一、串口的概念

　　串行接口簡(jiǎn)稱(chēng)串口，也稱(chēng)串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。串行接口（SerialInterface）是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話(huà)線作為傳輸線），從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。

　　二、串行端口的數(shù)據(jù)傳輸

　　當(dāng)今人們使用的所有計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)都支持串行端口，因?yàn)槠洹叭腭v”計(jì)算機(jī)已有數(shù)十年的歷史了。而并行端口的發(fā)明要晚得多，速度也比串行端口快得多。USB端口的歷史只有數(shù)年，它很可能在接下來(lái)的幾年內(nèi)全面取代串行端口和并行端口。

　　之所以取名為“串行”端口，是因?yàn)檫@種端口會(huì)將數(shù)據(jù)“串行化”。更具體地說(shuō)，它一次獲取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并傳輸該字節(jié)的8位。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于，串行端口只需要一條線路就能傳輸8個(gè)位，而并行端口則需要8條。相應(yīng)的劣勢(shì)在于，其傳輸數(shù)據(jù)的用時(shí)是擁有八條線路時(shí)的8倍。此外，串行端口還可以降低線纜成本，使線纜更加小巧。

　　在發(fā)送數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)之前，串行端口會(huì)發(fā)送一個(gè)開(kāi)始位，這是一個(gè)值為0的單個(gè)位。在發(fā)送完數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)之后，它將發(fā)送一個(gè)停止位，表示該字節(jié)已傳輸完成。此外，它還可以發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。

　　串行端口也稱(chēng)為通信（COM）端口，是一種雙向端口。在雙向通信中，每個(gè)設(shè)備都可以接收數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)。串行設(shè)備使用不同的針腳來(lái)接收和傳輸數(shù)據(jù)——如果使用相同的針腳，通信將限制為半雙工模式，這表示信息一次只能在一個(gè)方向上傳播。使用不同的針腳可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，在這種模式中，信息可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳播。

　　串行端口依靠特殊的控制器芯片通用異步接收/傳輸器（UART）來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的功能。UART芯片從計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線獲得并行輸出，然后將其轉(zhuǎn)換成串行形式，以便通過(guò)串行端口傳輸。為了提高效率，大多數(shù)UART芯片都內(nèi)置有16到64千字節(jié)的緩沖區(qū)。利用這個(gè)緩沖區(qū)，芯片便可以在處理要流向串行端口的數(shù)據(jù)的同時(shí)，緩存從系統(tǒng)總線流入的數(shù)據(jù)。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行端口的最大傳輸速率為115Kbps（千比特每秒），增強(qiáng)型串行端口（ESP）和超級(jí)增強(qiáng)型串行端口（Super ESP）等高速串行端口可以實(shí)現(xiàn)460Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

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　　三、串口三大分類(lèi)及功能

　　1、RS-232

　　也稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)串口，最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯D型插頭座（DB25），后來(lái)使用簡(jiǎn)化為9芯D型插座（DB9），現(xiàn)在應(yīng)用中25芯插頭座已很少采用。

　　RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。

　　2、RS-422

　　標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。

　　RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　3、RS485

　　是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-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等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)設(shè)備。

　　RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12kΩ、RS-422是4kΩ；由于RS-485滿(mǎn)足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

　　RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。

　　四、RS232典型應(yīng)用電路

　　五、RS422光電隔離保護(hù)電路

　　光電隔離器可以組成多種應(yīng)用電路，如光電隔離電路，長(zhǎng)傳輸線隔離器，TTL電路驅(qū)動(dòng)器，CMOS電路驅(qū)動(dòng)器，脈沖放大器等。

　　六、帶隔離的RS485電路

　　根本原理與基本電路的原理相似。使用DC-DC器件可以產(chǎn)生1組與微處理器電路完全隔離的電源輸出，用于向RS485收發(fā)器提供+5V電源。電路中的光耦器件速率會(huì)影響RS485電路的通信速率。上圖中選用了NEC的光耦PS2501，受其影響，該電路的通訊速率控制在19200bps下。

　　上圖是最基本的RS485電路，R/D為低電平時(shí)，發(fā)送禁止，接收有效，R/D為高電平時(shí)，則發(fā)送有效，接收截止。上拉電阻R7和下拉電阻R8，用于保證無(wú)連接的SP485R芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，提高RS485節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性，R7，R8，R9這三個(gè)電阻，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用改變大小，特別是使用120歐或更小的終端電阻時(shí)，R9就不需要了，此時(shí)R7，R8使用680歐電阻。正常情況下，一般R7=R8=4.7K，R9不要。

　　圖中鉗位于6.8V的管V4，V5，V6，都是為了保護(hù)RS485總線的，避免受外界干擾，也可以選擇集成的總線保護(hù)原件。另外圖中的L1，L2，C1，C2為可選安裝原件，用于提高電路的EMI性能.