串行數(shù)據(jù)線的一個(gè)總結(jié)和概述

是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)，EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)。(Electronic Industries Association

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)?nèi)的通信。

以上規(guī)定說(shuō)明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號(hào)）的電平高于+3V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開(kāi)狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無(wú)效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3～+3V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±(3～15)V之間。

由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：

（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；因此在“南方的老樹(shù)51CPLD開(kāi)發(fā)板中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。”

（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。

RS485

RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問(wèn)題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。理論上RS485的最長(zhǎng)傳輸距離能達(dá)到1200米。

1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以?xún)删€間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。

2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps

3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4. RS-485最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。 因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS485采用DB-9（針）。

RS422

RS-422是差模傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，能傳1200米，RS232最多傳輸15米。RS422總線與RS485和RS422電路原理基本相同，都是以差動(dòng)方式發(fā)送和接受，不需要數(shù)字地線。差動(dòng)工作是同速率條件下傳輸距離遠(yuǎn)的根本原因，這正是二者與RS232的根本區(qū)別，因?yàn)镽S232是單端輸入輸出，雙工工作時(shí)至少需要數(shù)字地線 、發(fā)送線和接受線三條線（異步傳輸），還可以加其它控制線完成同步等功能。

RS422通過(guò)兩對(duì)雙絞線可以全雙工工作收發(fā)互不影響，而RS485只能半雙工工作，發(fā)收不能同時(shí)進(jìn)行，但它只需要一對(duì)雙絞線。

RS422和RS485在19kpbs下能傳輸1142米。用新型收發(fā)器線路上可連接臺(tái)設(shè)備。

1394

IEEE 1394，別名火線（FireWire）接口，是由蘋(píng)果公司領(lǐng)導(dǎo)的開(kāi)發(fā)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的一種高速度傳送接口，數(shù)據(jù)傳輸率一般為800Mbps?；鹁€（FireWire）是蘋(píng)果公司的商標(biāo)。Sony的產(chǎn)品稱(chēng)這種接口為iLink。

IEEE1394的特點(diǎn)可以歸結(jié)如下:

(1)高速率

IEEE1394-1995中規(guī)定速率為100Mbit/s到400Mbit/s。IEEE1394b中更高的速度是800Mbit/s到3.2Gbit/s。其實(shí)400Mbps就幾乎可以滿足所有的要求。現(xiàn)在通?？赡苓_(dá)到的物理流LSI速度是200Mbps。另外,實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一般都要經(jīng)過(guò)壓縮處理,并不是直接傳輸原始視頻數(shù)據(jù)。因此可以說(shuō),200Mbps已經(jīng)是能夠滿足實(shí)際需要的速度。但對(duì)多路數(shù)字視頻信號(hào)傳輸來(lái)說(shuō),傳輸速率總是越高越好、永無(wú)止境。

(2) 實(shí)時(shí)性

IEEE1394的特點(diǎn)是利用等時(shí)性傳輸來(lái)保證實(shí)時(shí)性。在這一點(diǎn)上,SSA,FiberChannel及Ultra SCSI也都與IEEE1394具有同樣的性能。

(3) 采用細(xì)纜,便于安裝

4. 根信號(hào)線與2根電源線構(gòu)成的細(xì)纜使安裝十分簡(jiǎn)單,而且價(jià)格也比較便宜。但接點(diǎn)間距只有4.5米,似乎略顯不足。所以也有人在探討延伸接點(diǎn)間距的方法。已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)品POF可以將接點(diǎn)間距延長(zhǎng)至70米。

(4) 總線結(jié)構(gòu)

IEEE1394是總線,不是I/O。向各裝置傳送數(shù)據(jù)時(shí),不是像網(wǎng)絡(luò)那樣用I/O傳送數(shù)據(jù),而是按IEEE1212標(biāo)準(zhǔn)讀寫(xiě)列入轉(zhuǎn)換的空間?？傊?從上一層看,IEEE1394是與PCI相同的總線。

1394總線和常見(jiàn)的USB總線的不一樣之處在于1394是一個(gè)對(duì)等的總線, 對(duì)等總線就是說(shuō), 任何一個(gè)總線上的設(shè)備都可一主動(dòng)的發(fā)出請(qǐng)求. 有點(diǎn)象圓桌會(huì)議一樣, 大家地位平等. 而USB總線上的設(shè)備, 則都是等待主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求, 然后做相應(yīng)的動(dòng)作. 因而1394設(shè)備更加智能化一些, 當(dāng)然因此也變得復(fù)雜一些, 成本高一些. 1394總線的這個(gè)特性決定了1394可以是脫離以桌面主機(jī)為中心的束縛, 對(duì)于數(shù)字化家電來(lái)說(shuō), 1394更加有吸引力.

1394總線的拓樸結(jié)構(gòu)和USB是一樣的, 是樹(shù)形結(jié)構(gòu). 樹(shù)形結(jié)構(gòu)就是所有的連接在一起的設(shè)備不能形成一個(gè)環(huán)(圈). 否則就可能不能正常工作. 不過(guò)1394b提出了一個(gè)避免環(huán)狀結(jié)構(gòu)的方法, 在即使設(shè)備連接形成一個(gè)圓圈時(shí), 也能保證正常工作. 1394和USB這類(lèi)串行總線和PCI這類(lèi)并行總線不一樣, 1394和USB這類(lèi)總線, 兩個(gè)設(shè)備之間如果必須經(jīng)過(guò)第三個(gè)設(shè)備, 那么數(shù)據(jù)必須也從第三個(gè)設(shè)備穿過(guò), 也就是說(shuō)第三個(gè)設(shè)備也要參與傳輸. 而PCI這類(lèi)并行總線, 就象一條大馬路鋪到各家的門(mén)口, 兩個(gè)設(shè)備如果商量好傳輸數(shù)據(jù), 并申請(qǐng)到了總線, 就可以直接在兩個(gè)設(shè)備間傳輸, 不用經(jīng)過(guò)第三家. 當(dāng)然更本質(zhì)的區(qū)別是, 1394是串行的, 而PCI是并行的.

1394總線上的設(shè)備之間也會(huì)選舉一些設(shè)備作為總線的管理作些額外的工作, 如

根節(jié)點(diǎn): 主要是在總線仲裁中做最終的裁判.

同步資源管理器: 主要是在同步傳輸中, 管理帶寬, 或者提供總線的拓樸結(jié)構(gòu)和有限的電源管理.

總線管理器: 可以設(shè)置根節(jié)點(diǎn), 提供總線拓樸結(jié)構(gòu), 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間, 和更高級(jí)的電源管理.

(5) 熱插拔

能帶電插拔。增刪新裝置,不必關(guān)閉電源,操作非常簡(jiǎn)單。

(6) 即插即用

增加新裝置不必設(shè)定ID,可自動(dòng)予以分配。SCSI使用者必須設(shè)定SCSI地址,而IEEE1394的使用者不需要任何相關(guān)知識(shí),操作非常簡(jiǎn)單,接上就可以用。

實(shí)際上,每當(dāng)有新的設(shè)備接入某個(gè)1394端口時(shí), 整個(gè)總線將會(huì)進(jìn)行一個(gè)歡迎儀式, 這個(gè)是總線自發(fā)的, 和PC主機(jī)沒(méi)有特殊的關(guān)系, 學(xué)名叫做總線復(fù)位(bus reset). 這個(gè)過(guò)程, 所有設(shè)備重新給自己起名字(節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí), NODE ID), 新的設(shè)備趁機(jī)為自己取個(gè)名字. 1394的起名字的機(jī)制很簡(jiǎn)單, 從0開(kāi)始往上, 最多到62. 一般葉子節(jié)點(diǎn)的id小, 樹(shù)根的id最大. 這個(gè)儀式結(jié)束后, 大家又是各自干各自的事情了. 1394的bus reset是很平常的事情, 短的只要1us, 長(zhǎng)的要160us, 而USB下, 卻跟鳳凰涅盤(pán)一樣隆重而冗長(zhǎng), 至少在USB2下, 一個(gè)端口復(fù)位要150ms, 而一個(gè)bus reset就要復(fù)位所有連接設(shè)備的port, 所以在連接4個(gè)設(shè)備時(shí)必須600ms+以上的時(shí)間. 這個(gè)并無(wú)好壞之分, 只是各自的工作方式不一樣而已.