串行通信的通信原理、数据传输速率及接口标准

    1．串行通信的通信原理    目前工业数据通信及控制网络几乎无一例外地采用串行通信方式。串行通信是指数据在一个信道上，以二进制的位(bit)为单位的数据传输方式。串行通信多用于PLC与计算机之间，多台PLC之间的数据传送。    串行通信一般采用脉冲信号。传送时，数据的各个不同位分时使用同一条传输线，从低位开始一位接一位按顺序传送，数据有多少位就需要传送多少次。因此除了公共线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据传输线，这根线既可以作为数据线，又可以作为通信联络用的控制线。    串行通信的特点是：数据传输速度慢，但通信时需要的信号线少（最少只需要两根线），在远距离传输时通信线路简单、成本低，常用于远距离传输而速度要求不高的场合。串行通信在工业控制中应用广泛，计算机和PLC都有通用的串行通信接口。    在串行通信中通常采用两种同步技术：同步通信和异步通信。异步通信附加的非有效信息较多，传输效率较低，但它对硬件的要求不高，一般情况下，PLC都使用异步通信；同步通信传输效率高，但对硬件的要求也较高，一般只用于近距离的高速通信。    2．串行通信中数据传输速率    在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。所谓波特率，即每秒钟传送的二进制位数，其单位为bit/s( bits per second)，也可以直接称其为“波特”。它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。国际上规定了一个标准波特率系列( bit/s)：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400、115200。例如常用的波特率为9600bit/s，指每秒传送9600bit，包含字符的数位和其他必须的数位，如奇偶校验位等。    大多数串行接口电路的接收波特率和发送波特率可以分别设置，但接收方的接收波特率必须与发送方的发送波特率相同。通信线上所传输的字符数据（代码）是逐位传送的，1个字符由若干位组成，因此每秒钟所传输的字符数（字符速率）和波特率是两种概念。在串行通信中，所说的传输速率是指波特率，而不是指字符速率，它们两者的关系是：在异步串行通信中，传送一个字节，包括11位（其中有1个起始位、8个数据位、1个停止位、1个奇偶校验位），如其传输速率是9600bit/s，则每秒所能传送的字节数是9600/(1+8+1+1)=872个。    3．串行通信接口标准    工业网络中采用串行通信方式在设备或网络之间传送数据，常用的串行通信物理层接口标准包括RS-232、RS-422、RS-485三种，这三种接口标准仅仅定义了ISO/OSI七层参考模型中的最底层即物理层，而后面提到的现场总线在结构上至少加入了数据链路层，使得通信更加稳定可靠。有些现场总线还加入了网络层、传输层和应用层，从而使得通信功能更加完善，通信内容更加丰富，应用更趋于标准化，这正是现场总线和简单的RS-422和RS-485的最大不同。    1) RS-232接口是计算机普遍配备的接口，应用既简单又方便。它采用按位串行的方式，单端发送、单端接收，所以数据传输速率低，抗干扰能力差，传送的波特率(bit/s)为300、600、1200、2400、4800、9600、19200等。在通信距离近，传输速率和环境要求不高的点对点通信的场合应用。    2) RS-422接口传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，有较高的传输速率（波特率可达10Mbit/s以上）和较强的抗干扰能力，适合远距离传输，所以在工厂中应用较广。    3) RS-485接口的传输线采用差动接收和差动发送的方式传送数据，有较高的传输速率（波特率可达10Mbit/s以上）和较强的抗干扰能力，输出阻抗低，并且无接地回路。适合于远距离数据传输，并且可以构成总线式结构，是工厂中应用最多的一种接口。