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串口引腳定義及協(xié)議說(shuō)明
2020/12/15 20:27:59

串口引腳定義及協(xié)議說(shuō)明

串口通訊,又經(jīng)常被稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊或者PtP通訊,是工業(yè)設(shè)備中的一種非常通用的通訊方式,常用于獲取相對(duì)遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。

串行通信,通常利用RS232C或者RS485電氣接口,實(shí)現(xiàn)ASCII碼或者M(jìn)odbus通訊;其特點(diǎn)是通信線(xiàn)路簡(jiǎn)單,成本較低,用于解決不同廠(chǎng)商產(chǎn)品之間節(jié)點(diǎn)少、數(shù)據(jù)量小、通訊速率低、實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合,如過(guò)程儀表、變頻器、連接掃描儀、條碼閱讀器等帶有串行通訊接口的設(shè)備,CP卡加載通訊協(xié)議后,還可以和支持Modbus協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表通訊。

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備相互通訊,通訊雙方的通訊接口和通訊協(xié)議要一致,最基本的串行通訊的數(shù)據(jù)幀格式和波特率也要匹配。

西門(mén)子串行通訊支持的數(shù)據(jù)幀格式:

  • 起始位:1位;
  • 數(shù)據(jù)位:7/8位;
  • 校驗(yàn)位:1位奇/偶校驗(yàn)位,或者沒(méi)有校驗(yàn)位;
  • 停止位:1/2位。

凡是符合這些格式的串行通信設(shè)備,理論上都可以相互通信。

支持的通訊接口

常用的串行數(shù)據(jù)接口有:RS232C 和 RS485/422。RS-232C、RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)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,在此基礎(chǔ)上用戶(hù)可以建立自己的高層通信協(xié)議。

注意: 接口和協(xié)議是兩個(gè)概念。

RS232C接口

RS-232C 是低速率的單端串行通訊,RS-232C 采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊。

1.RS232C 通訊接口特點(diǎn)

  • RS-232采取不平衡傳輸方式,其收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地,抗共模干擾能力差;
  • 近距離通訊,最大通信距離15m;
  • 只能用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即一對(duì)收/發(fā)設(shè)備)通訊。

2. RS232C 接口定義

RS232C并未定義連接器的物理特性,不同類(lèi)型的連接器引腳定義也各不相同,其中9針和25針的引腳定義對(duì)照,如圖 1 所示。

圖1 RS232C 串口管腳定義

最為簡(jiǎn)單且常用的是三線(xiàn)制接法,即Txd,Rxd和地線(xiàn)三根,如上圖中紅色(2,3)和紫色(5)三個(gè)針腳。

RS422/485 接口

RS-422/485 改進(jìn) RS-232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)。

1.RS422/485接口特點(diǎn)

  • RS-422、RS-485與RS-232不一樣,數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式,也稱(chēng)作平衡傳輸;
  • 平衡傳輸抗干擾能力更強(qiáng),使傳輸距離更遠(yuǎn),通訊距離最長(zhǎng)1200米;
  • 可以連接多個(gè)設(shè)備,RS422總線(xiàn)可支持10個(gè)節(jié)點(diǎn)(單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向傳輸),RS485可支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)(多點(diǎn)、雙向通訊能力);
  • 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線(xiàn)型結(jié)構(gòu),不支持星型或樹(shù)形;
  • 傳輸距離超過(guò)50米,需要在兩端加終端電阻330歐姆(推薦用LIYCY電纜);

2.RS422/485接口定義

RS422/485 的端口有9針、15針,CP340/341/440/441的接口是15針,如圖 2 所示。

圖2 RS422/485 串口管腳定義

常用支持協(xié)議

常用的協(xié)議類(lèi)型

  • ASCII 協(xié)議,又稱(chēng)自由口
  • Modbus 協(xié)議

ASCII 協(xié)議

ASCII 協(xié)議通過(guò)通訊處理器和通訊伙伴之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接控制數(shù)據(jù)傳輸。

由于消息的結(jié)構(gòu)完全由用戶(hù)定義,用戶(hù)可以以 ASCII 協(xié)議為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)自己的消息。在接收方只需要定義接收消息的結(jié)束方式,發(fā)送接收雙方協(xié)商一致。

ASCII 驅(qū)動(dòng)程序允許發(fā)送和接收任何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)(所有可打印的 ASCII 碼表字符符以及從 00 到 FFH [帶有 8 個(gè)數(shù)據(jù)位字符幀] 的所有其它字符或從 00 到 7FH [帶有 7 個(gè)數(shù)據(jù)位字符幀]的所有其它字符)。

ASCII協(xié)議適用于與支持串行通信的智能儀表、條形碼閱讀器、掃描儀、打印機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通訊。

MODBUS 協(xié)議

MODBUS RTU 通信協(xié)議是以主從的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,主?dòng)方發(fā)送請(qǐng)求,被動(dòng)方響應(yīng)請(qǐng)求,應(yīng)答的方式。

在傳輸?shù)倪^(guò)程中主站是主動(dòng)方,即主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文到從站;從站是被動(dòng)方,即如果正常從站返回正常響應(yīng)報(bào)文,如果故障從站返回異常響應(yīng)報(bào)文,如圖 3 所示。

圖3 MODBUS 請(qǐng)求響應(yīng)報(bào)文格式

MODBUS 系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)交換需要通過(guò)功能代碼(Function Code)來(lái)控制的,具體分以下兩類(lèi)。

有些功能碼是對(duì)位操作的,通信的用戶(hù)數(shù)據(jù)是以位為單位的:

  • FC01讀輸出位的狀態(tài);
  • FC02讀輸入位的狀態(tài);
  • FC05寫(xiě)單個(gè)輸出位;
  • FC15寫(xiě)多個(gè)輸出位。

有些功能碼是對(duì)16位寄存器操作的,通信的用戶(hù)數(shù)據(jù)是以字為單位的:

  • FC03讀輸出寄存器;
  • FC04讀輸入寄存器;
  • FC06寫(xiě)單個(gè)輸出寄存器;
  • FC16寫(xiě)多個(gè)輸出寄存器。

這些功能碼是對(duì)四個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)位輸入、位輸出、寄存器輸入、寄存器輸出進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的,如圖 4 所示。

圖4 訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)區(qū)

Modbus地址由起始的數(shù)據(jù)類(lèi)型代號(hào)和地址偏移量組成。功能碼決定對(duì)Modbus地址進(jìn)行操作類(lèi)型,其可根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型和個(gè)數(shù)來(lái)決定,如圖 5 所示。

圖5 MODBUS 地址對(duì)應(yīng)關(guān)系

注意:在傳輸消息楨中,用戶(hù)使用的地址是0為基準(zhǔn),而對(duì)應(yīng)的Modbus地址是1為基準(zhǔn),如FC16功能碼時(shí)以16進(jìn)制的0000為起始地址,對(duì)應(yīng)的寄存器是從40001開(kāi)始。

MODBUS RTU 傳輸模式:消息楨中的每個(gè)8位分成2個(gè)4位16進(jìn)制的字符。

每個(gè)字符幀格式(11位),如圖 6 所示。

圖6 字符幀格式

注意:如果無(wú)奇偶校驗(yàn)位,停止位是2位。

消息幀格式,如圖 7 所示。

圖7 消息幀格式

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