串行通信協(xié)議基本簡介

最被人們熟悉的串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是EIA-232、EIA-422和EIA-485，也就是以前所稱的RS-232、RS-422和RS-485。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以"RS"作為前綴，所以在工業(yè)通信領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。

EIA-232、EIA-422和EIA-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制訂并發(fā)布的，EIA-232在1962年發(fā)布，后來陸續(xù)有不少改進(jìn)版本，其中最常用的是EIA-232-C版。

目前EIA-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。EIA-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。EIA-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，EIA-232的傳送距離要求可達(dá)50英尺(約15米)，最高速率為20kbps。

由于EIA-232存在傳輸距離有限等不足，于是EIA-422誕生了。EIA-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是"平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性"，它定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺(約1219米)，并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。當(dāng)然，EIA-422也有缺陷: 因?yàn)槠淦胶怆p絞線的長度與傳輸速率成反比，所以在100kbps速率以內(nèi)，傳輸距離才可能達(dá)到最大值，也就是說，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。一般在100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。另外有一點(diǎn)必須指出，在EIA-422通信中，只有一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Slave)，從設(shè)備之間不能進(jìn)行通信，所以EIA-422支持的是點(diǎn)對多點(diǎn)的雙向通信。

為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA于1983年在EIA-422基礎(chǔ)上制定了EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。

由于EIA-485是從EIA-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以EIA-485許多電氣規(guī)定與EIA-422相仿，如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻、最大傳輸距離約為1219米、最大傳輸速率為10Mbps等。但是，EIA-485可以采用二線與四線方式，采用二線制時(shí)可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時(shí)，與EIA-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)通信，但它比EIA-422有改進(jìn)， 無論四線還是二線連接方式總線上可接多達(dá)32個(gè)設(shè)備。

由于EIA-232、EIA-422與EIA-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容規(guī)定比較簡單，在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此，這些串行通信技術(shù)應(yīng)用很廣，如錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及許多工業(yè)控制設(shè)備上都配備有EIA-232串行通信接口。

幾十年不變的串行通信技術(shù)近兩年被打破了，打破堅(jiān)冰的技術(shù)就是USB。USB接口的出現(xiàn)在工業(yè)通信領(lǐng)域的反映很冷淡，然而在IT界的反響卻十分強(qiáng)烈。如今在計(jì)算機(jī)外聯(lián)的設(shè)備中，越來越多的設(shè)備開始使用USB接口。

IT新銳-USB

USB是英文 Universal Serial Bus 的縮寫，翻譯成中文的含義是"通用串行總線"。

從技術(shù)上看，USB是一種串行總線系統(tǒng)，它的最大特性是支持即插即用和熱插拔功能。在Windows 2000的操作系統(tǒng)中，任何一款標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備可以在任何時(shí)間、任何狀態(tài)下與計(jì)算機(jī)連接，并且能夠馬上開始工作。

USB誕生于1994年，是由康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在統(tǒng)一外設(shè)接口，如打印機(jī)、外置Modem、掃描儀、鼠標(biāo)等的接口，以便于用戶進(jìn)行便捷的安裝和使用，逐步取代以往的串口、并口和PS/2接口。

發(fā)展至今，USB共有三種標(biāo)準(zhǔn):1996年發(fā)布的USB1.0，1998年發(fā)布的USB1.1以及剛剛發(fā)布的最新標(biāo)準(zhǔn)USB2.0。此三種標(biāo)準(zhǔn)最大的差別就在于數(shù)據(jù)傳輸速率方面，當(dāng)然，在其他方面也有不同程度的改進(jìn)。就目前的USB2.0而言，其傳輸速度可以達(dá)到480Mbps，最多可以支持127個(gè)設(shè)備。

目前在IT領(lǐng)域，USB接口可謂春風(fēng)得意。人們在市場上可以看到，每一款計(jì)算機(jī)主板都帶有不少于2個(gè)USB接口，USB打印機(jī)、USB調(diào)制解調(diào)器、USB鼠標(biāo)、USB音箱、USB存儲(chǔ)器等產(chǎn)品越來越多，USB接口已經(jīng)占據(jù)了串行通信技術(shù)的壟斷地位。

但是，在工業(yè)領(lǐng)域，使用USB接口的產(chǎn)品則甚為少見。在工業(yè)領(lǐng)域，人們更要求產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，目前，EIA標(biāo)準(zhǔn)下的串行通信技術(shù)完全可以滿足人們對工業(yè)設(shè)備傳輸?shù)母鞣N性能要求，而且，這些產(chǎn)品價(jià)格非常低廉。相比之下，USB價(jià)格較高，并且其即插即用的功能在工業(yè)通信中沒有優(yōu)勢。因?yàn)楣I(yè)設(shè)備一般連接好以后很少進(jìn)行重復(fù)插拔，USB特性的優(yōu)越性不能很好地被體現(xiàn)出來，也就得不到工業(yè)界的普遍認(rèn)可。因此，在工業(yè)領(lǐng)域，EIA標(biāo)準(zhǔn)依然占據(jù)統(tǒng)治地位。

目前，還有一項(xiàng)串行通信技術(shù)受到人們的關(guān)注，這就是IEEE 1394，這項(xiàng)技術(shù)雖然還沒有普及，但是，人們對它的前景十分看好。

未來之星-IEEE 1394

IEEE 1394是一種與平臺(tái)無關(guān)的串行通信協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)速度分為100Mbps、200Mbps和400Mbps，是IEEE(電氣與電子工程師協(xié)會(huì))于1995年正式制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。目前，1394商業(yè)聯(lián)盟正在負(fù)責(zé)對它進(jìn)行改進(jìn)，爭取未來將速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps這三個(gè)檔次。相比于EIA接口和USB接口，IEEE 1394的速度要高得多，所以，IEEE 1394也稱為高速串行總線。

IEEE 1394提供了一種高速的即插即用總線。接入這條總線，各種外設(shè)便不再需要單獨(dú)供電，它也支持等時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，是將計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電器連接起來的重要橋梁。例如，用戶可以在計(jì)算機(jī)上接駁一部數(shù)字VCR，把它當(dāng)作一個(gè)普通的外設(shè)使用，既可用來播放電影，亦可以錄制在計(jì)算機(jī)上編輯視頻流。除此以外，帶有IEEE 1394接口的DV(數(shù)字視頻)攝影機(jī)和數(shù)字衛(wèi)星接收器目前均已上市。由于速度非常快，所以它是消費(fèi)類影音(A/V)電器、存儲(chǔ)、打印、高分辨率掃描和其他便攜設(shè)備的理想選擇。

從技術(shù)上看，IEEE 1394具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，它是一種純數(shù)字接口，在設(shè)備之間進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^程中，數(shù)字信號(hào)不用轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，從而不會(huì)帶來信號(hào)損失;其次，速度很快，1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度可以非常好地傳輸高品質(zhì)的多媒體數(shù)據(jù)，而且設(shè)備易于擴(kuò)展，在一條總線中，100Mbps、200Mbps和400Mbps的設(shè)備可以共存;另外，產(chǎn)品支持熱插拔，易于使用，用戶可以在開機(jī)狀態(tài)下自由增減IEEE 1394接口的設(shè)備，整個(gè)總線的通信不會(huì)受到干擾。

也許有人會(huì)問，采用并行方式不是可以達(dá)到更高的傳輸速度嗎?例如，包含了8根線芯的一條并行電纜和一條串行電纜相比，前者的速度可以是后者的8倍。從理論上看的確如此，但是在實(shí)際使用時(shí)，人們還要考慮其他許多因素。例如，在并行電纜的多股線芯之間，電子干擾比較厲害; 速度較高的時(shí)候，線芯之間的同步也是一個(gè)問題; 總線的問題則更加復(fù)雜。而各種IEEE 1394可通過菊花鏈的形式連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然，由于成本原因，它只適合組成一個(gè)小網(wǎng)，而且內(nèi)含的設(shè)備都是家用電器和計(jì)算機(jī)外設(shè)之類的東西，不適合組建一個(gè)真正的"計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)"。但它在一條總線內(nèi)可以連接大量設(shè)備(最多63個(gè))，數(shù)據(jù)的傳輸?shù)玫綐O大簡化，不僅需要的命令集被精簡了，而且只需針對一個(gè)地址直接進(jìn)行讀寫。

目前支持IEEE 1394的產(chǎn)品有臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、高精度掃描儀、數(shù)字視頻(DV)攝影機(jī)、數(shù)碼音箱(SA2.5)、數(shù)碼相機(jī)等。

CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN)，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)"減少線束的數(shù)量"、"通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

第1章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1.1 數(shù)據(jù)通信概述

1.1.1 數(shù)據(jù)通信概念及特點(diǎn)

1.1.2 數(shù)據(jù)通信研究的內(nèi)容

1.1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2 通信協(xié)議

1.2.1 通信協(xié)議的概念

1.2.2 通信協(xié)議的內(nèi)容和功能

1.2.3 串行通信協(xié)議

1.3 數(shù)據(jù)傳輸模式

1.3.1 串行和并行傳輸

1.3.2 異步和同步傳輸

1.3.3 雙工通信

1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1.4.1 傳輸速率

1.4.2 誤碼率

1.4.3 可靠度

1.4.4 功率利用率和頻帶利用率

1.4.5 標(biāo)準(zhǔn)性

1.4.6 通信建立時(shí)間

1.4.7 其它指標(biāo)

1.5 數(shù)據(jù)傳輸媒質(zhì)

1.5.1 有線傳輸媒質(zhì)

1.5.2 無線傳輸媒質(zhì)

第2章 數(shù)據(jù)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù)及應(yīng)用

2.1 調(diào)制解調(diào)技術(shù)原理

2.1.1 引言

2.1.2 數(shù)字振幅調(diào)制

2.1.3 數(shù)字頻率調(diào)制

2.1.4 數(shù)字相位調(diào)制

2.2 調(diào)制解調(diào)器概述

2.2.1 調(diào)制解調(diào)器的功能

2.2.2 調(diào)制解調(diào)器的構(gòu)成

2.2.3 調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)

2.2.4 調(diào)制解調(diào)器的分類

2.3 調(diào)制解調(diào)器技術(shù)規(guī)范

2.3.1 調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)速率

2.3.2 TCM技術(shù)

2.3.3 調(diào)制解調(diào)器新技術(shù)

2.4 調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用實(shí)例

2.4.1 實(shí)例一:調(diào)制解調(diào)器芯片AM7910及其應(yīng)用

2.4.2 實(shí)例二:調(diào)制解調(diào)器芯片SSI73K222AL及其應(yīng)用

2.4.3 實(shí)例三:HART調(diào)制解調(diào)器HT2012的原理和應(yīng)用

2.4.4 實(shí)例四:嵌入式調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口及編程

2.4.5 實(shí)例五:基于MODEM的單片機(jī)與PC機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信

第3章 數(shù)據(jù)通信中的編/解碼技術(shù)及應(yīng)用

3.1 DTMF編/解碼技術(shù)

3.1.1 DTMF編/解碼技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

3.1.2 DTMF遠(yuǎn)程通信的軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用

3.1.3 DTMF編/解碼芯片在遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1.4 幾種新型DTMF編/解碼芯片的應(yīng)用實(shí)例

3.2 三態(tài)邏輯編/解碼技術(shù)

3.2.1 幾種常用的三態(tài)邏輯編/解碼芯片及其典型應(yīng)用電路

3.2.2 三態(tài)邏輯編/解碼器在PC機(jī)與單片機(jī)通信中的應(yīng)用

3.2.3 三態(tài)邏輯編/解碼器在信號(hào)檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.3 紅外遙控技術(shù)

3.3.1 紅外遙控原理

3.3.2 紅外編/解碼方法

3.3.3 幾種新型紅外編/解碼芯片及其應(yīng)用

3.4 差錯(cuò)控制技術(shù)

3.4.1 抗干擾編碼的基本概念

3.4.2 差錯(cuò)控制的基本工作方式

3.4.3 幾種常用檢錯(cuò)碼

3.4.4 數(shù)據(jù)通信中的糾錯(cuò)編碼

第4章 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及接口技術(shù)

4.1 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口

4.2 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

4.2.1 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口及電器特性

4.2.2 電平轉(zhuǎn)換芯片介紹

4.3 RS-449/423/422/485標(biāo)準(zhǔn)總線接口及其應(yīng)用

4.3.1 RS-232C接口的主要缺點(diǎn)

4.3.2 RS-422串行總線標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

4.3.3 RS-485標(biāo)準(zhǔn)

4.3.4 RS-232C、RS-422A、RS-485性能比較

4.3.5 驅(qū)動(dòng)芯片介紹

……

第5章 51單片機(jī)之間的通信技術(shù)

第6章 51單片機(jī)與PC機(jī)的通信技術(shù)

附錄A 部分常用網(wǎng)址

A.1 部分國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的網(wǎng)址

A.2 部分IC查詢站點(diǎn)

A.3 部分國外電子公司網(wǎng)址

附錄B 集成電路前綴和生產(chǎn)公司

附錄C 波特率表

參考文獻(xiàn)