常用通信接口统一标准等

GPIB一、简介：GPIB（General-PurposeInterfaceBus）-通用接口总线，大多数打印机就是通过GPIB线以及GPIB接口与电脑相连。1965年惠普公司设计HP-IB1975年HP-IB变成IEEE-488原则1987年IEEE488.2被采纳，IEEE488-1978变成IEEE488.1-19871990年SCPI规范被引入IEEE488仪器1992年修订IEEE488.21993年NI公司提出HS4881965年，惠普公司（Hewlett-Packard）设计了惠普接口总线（HP-IB，用于连接惠普计算机和可编程仪器.由于其高转换速率（普通可达1Mbytes/s），这种接口总线得到普遍承认，并被接受为IEEE原则488-1975和ANSI/IEEE原则488.1-1987.日后，GPIB比HP-IB名称用得更广泛.ANSI/IEEE488.2-1987加强了本来原则，精准定义了控制器和仪器通讯方式.可编程仪器原则命令（StandardCommandsforProgrammableInstruments，SCPI）采纳了IEEE488.2定义命令构造,创立了一整套编程命令二、接口与总线接口某些是由各种逻辑电路构成，与各仪器装置安装在一起，用于对传播信息进行发送、接受、编码和译码；总线某些是一条无源多芯电缆，用做传播各种消息。将具备GPIB接口仪器用GPIB总线连接起来原则接口总线系统。在一种GPIB原则接口总线系统中，要进行有效通信联系至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。讲者是通过总线发送仪器消息仪器装置（如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一种GPIB系统中，可以设立各种讲者，但在某一时刻，只能有一种讲者在起作用。听者是通过总线接受由讲者发出消息装置（如打印机、信号源等），在一种GPIB系统中，可以设立各种听者，并且容许各种听者同步工作。控者是数据传播过程中组织者和控制者，例如对其她设备进行寻址或容许“讲者”使用总线等。控者普通由计算机担任，GPIB系统不容许有两个或两个以上控者同步起作用。三、接口系统基本特性（1）可以用一条总线互相连接若干台装置，以构成一种自动测试系统。系统中装置数目最多不超过15台，互连总线长度不超过20m。（2）数据传播采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步传播方式，其最大传播速率不超过1兆字节每秒。?（3）总线上传播消息采用负逻辑。低电平（≤+0.8V）为逻辑“1”，高电平（≥+2.0V）为逻辑“0”。（4）地址容量。单字节地址：31个讲地址，31个听地址；双字节地址：961个讲地址，961个听地址。（5）普通合用于电气干扰轻微实验室和生产现场。四、应用咱们使用一台计算机，通过GPIB控制卡可以实现和一台或多台仪器听、讲、控功能，并构成仪器系统，使咱们测试和测量工作变得快捷，简便，精准和高效。通过GPIB电缆连接，可以以便地实现星型组合、线型组合或者两者组合。与GPIB相应是一种工程控制用合同，最初由HP公司提出，当前成为一种国际原则，遵守合同为IEEUSB接口高性能IEEE-488GPIB卡(2张)E488。普通被用来使用任何编程语言如VB、Vc、C++实现电脑对仪器控制。固然也有某些仪器制造商自己开发语言支持GPIB。如keithley公司使用testpoint，NI公司Labview等。实现这种控制一方面要被控仪器支持GPIB，另一方面，工控机安装IEEE488卡，并通过gpib线连接两个设备。GPIB比串口控制提高了传播速率和同步支持设备总数。但是当前已经被传播速率更快支持设备总数更多lan接口代替。RS232RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定用于串行通讯原则。它全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据互换接口技术原则”。该原则规定采用一种25个脚DB25连接器，对连接器每个引脚信号内容加以规定，还对各种信号电平加以规定。随着设备不断改进，浮现了代替DB25DB9接口，当前都把RS232接口叫做DB9。一、简介RS-232是当前主流串行通信接口之一。由于RS232接口原则浮现较早，难免有局限性之处，重要有如下四点：（1）接口信号电平值较高，易损坏接口电路芯片。RS232接口任何一条信号线电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-5—-15V；逻辑“0”：+5—+15V，噪声容限为2V。即规定接受器能辨认低至+3V信号作为逻辑“0”，高到-3V信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）传播速率较低，在异步传播时，波特率为20Kbps；因而在“南方老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个因素。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地传播形式，这种共地传播容易产生共模干扰，因此抗噪声干扰性弱。（4）传播距离有限，最大传播距离原则值为50英尺，事实上也只能用在15米左右。二、接口定义RS232（DB9）1DCD载波检测2RXD接受数据3TXD发送数据4DTR数据终端准备好5SG信号地6DSR数据准备好7RTS祈求发送8CTS容许发送9RI振铃提示RS232（DB25）1频蔽地线\o"查看图片"

2TXD发送数据3RXD接受数据4RTS祈求发送5CTS容许发送6DSR数据准备好7SG信号地8DCD载波检测9发送返回(+)10未定义11数据发送(-)12~17未定义18数据接受(+)19未定义20数据终端准备好DTR21未定义22振铃RI23~24未定义25接受返回(-)原则细节在RS-232原则中，字符是以一串行比特串来一种接一种串行（serial）方式传播，长处是传播线少，配线简朴，传送距离可以较远。最惯用编码格式是异步起停（asynchronousstart-stop）格式，它使用一种起始比特背面紧跟7或8个数据比特（bit），然后是可选奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。因此发送一种字符至少需要10比特，带来一种好效果是使所有传播速率，发送信号速率以10划分。一种最寻常代替异步起停方式是使用高档数据链路控制合同（HDLC）。在RS-232原则中定义了逻辑一和逻辑零电压级数，以及原则传播速率和连接器类型。信号大小在正和负3－15v之间。RS-232规定接近零电平是无效，逻辑一规定为负电平，有效负电平信号状态称为传号marking，它功能意义为OFF，逻辑零规定为正电平，有效正电平信号状态称为空号spacing，它功能意义为ON。依照设备供电电源不同，±5、±10、±12和±15这样电平都是也许。mark和space是从电传打字机中来术语。电传打字机原始通信是一种简朴中断直流电路模式，类似与圆转盘电话拨号中信号。Marking状态是指电路是断开，spacing状态就是指电路是接通。一种space就表白有一种字符要开始发送了，相应停止时候，停止位就是marking。当线路中断时候，电传打字机不打印任何有效字符，周期性持续收到全零信号RS-232设计之初是用来连接调制解调器做传播之用，也因而它脚位意义普通也和调制解调器传播关于。RS-232设备可以分为数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment，Forexample，PC）和数据通信设备（DCE，DataCommunicationEquipment）两类，这种分类定义了不同线路用来发送和接受信号。普通来说，计算机和终端设备有DTE连接器，调制解调器和打印机有DCE连接器。但是这样说并不是总是严格对的，用配线分接器测试连接，或者用试误法来判断电缆与否工作，经常需要参照有关文献阐明。RS-232指定了20个不同信号连接，由25个D-sub（微型D类）管脚构成DB-25连接器。诸多设备只是用了其中一小某些管脚，出于节约资金和空间考虑不少机器采用较小连接器，特别是9管脚D-sub或者是DB-9型连接器被广泛使用绝大多数自IBMAT机之后PC机和其她许多设备上。DB-25和DB-9型连接器在大某些设备上是雌型，但不是所有都是这样。近来，8管脚RJ-45型连接器变得越来越普遍，尽管它管脚分派相差很大。EIA/TIA561原则规定了一种管脚分派办法，但是由DaveYost创造被广泛使用在Unix计算机上Yost串连设备配线原则（"YostSerialDeviceWiringStandard"）以及其她诸多设备都没有采用上述任一种连线原则。下表中列出是被较多使用RS-232中信号和管脚分派：DB9Male(PinSide)DB9Female(PinSide)--------------------------\12345/\54321/\6789/\9876/------------------信号DB-25DB-9EIA/TIA561Yost公共接地7544,5发送数据（TD）2363接受数据（RD）3256数据终端准备（DTR）20432数据准备好（DSR）6617祈求发送（RTS）4781清除发送（CTS）5878数据载波检测（DCD）8127振铃批示（RI）2291－TXDDTE->DCEDTESENDDATARXDDCE->DTEDTERECEIVEDATARTSDTE->DCEDTEREQUESTSENDCTSDCE->DTEACKTODTE'SRTSDSRDCE->DTEDCEISREADYGNDDCDDCE->DTEDCDETECTEDDTRDTE->DCEDTEISREADYRIDCE->DTERINGINDICATION信号标注是从DTE设备角度出发，TD、DTR和RTS信号是由DTE产生，RD、DSR、CTS、DCD和RI信号是由DCE产生。接地信号是所有连接都公共，在Yost原则中接地信号外部有两个管脚事实上是同一种信号。如果两个通信设备距离相差很远或者是有两个不同供电系统供电，那么地信号在两个设备间会不同样，从而导致通信失败，跟踪描述这样情形是很困难。三、电缆由于RS-232实现中各种不同和矛盾，要决定使用哪个适当电缆来连接两个通信设备不是一件非常容易事。用同一种类型连接器来连接DCE和DTE设备需要直接电缆还要有适当终点。凹凸转换器被用于电缆和连接器间解决性别失配问题。用不同连接器来连接设备需要依照上表，用不同电缆来连接相应管脚。电缆一端9管脚，另一端25管脚是很普通，生产以RJ-45型为连接器设备厂家普通都会提供DB-25或者DB-9型接头电缆（有时候则是接头可互换电缆，可供各种设备工作）。连接两个DTE设备需要一种虚拟调制解调器来充当DCE互换相应信号（TD-RD，DTR-DSR，andRTS-CTS）。这个可以由单独设备加上两根电缆或者用一根电缆来完毕。Yost原则里虚拟调制解调器是一种全反线，它把一种端口1到8号管脚翻转和另一种端口8到1号管脚相连接（不要和以太网反绞线混淆，以太网反绞线接线是非常不同）。为了配备和诊断RS-232电缆，可以采用配线分接器。配线分接器有凹凸RS-232连接器，可以内嵌式连接线路，并且提供相应每个管脚显示灯，还可以各种配备方式连接管脚。RS-232电缆和诸多连接器都可以在电子产品商店找到，电缆也许是3到25个管脚，典型应用是4到6个管脚。平RJ（电话线类型）电缆可以和专门RJ-RS-232连接器一起使用，后者是最容易配备连接器。双向接口可以只需要3根线制作是由于RS-232所有信号都共享一种公共接地。非平衡电路使得RS-232非常容易受两设备间基点电压偏移影响。对于信号上升期和下降期，RS-232也只有相对较差控制能力，很容易发生串话问题。RS-232被推荐在短距离（15m以内）间通信。由于非对称电路关系，RS-232接口电缆普通不是由双绞线制作。有些设备也需要“握手”合同，例如，20号管脚普通用于批示“设备就绪”。管脚也可是跳过或者从连接器接回。例如设备A一种管脚发送信号询问对方“你准备好了吗？”如果设备B没有发送这样批示信号。公共握手管脚为20、8、4和6。四、设立串行通信在软件设立里需要做多项设立，最常用设立涉及波特率（BaudRate）、奇偶校验（ParityCheck）和停止位（StopBit）。波特率（又称鲍率）：是指从一设备发到另一设备波特率，即每秒钟多少比特bitspersecond(bit/s)。典型波特率是300，1200，2400，9600，115200，19200等bit/s。普通通信两端设备都要设为相似波特率，但有些设备也可以设立为自动检测波特率。奇偶校验（Parity：是用来验证数据对的性。奇偶校验普通不使用，如果使用，那么既可以做奇校验（OddParity）也可以做偶校验（EvenParity）。奇偶校验是通过修改每一发送字节（也可以限制发送字节）来工作。如果不作奇偶校验，那么数据是不会被变化。在偶校验中，由于奇偶校验位会被相应置1或0（普通是最高位或最低位），因此数据会被变化以使得所有传送数位（含字符各数位和校验位）中“1”个数为偶数；在奇校验中，所有传送数位（含字符各数位和校验位）中“1”个数为奇数。奇偶校验可以用于接受方检查传播与否发送生错误——如果某一字节中“1”个数发生了错误，那么这个字节在传播中一定有错误发生。如果奇偶校验是对的，那么要么没有发生错误要么发生了偶数个错误。如果顾客选取数据长度为8位，则由于没有多余比特可被用来作为同比特，因而就叫做“无位元（NonParity）”。停止位：是在每个字节传播之后发送，它用来协助接受信号方硬件重同步。RS-232在传送数据时，并不需要此外使用一条传播线来传送同步信号，就能对的将数据顺利传送到对方，因而叫做“异步传播”，简称UART(UniversalAsynchronousReceiverTransmitter)，但是必要在每一笔数据先后都加上同步信号，把同步信号与数据混和之后，使用同一条传播线来传播。例如数据11001010被传播时，数据先后就需加入Start(Low)以及Stop(High)等两个比特，值得注意是，Start信号固定为一种比特，但Stop停止比特则可以是1、1.5或者是2比特，由使用RS-232传送与接受两方面自行选取，但需注意传送与接受两者选取必要一致。在串行通信软件设立中D/P/S是常规符号表达。8/N/1（非常普遍）表白8bit数据，没有奇偶校验，1bit停止位。数据位可以设立为7、8或者9，奇偶校验位可以设立为无（N）、奇（O）或者偶（E），奇偶校验可以使用数据中比特（bit），因此8/E/1就表达一共8位数据位，其中一位用来做奇偶校验位。停止位可以是1、1.5或者2位（1.5是用在波特率为60wpm电传打字机上）。流量控制：当需要发送握手信号或数据完整性检测时需要制定其她设立。公用组合有RTS/CTS，DTR/DSR或者XON/XOFF（实际中不使用连接器管脚而在数据流内插入特殊字符）。接受方把XON/XOFF信号发给发送方来控制发送方何时发送数据，这些信号是与发送数据传播方向相反。XON信号告诉发送方接受方准备好接受更多数据，XOFF信号告诉发送方停止发送数据直到懂得接受方再次准备好。XON/XOFF普通不赞成使用，推荐用RTS/CTS控制流来代替它们。XON/XOFF是一种工作在终端间带内办法，但是必要两端都支持这个合同，并且在突然启动时候会有混淆也许。XON/XOFF可以工作于3线接口。RTS/CTS最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信，每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必要发送祈求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管RTS/CTS是通过硬件达到握手，但它有自己优势。ASR（AutomaticSendReceive）电传打字机有一种纸带读卡机。当读卡机读数据时候字符被发提交去。ASR电传打字机里收到一种XOFF字符就关掉纸带读卡机收到一种XON字符就启动纸带读卡机。当远端系统有必要减少发送放速率时就发出XOFF。在原始系统中，消息要用纸带事先准备好，传送时间才干被缩短。那时带宽非常有限并且昂贵，有时候传播不得不推迟到晚上进行，这也正推动了简要电报表达发展。在有些初期小型机中，ASR纸带读卡机和纸带穿孔器也是唯一恢复程序办法。RS485智能仪表是随着80年代初单片机技术成熟而发展起来，当前世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其因素就是公司信息化需要，公司在仪表选型时其中一种必要条件就是要具备联网通信接口。最初是数据模仿信号输出简朴过程量，日后仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后浮现RS485解决了这个问题。一、特点1.RS-485电气特性：逻辑“1”以两线间电压差为+(2~6)V表达；逻辑“0”以两线间电压差为-(2~6)V表达。接口信号电平比RS-232-C减少了，就不易损坏接口电路芯片，且该电平与TTL电平兼容，可以便与TTL电路连接。2.RS-485数据最高传播速率为10Mbps。3.RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接受器组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。4.RS-485最大通信距离约为1219m，最大传播速率为10Mb/S，传播速率与传播距离成反比，在100Kb/S传播速率下，才可以达到最大通信距离，如果需传播更长距离，需要加485中继器。RS-485总线普通最大支持32个节点，如果使用特制485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大可以支持到400个节点。二、RS485接口RS485接口构成半双工网络，普通是两线制（此前有四线制接法，只能实现点对点通信方式，现很少采用），多采用屏蔽双绞线传播。这种接线方式为总线式拓朴构造在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中普通采用是主从通信方式，即一种主机带各种从机。诸多状况下，连接RS-485通信链路时只是简朴地用一对双绞线将各个接口“A”、“B”端连接起来。RS485接口连接器采用DB-99芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接键盘接口RS485采用DB-9（针）。另有一种问题是信号地，上述连接办法在许多场合是能正常工作，但却埋下了很大隐患，这有二个因素：(1)共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式传播信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定共模电压范畴，RS-485收发器共模电压范畴为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才干正常工作。当网络线路中共模电压超过此范畴时就会影响通信稳定可靠，甚至损坏接口。(2)EMI(电磁兼容性)问题：发送驱动器输出信号中共模某些需要一种返回通路，如没有一种低阻返回通道（信号地），信号中共模某些就会以辐射形式返回源端，整个总线就会像一种巨大天线向外辐射电磁波。由于PC机默认只带有RS232接口，有两种办法可以得到PC上位机RS485电路：（1）通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于状况比较复杂工业环境最佳是选用防浪涌带隔离珊产品。（2）通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS485类型扩展卡。三、RS485电缆在低速、短距离、无干扰场合可以采用普通双绞线，反之，在高速、长线传播时，则必要采用阻抗匹配（普通为120Ω）RS485专用电缆（STP-120Ω（forRS485&CAN）onepair18AWG），而在干扰恶劣环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆（ASTP-120Ω（forRS485&CAN）onepair18AWG）。在使用RS485接口时，对于特定传播线路，从RS485接口到负载其数据信号传播所容许最大电缆长度与信号传播波特率成反比，这个长度数据重要是受信号失真及噪声等影响所影响。理论上，通信速率在100Kbps及如下时，RS485最长传播距离可达1200米，但在实际应用中传播距离也因芯片及电缆传播特性而所差别。在传播过程中可以采用增长中继办法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485最大传播距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传播，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一种光电转换器，多模光纤传播距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里传播距离。四、RS485布网网络拓扑普通采用终端匹配总线型构造，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点：（1）采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点引出线长度应尽量短，以便使引出线中反射信号对总线信号影响最低。有些网络连接尽管不对的，在短距离、低速率仍也许正常工作，但随着通信距离延长或通信速率提高，其不良影响会越来越严重，重要因素是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会导致信号质量下降。（2）应注意总线特性阻抗持续性，在阻抗不持续点就会发生信号反射。下列几种状况易产生这种不持续性：总线不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长分支线引出到总线。在RS485组网过程中另一种需要注意问题是终端负载电阻问题，在设备少距离短状况下不加终端负载电阻整个网络能较好工作，但随着距离增长性能将减少。理论上，在每个接受数据信号中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在事实上难以掌握，美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性原则可以用来判断在什么样数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传播所需时间3倍以上时就可以不加匹配。普通终端匹配采用终端电阻办法，RS-485应在总线电缆开始和末端都并接终端电阻。终端电阻在RS-485网络中取120Ω。相称于电缆特性阻抗电阻，由于大多数双绞线电缆特性阻抗大概在100～120Ω。这种匹配办法简朴有效，但有一种缺陷，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格系统不太适合。此外一种比较省电匹配方式是RC匹配。运用一只电容C隔断直流成分可以节约大某些功率。但电容C取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。尚有一种采用二极管匹配办法，这种方案虽未实现真正“匹配”，但它运用二极管钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改进信号质量目，节能效果明显。近来两年某些公司基于某些公司信息化实行已完毕，工厂中已经铺设了延伸到车间每个办公室、控制室局域网现状，推出了串口服务器来取代多串口卡，这重要是运用公司已有局域网资源减少线路投资，节约成本，相称于通过tcp/ip把多串口卡放在了现场。五、传播电缆长度在使用RS485接口时，对于特定传播线经，从发生器到负载其数据信号传播所容许最大电缆长度是数据信号速率函数，这个长度数据重要是受信号失真及噪声等影响所限制。下图所示最大电缆长度与信号速率关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线径为0.51mm），线间旁路电容为52.5PF/M，终端负载电阻为100欧时所得出。（曲线引自GB11014-89附录A）。由图中可知，当数据信号速率减少到90Kbit/S如下时，假定最大容许信号损失为6dBV时，则电缆长度被限制在1200M。事实上，图中曲线是很保守，在实用时是完全可以获得比它大电缆长度。当使用不同线径电缆。则获得最大电缆长度是不相似。例如：当数据信号速率为600Kbit/S时，采用24AWG电缆，由图可知最大电缆长度是200m，若采用19