位:5,6,7,8 位校验:None,Odd,Even,Space,Mark停止位:1,1.5(数据位=5),2 位数据帧长度如果N,8,1:数据帧长度为 10 位如果E,7,2:数据帧长度为 10 位,串行通讯数据格式,Confidential,RS232,由电子工业协会(EIA)制订并发布工业标准,RS-232标准在1962年发布,保证不同厂家产品之间的兼容。RS-232-C 接口(又称EIA RS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。
3、RS-232 作用:在串行通讯时,要求通讯双方都采用统一的标准接口,使不同的设备进行通讯。,Confidential,RS-232-C 发展,用于串行通讯的标准。规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器对连接器的每个引脚的信号加以规定对各种信号的电平加以规定。IBM 将RS232 简化成了DB-9 连接器工业控制的RS-232 一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线。,DB25,DB9,Confidential,电气特性、逻辑电平,EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上:逻辑1=-3V-15V 逻辑0=+315V在RTS、CTS、DSR、
4、DTR和DCD等控制线上:信号有效(接通,ON状态,正电压)+3V+15V信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V-15V,Confidential,UART,并行,TTL,0V,5V,RS-232 信号传输,收发器,D0,D7,0V,5V,RS-232,-12V,+12V,-12V,+12V,Tx,Rx,Confidential,RS-232信号传输及信号波形,Confidential,RS-232 接口,信号定义:TXD、RXD、RTS、CTS、DTR、DSR、DCD、RI、GND(Female/Male定义相反)最高速率:115200bps,Confidential,RS-232 信
5、号典型应用:PC+交叉电缆+PC短接DCD信号和DSR 信号,确保所有应用程序工作,比如架装服务器的控制台端口。,RS-232 连接类型 I,Confidential,RS-232 连接类型 II,RS-232 信号典型应用:PC+直连电缆+ModemDCE 设备上的DCD信号一般用作输出信号,Confidential,串口信号,RS-232RS-422/485,Confidential,RS-232 VS RS-422,RS-232通信距离短RS-232通信速率低提出RS-422定义了一种平衡通信接口,数据信号采用差分传输方式,它使用二对双绞线,将其中一对定义为A,另一对定义为B,Confi
6、dential,RS-422电气特性,发送驱动器A、B之间的电压差正电平在+200mv+6V,是一个逻辑状态负电平在-200mv-6V,是另一个逻辑状态,Confidential,RS-422信号,收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+、Rxd-与Txd-对应相连大于+200mV的电平时输出正逻辑电平小于-200mV时输出负逻辑电平MOXA定义 B为信号正 A为信号负|A-B|200mv,Confidential,RS-422 特性,RS-422传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到1200米(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单
7、机发送、多机接收的单向、平衡传输方式,被命名为TIA/EIA-422-A标准。平衡传输方式长度:1200米速度:10M节点:2、10(广播)线缆类型:4线或8线(带握手信号)+GND,Confidential,RS-422 优势与不足,RS-422优势传输距离远传输速率高不易受到干扰RS-422不足点对多点方式只能单向通讯,Confidential,RS485,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准多点双向通讯能力增加发送器的驱动能力和冲突保护特性扩展了总线共模范围命名为TIA/EIA-485-A标准由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀,所以在通讯工业领域,仍
8、然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。平衡传输方式长度:1200米速度:10M节点:32、256(加中继器)线缆类型:2线+GND,Confidential,RS-422/485 信号,差分信号,UART,并行,TTL,0V,5V,收发器,D0,D7,RS-232,TxB,TxA,Confidential,RS485信号定义,4-Wire TxDA(-)TxDB(+)RxDB(+)RxDA(-)GND2-Wire DataB(+)DataA(-)GND,Confidential,2线与4线传输,Confidential,接线:4 线全双工优势1.抗干扰能力强2.传输距离长(可达 1.2公里)3.支
9、持点对点和多站通讯方式,RS-422 信号,Confidential,RS-422 拓扑结构 I,点对点,Moxa CI-134,Tx+(B)Tx-(A)Rx+(B)Rx-(A),Rx+(B)Rx-(A)Tx+(B)Tx-(A),PLC,Confidential,RS-485 信号,RS-422的增强方式与 RS-422兼容接线点对点2 线半双工,菊链式连接4 线全双工,菊链式连接,Confidential,RS-422 vs.RS-485,Confidential,RS-485 拓扑结构 I,点对点,Moxa CI-134,PLC,Data+(B)Data-(A),Data+(B)Data-
10、(A),120,终端电阻,Confidential,RS-485 拓扑结构 II,2 线半双工,Moxa CI-134,Data+(B)Data-(A),120,PLC#1,PLC#2,PLC#31,Data+(B),Data+(B),Data+(B),Data+(B),Data-(A),最大1.2公里,32节点,Confidential,RS-485 拓扑结构 II,2 线半双工,Confidential,RS-485 拓扑结构 III,4 线全双工,Tx+(B)Tx-(A)Rx+(B)Rx-(A),120,DE-211,Note:1.Tx-(A)2.Tx+(B)3.Rx-(A)4.Rx+(
11、B),1,2,3,4,最大1.2公里,32节点,Confidential,RS-485 拓扑结构 III,4 线全双工,Confidential,RS-422&RS-485接线,RS-422可支持10个节点,RS-485可支持32个节点拓扑一般采用总线型结构,不支持环形或星形网络在构建网络时应注意以下几点:、采用双绞线作总线,将各个节点串接起来 如下的连接方式:a,b,c 为错误连接;d,e,f为正确连接方式.、注意总线阻抗匹配,否则就会发生信号的反射,Confidential,RS-485 数据流方向控制,什么是数据流方向控制?在一个时间只允许一个设备发送 如果流控信号时序不对,整个RS-4
12、85 网络将不能正常工作流控的方式1.传统的RTS控制内部电路使用 RTS信号来决定发送和接收无数据发送时,RTS信号处于清除状态,此时收发器处于监听模式 当有数据发送时设置RTS信号,同时断开监听模式当数据发送完成之后清除RTS信号,转回监听模式 RTS 状态由用户软件控制,Confidential,ADDC(自动数据流控),ADDC 2线RS-485通过硬件准确的切换数据收发状态ADDC是我们的专利技术,1.没按键时,处于监听状态;(数据接收状态),3.确认当前频率空闲,按键讲话对方可以听到;(线中上没有数据,切换状态到数据发送),2.判断当前频率是否有信号?(检查线路上是否有数据),4.
13、话讲完后,松开按键,回到监听状态;(数据接收状态),A,B,Confidential,ADDC(自动数据流控),当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界面的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传输信号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关闭.有两种方法可以切换数据收发状态.一种是通过软件人为用RTS信号控制,另一种是用ADDCADDC可以通过硬件准确地切换数据收发状态,有效地把用软件控制的复杂时序控制简单化.,Confidential,ADDC vs No ADDC,Confidential,传输距离,距
14、离 EIA标准/实测性能,Confidential,RS-232&RS-422&RS-485 比较,Confidential,电气参数表,Confidential,串口流控,流控硬件流控软件流控,Confidential,Flow Control,使对方设备暂停数据发送的方法,数据还没处理完,暂停发送数据,Confidential,Flow Control,流控是用来在两个数据传输速度不同的设备中控制数据流量的技术(如PLC和RS-232界面连接)。流控的数据流控制功能确保2台设备互相通讯,避免数据丢失。软件方法:XON/XOFF硬件方法:RTS/CTS,Confidential,PC 1,P
15、C 2,RTS,RTS,*RTS stop to transmit data.,硬件流控,Confidential,软件流控,Confidential,硬件流控 vs 软件流控,MOXA的产品都支持硬件流控和软件流控.,Confidential,串口效能,FIFOMU860Throughput,Confidential,FIFO,FIFO(先进先出)串口数据收发的缓冲区,Data,Data,Data,CPU,Data,Data,Data,Data,Data,Data,Data,CPU,Data,Data,Data,16Byte FIFO,128Byte FIFO,占用CPU的频率大不一样,Co
16、nfidential,FIFO,FIFO是用来描述缓存的特定术语,FIFO缓存根据数据接收的顺序来发送数据,并用来降低处理芯片UART(如用在串口通讯的16C550C)的负载,First In Last Out,Confidential,UART(MU860),UART芯片控制串口通讯设备的数据传送与接收。它把RS-232/422/485中的串行数据转换成并行数据传给PCMU 860-自主研发的专用串口通信芯片集成8Port URAT&PCI Bridge,Confidential,超级引擎MU860,高数据吞吐率128Byte FIFO,Confidential,Throughput(数据吞
17、吐量),吞吐量是指数据传输的效能,它是一段时间内实际上传输了多少字符的标准。吞吐量的提升要依靠于CPU、内存、相互通讯的设备的效能,测量方法也同样依靠操作系统的效能。吞吐量通常的单位也是bps(位每秒)。Moxa的Universal PCI(8port)超过700 Kbps数据吞吐量,效能全球第一 Moxa的Universal PCI(4port)超过800 Kbps数据吞吐量,效能全球第一,Confidential,卡片通信效能对比,Throughput(Bytes/s)&CPU Usage(average),注:此测试中的数据源自 PCOMM Pro Performance Analyze
18、r程序;,Confidential,接口保护,ESDSurgeIsolation Protection,Confidential,ESD保护,ESD(Electro Static Discharge)静电放电现象ESD保护 即为静电放电保护,静电无处不在,防为上策,Confidential,Surge Protection 浪涌保护,浪涌(Surge 也叫突波),是超出正常工作电压的瞬间过电压.,1ms,2ms,5v,0,1000v,Confidential,Surge Protection 浪涌保护,原理因闪电、静电放电及其他形式产生的瞬间强电压,或周围磁场突变感应到信号连接线路的一种异常电
19、压,在接口接收处加保护措施以防止设备內部元件烧坏.ESD vs.EFTESD(静电保护):这是一个发生在时间很短,但电压很高电流较小的异常情況 EFT(连续性恒定异常电压保护):这是一种受到一段恒定连续电压的干扰保护,电压不及ESD高,但時間較長.所以能量也很大.,Confidential,浪涌保护 vs ESD保护,注:我们的绝大多数产品的串口都支持15KV的ESD保护.,Confidential,光电隔离保护,用光的方式把信号隔离开,发光器件,感光器件,Data,Data,光信号,光电隔离元件,PCB Board,Confidential,光电隔离保护-Isolation Protecti
20、on,原理由于电线两端的地电压不同,长距离连接的通讯设备会因电压不匹配而造成损坏隔离保护会在线的两端使用光电隔离元件来保护两端的设备不被损坏Surge Protection vs.Isolation Surge:瞬间异常电压引起的损坏 Isolation:两端共地不良,EMI及纹波干扰引起的损坏.,Confidential,光电隔离的作用,消除两端设备间因地电压差造成的放电,RS-485 2线,GND电平为 0V,PC的GND电平为 60V,光电隔离,1000m,Confidential,光电隔离的作用,隔离干扰信号,RS-485 2线,光电隔离,大功率电机,强电,Confidential,M
21、OXA光电隔离器,Confidential,MOXA产品知识,Confidential,完整的设备联网解决方案,Confidential,MOXA产品知识,串口卡智能型非智能型USB转串口转换器串口连网服务器NPort 5000系列NPort 6000系列,Confidential,总线,ISA-PCI-PCI-X-PCI Express(PCIe),ISA1988,PCI1992,1980,1990,2000,PCIe2003,PCI-X1998,33M/66MHz,266M/533MHz66M/133MHz,2.5GHz,1M/4MHz,2GI/O,2.5GI/O,3GI/O,Confid
22、ential,MOXA串口卡命名规则,Confidential,MOXA串口卡命名规则-CA系列,Confidential,智能型卡特点,C320每块卡最多可达32口,单机最多128口,高速率:C320 460.8Kbps,C218 921.6Kbps自带精简指令集CPU、512KB Ram,可有效的降低CPU占用率提供ISA版本和PCI版本,Confidential,智能型多用戶卡架構,CPU,16K RAM(Firmware),CPU,512K RAM(Firmware),(Dumb Part),PC,Intelligent Control Board,UARTsT/Rs er,(Inte
23、lligent Part),ASIC&ICs,(Internal BUS),(PC BUS),IRQ,MemoryAddress,Confidential,智能型多用戶卡架構 Memory Mapping,Memory Mapping:主存映射頁切換模式Internal Input/Output Buffer Size,PC主存,Moxa RAM 512KB,16KB,.01000111,.01000111,C8000,CBFFF,Confidential,智能型多用戶卡架構 High-Performance vs.Classic,兩者差異:AP在資料傳輸的回覆時間差異簡介 High-Perf
24、ormance 模式Driver將資料搬入Memory後就算完成傳輸,並釋放CPU控制權 Classic 模式Driver需等資料完成傳輸後才會釋放CPU控制權Moxa智能型產品特色功能,Confidential,非智能型卡特点,高速率921.6Kbps128Byte FIFO(MU860)使用户以非智能卡的价格得到近似于智能卡的传输性能自带15KV(ESD)自带LED(串口数据收/发闪烁)两线485硬件实现ADDC(自动数据流向控制)自带终端电阻适应所有PCI总线,有低档板设计版本,Confidential,非智能型多用戶卡架构,PCI/ISA BUS,ASIC DeCode,UART Pr
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