2015年6月25日 星期四

什麼是RS-232??


RS-232是美國電子工業聯盟(EIA)制定的序列資料通訊的介面標準,原始編號全稱是EIA-RS-232(簡稱232,RS232)。它被廣泛用於電腦串列埠外設連線。
RS-232C標準,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業聯盟,RS(Recommended standard)代表推薦標準,232是標識號,C代表RS232的第三次修改(1969年),在這之前,還有RS232B、RS232A。
目前的最新版本是由美國電信工業協會(TIA, Telecommunications Industry Association,由EIA所分出的一個組織)所發行的TIA-232-F,它同時也是美國國家標準ANSI/TIA-232-F-1997 (R2002),此標準於2002年受到再確認。在 1997年由TIA/EIA發行當時的編號則是TIA/EIA-232-F與ANSI/TIA/EIA-232-F-1997。在此之前的版本是TIA/EIA-232-E。[1]
它規定連接電纜和機械、電氣特性、訊號功能及傳送過程。其他常用電氣標準還有EIA-RS-422-A、EIA-RS-423A、EIA-RS-485。
目前在IBM PC機上的COM1、COM2介面,就是RS-232C介面。RS-232對電氣特性、邏輯電位和各種訊號線功能都作了規定。
由於RS-232-C的重大影響,即使自IBM PC/AT開始改用9針連接器起,目前已幾乎不再使用RS-232中規定的25針連接器,但大多數人仍然普遍使用RS-232C來代表此一介面。

目錄

  

標準的細節

在RS-232標準中,字符是以一序列的位元串來一個接一個的串列(serial)方式傳輸,優點是傳輸線少,配線簡單,傳送距離可以較遠。最常用的編碼格式是非同步起停(asynchronous start-stop)格式,它使用一個起始位元後面緊跟7或8個資料位元(bit),然後是可選的奇偶校驗位元,最後是一或兩個停止位元。所以傳送一個字符至少需要10位元,帶來的一個好的效果是使全部的傳輸速率,傳送訊號的速率以10劃分。一個最平常的代替非同步起停方式的是使用高階資料鏈路控制協定(HDLC)。
在RS-232標準中定義了邏輯一和邏輯零電壓級數,以及標準的傳輸速率和連結器類型。訊號大小在正的和負的3-15v之間。RS-232規定接近零的電位是無效的,邏輯一規定為負電位,有效負電位的訊號狀態稱為傳號marking,它的功能意義為OFF,邏輯零規定為正電位,有效正電位的訊號狀態稱為空號spacing,它的功能意義為ON。根據裝置供電電源的不同,±5、±10、±12和±15這樣的電壓都是可能的。
mark和space是從電傳打字機中來的術語。電傳打字機原始的通訊是一個簡單的中斷直流電路模式,類似與圓轉盤電話撥號的中的訊號。Marking狀態是指電路是斷開的,spacing狀態就是指電路是接通的。一個space就表明有一個字符要開始傳送了,相應的停止的時候,停止位就是marking。當線路中斷的時候,電傳打字機不列印任何有效字符,周期性的連續收到全零訊號。

連結器


DE-9 connector
RS-232設計之初是用來連接數據機做傳輸之用,也因此它的腳位意義通常也和數據機傳輸有關。RS-232的裝置可以分為資料終端裝置(DTE,Data Terminal Equipment, For example, PC)和資料通訊裝置(DCE,Data Communication Equipment)兩類,這種分類別定義了不同的線路用來傳送和接受訊號。一般來說,電腦和終端裝置有DTE連結器,數據機和印表機有DCE連結器。但是這麼說並不是總是嚴格正確的,用配線分接器測試連線,或者用試誤法來判斷電纜是否工作,常常需要參考相關的檔案說明。
RS-232指定了20個不同的訊號連線,由25個D-sub(微型D類)接腳構成的DB-25連結器。很多裝置只是用了其中的一小部分接腳,出於節省資金和空間的考慮不少機器採用較小的連結器,特別是9針的D-sub或者是DB-9型連結器被廣泛使用絕大多數自IBM的AT機之後的PC機和其他許多裝置上。DB-25和DB-9型的連結器在大部分裝置上是母接頭,但不是所有的都是這樣。最近,8針的RJ-45型連結器變得越來越普遍,儘管它的針腳配置相差很大。EIA/TIA 561標準規定了一種針腳相容的方法,但是由Dave Yost發明的被廣泛使用在Unix電腦上的Yost串連裝置配線標準("Yost Serial Device Wiring Standard")以及其他很多裝置都沒有採用上述任一種連線標準。
下表中列出的是被較多使用的RS-232中的訊號和接腳分配:
           DE-9 Male(Pin Side)                   DE-9 Female (Pin Side)
             -------------                          -------------
             \ 1 2 3 4 5 /                          \ 5 4 3 2 1 /
              \ 6 7 8 9 /                            \ 9 8 7 6 /
               ---------                              ---------
訊號DB-25DE-9EIA/TIA 561Yost
公共接地7544,5
傳送資料(TD、TXD)2363
接受資料(RD、RXD)3256
資料終端準備(DTR)20432
資料準備好(DSR)6617
請求傳送(RTS)4781
清除傳送(CTS)5878
資料載波檢測(DCD)8127
振鈴指示(RI)2291-
腳位簡寫意義說明
Pin1CDCarrier Detect數據機通知電腦有載波被偵測到。
Pin2RXDReceiver接收資料。
Pin3TXDTransmit傳送資料。
Pin4DTRData Terminal Ready電腦告訴數據機可以進行傳輸。
Pin5GNDGround地線。
Pin6DSRData Set Ready數據機告訴電腦一切準備就緒。
Pin7RTSRequest To Send電腦要求數據機將資料送出。
Pin8CTSClear To Send數據機通知電腦可以傳資料過來。
Pin9RIRing Indicator數據機通知電腦有電話進來。
TXD DTE->DCE DTE SEND DATA
RXD DCE->DTE DTE RECEIVE DATA
RTS DTE->DCE DTE REQUEST SEND
CTS DCE->DTE ACK TO DTE'S RTS
DSR DCE->DTE DCE IS READY
GND
DCD DCE->DTE DC DETECTED
DTR DTE->DCE DTE IS READY
RI DCE->DTE RING INDICATION
訊號的標註是從DTE裝置的角度出發的,TD、DTR和RTS訊號是由DTE產生的,RD、DSR、CTS、DCD和RI訊號是由DCE產生的。接地訊號是所有連線都公共的,在Yost的標準中接地訊號外部有兩個接腳事實上是同一個訊號。如果兩個通訊裝置的距離相差的很遠或者是有兩個不同的供電系統供電,那麼地訊號在兩個裝置間會不一樣,從而導致通訊失敗,跟蹤描述這樣的情形是很困難的。

電纜

由於RS-232實作中的各種不同和矛盾,要決定使用哪個合適的電纜來連線兩個通訊裝置不是一件非常容易的事。用同一種類型的連結器來連線DCE和DTE裝置需要直接的電纜還要有合適的終點。凹凸轉換器被用於電纜和連結器間解決接頭公/母不正確問題。用不同連結器來連線裝置需要根據上表,用不同的電纜來連線相應的接腳。電纜一端9針,另一端25針是很普通的,生產以RJ-45型為連結器的裝置廠家通常都會提供DB-25或者DB-9型接頭的電纜(有時候則是接頭可交換的電纜,可供多種裝置工作)。
連線兩個DTE裝置需要一個虛擬數據機來充當DCE交換相應的訊號(TD-RD, DTR-DSR, and RTS-CTS)。這個可以由單獨的裝置加上兩根電纜或者用一根電纜來完成。Yost標準里虛擬數據機是一個全反線,它把一個埠的1到8號接腳翻轉和另一個埠的8到1號接腳相連線(不要和乙太網的反絞線混淆,乙太網反絞線接線是非常不同的)。
為了配置和診斷RS-232電纜,可以採用配線分接器。配線分接器有凹凸RS-232連結器,可以內嵌式的連線線路,而且提供對應每個針腳的顯示燈,還可以各種配置方式連線針腳。
RS-232電纜和很多連結器都可以在電子產品的商店找到,電纜可能是3到25個針腳的,典型應用的是4到6個針腳的。平RJ(電話線類型)電纜可以和專門的RJ-RS-232連結器一起使用,後者是最容易配置的連結器。
雙向介面能夠只需要3根線製作是因為RS-232的所有訊號都共享一個公共接地。非平衡電路使得RS-232非常的容易受兩裝置間基點電壓偏移的影響。對於訊號的上升期和下降期,RS-232也只有相對較差的控制能力,很容易發生串話的問題。RS-232被推薦在短距離(15m以內)間通訊。由於非對稱電路的關係,RS-232介面電纜通常不是由雙絞線製作的。
有些裝置也需要「握手」協定,例如,20號接腳一般用於指示「裝置就緒」。針腳也可是跳過的或者從連結器接回。例如裝置A的一個針腳傳送訊號詢問對方「你準備好了嗎?」假如裝置B沒有傳送這樣的指示訊號。公共的握手針腳為20、8、4和6。

設定

序列通訊在軟體設定里需要做多項設定,最常見的設定包括鮑率(Baud)、同位檢查(Parity Check)和停止位(Stop Bit)。
  • 鮑率:是指從一裝置發到另一裝置的傳符號率,即每秒鐘多少符號。典型的鮑率是300, 1200, 2400, 9600, 19200, 115200等。一般通訊兩端裝置都要設為相同的鮑率,但有些裝置也可設定為自動檢測鮑率。
  • 同位檢查(Parity:是用來驗證資料的正確性。同位檢查一般不使用,如果使用,那麼既可以做奇同位(Odd Parity)也可以做偶同位(Even Parity)。同位檢查是通過修改每一傳送位元組(也可以限制傳送的位元組)來工作的。如果不作同位檢查,那麼資料是不會被改變的。在偶同位中,因為奇偶檢查位會被相應的置1或0(一般是最高位或最低位),所以資料會被改變以使得所有傳送的數位(含字符的各數位和檢查位)中「1」的個數為偶數;在奇同位中,所有傳送的數位(含字符的各數位和檢查位)中「1」的個數為奇數。同位檢查可以用於接受方檢查傳輸是否傳送生錯誤——如果某一位元組中「1」的個數發生了錯誤,那麼這個位元組在傳輸中一定有錯誤發生。如果同位檢查是正確的,那麼要麼沒有發生錯誤要麼發生了偶數個的錯誤。如果使用者選擇資料長度為8位元,則因為沒有多餘的位元可被用來作為同位元,因此就叫做「無同位(Non Parity)」。
  • 停止位:是在每個位元組傳輸之後傳送的,它用來幫助接受訊號方硬體重同步。
RS-232在傳送資料時,並不需要另外使用一條傳輸線來傳送同步訊號,就能正確的將資料順利傳送到對方,因此叫做「非同步傳輸」,簡稱UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter),不過必須在每一筆資料的前後都加上同步訊號,把同步訊號與資料混和之後,使用同一條傳輸線來傳輸。比如資料11001010被傳輸時,資料的前後就需加入Start(Low)以及Stop(High)等兩個位元,值得注意的是,Start訊號固定為一個位元,但Stop停止位元則可以是1、1.5或者是2位元,由使用RS-232的傳送與接收兩方面自行選擇,但需注意傳送與接受兩者的選擇必須一致。 在序列通訊軟體設定中D/P/S是常規的符號表示。8/N/1(非常普遍)表明8bit資料,沒有同位檢查,1bit停止位。資料位可以設定為5、6、7或者8位元(不可以大於8或小於5),同位檢查位可以設定為無(N)、奇(O)或者偶(E),同位檢查可以使用資料中的位元(bit),所以8/E/1就表示一共8位元資料位,其中一位用來做同位檢查位。停止位可以是1、1.5或者2位的(1.5是用在波特率為60wpm的電傳打字機上的)。
  • 流量控制:當需要傳送握手訊號或資料完整性檢測時需要制定其他設定。公用的組合有RTS/CTS, DTR/DSR或者XON/XOFF(實際中不使用連結器接腳而在資料流內插入特殊字符)。
接受方把XON/XOFF訊號發給傳送方來控制傳送方何時傳送資料,這些訊號是與傳送資料的傳輸方向相反的。XON訊號告訴傳送方接受方準備好接受更多的資料,XOFF訊號告訴傳送方停止傳送資料直到知道接受方再次準備好。XON/XOFF一般不贊成使用,推薦用RTS/CTS控制流來代替它們。 XON/XOFF是一種工作在終端間的帶內方法,但是必須兩端都支援這個協定,而且在突然啟動的時候會有混淆的可能。 XON/XOFF可以工作於3線的介面。RTS/CTS最初是設計為電傳打字機和數據機半雙工協作通訊的,每次它只能一方數據機傳送資料。終端必須傳送請求傳送訊號然後等到數據機回應清除傳送訊號。儘管RTS/CTS是通過硬體達到握手,但它有自己的優勢。
ASR(Automatic Send Receive)電傳打字機有一個紙帶讀卡機。當讀卡機讀資料的時候字符被傳送出去。ASR電傳打字機里收到一個XOFF字符就關掉紙帶讀卡機收到一個XON字符就啟動紙帶讀卡機。當遠端系統有必要降低傳送放的速率時就發出XOFF。在原始的系統中,訊息要用紙帶事先準備好,傳送的時間才能被縮短。那時的頻寬非常有限並且昂貴,有時候傳輸不得不推遲到晚上進行,這也正推動了簡明電報表達的發展。在有些早期的小型機中,ASR紙帶讀卡機和紙帶穿孔器也是唯一的恢復程式的方法。

類似規範

  • ITU-T(前CCITT)的對應規範,用語不同,但電氣規格幾乎相同
    • ITU-T V.28
  • 具有相似的通訊目的,但功能與電氣規範不同
    • RS-422
    • RS-423
    • RS-449
    • RS-485

串列埠的種類及差別(RS-232,RS-422(EIA-422),RS-485(EIA-485),USB)???



串列埠(Serial port)又稱「串列埠」,主要用於串行式逐位資料傳輸。常見的有一般電腦應用的RS-232(使用 25 針或 9 針連結器)和工業電腦應用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。


目錄

規格

串列埠按電氣標準及協定來分,包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等。 RS-232-C、RS-422與RS-485標準只對介面的電氣特性做出規定,不涉及接外掛模組、電纜或協定。USB是近幾年發展起來的新型介面標準,主要應用於高速資料傳輸領域。
  • RS-232-C
也稱標準串列埠,是目前最常用的一種串行通訊介面。它是在1970年由美國電子工業協會(Energy Information Administration, EIA)聯合貝爾系統、 數據機廠家及電腦終端生產廠家共同制定的用於串行通訊的標準。它的全名是「資料終端裝置(Data terminal equipment,DTE)和資料通訊裝置(Data circuit-terminating equipment,DCE)之間串行二進位資料交換介面技術標準」。傳統的RS-232-C介面標準有22根線,採用標準25芯D型插頭座。自IBM PC/AT開始使用簡化了的9芯D型插座。至今25芯插頭座現代應用中已經很少採用。電腦一般有兩個串行口:COM1和COM2,9針D形介面通常在電腦後面能看到。現在有很多手機資料線或者物流接收器都採用COM口與電腦相連。
  • RS-422
為改進RS-232通訊距離短、速率低的缺點,RS-422定義了一種平衡通訊介面,將傳輸速率提高到10Mb/s,傳輸距離延長到4000英尺(速率低於100kb/s時),並允許在一條平衡匯流排上連線最多10個接收器。RS- 422是一種單機傳送、多機接收的單向、平衡傳輸規範,被命名為TIA/EIA-422-A標準。
  • RS-485
為擴充功能應用範圍,EIA又於1983年在RS-422基礎上制定了RS-485 標準,增加了多點、雙向通訊能力,即允許多個傳送器連線到同一條匯流排上,同時增加了傳送器的驅動能力和衝突保護特性,擴充功能了匯流排共模範圍,後命名為 TIA/EIA-485-A標準。
  • Universal Serial Bus(通用序列匯流排)
簡稱USB,是目前電腦上應用較廣泛的介面規範,由Intel、Microsoft、Compaq、IBM、NEC、Northern Telcom等幾家大廠商發起的新型外設介面標準。USB介面是電腦主機板上的一種四針介面,其中中間兩個針傳輸資料,兩邊兩個針給外設供電。USB介面速度快、連線簡單、不需要外接電源,傳輸速度12Mbps,新的USB 2.0可達480Mbps;電纜最大長度5米,USB電纜有4條線:2條訊號線,2條電源線,可提供5伏特電源,USB電纜還分遮蔽和非遮蔽兩種,遮蔽電纜傳輸速度可達12Mbps,價格較貴,非遮蔽電纜速度為1.5Mbps,但價格便宜;USB通過串聯方式最多可串接127個裝置;支援熱插拔。最新的規格是USB 3.1。
  • RJ-45介面
是乙太網最為常用的介面,RJ45是一個常用名稱,指的是由IEC(60)603-7標準化,使用由國際性的接外掛模組標準定義的8個位置(8針)的模組化插孔或者插頭。

串列埠與並列埠的區別

串列埠形容一下就是一條車道,而並列埠就是有8個車道同一時刻能傳送8位元(一個位元組)資料。但並不是並列埠快,由於8位元通道之間的互相干擾。傳輸時速度就受到了限制。而且當傳輸出錯時,要同時重新傳8個位的資料。串列埠沒有干擾,傳輸出錯後重發一位就可以了。所以要比並列埠快。串列埠硬碟就是這樣被人們重視的。
速度上 串列埠 > 並列埠

交換機的串列埠

交換機的串列埠的英文就是trunk;是用來做下一跳路由轉換用的。每個VLAN只有通過與TRUNK的路由指向後才能上外網
實際使用腳位說明
   Pin Name Dir Description
   2 TXD OutPut Transmit Data
   3 RXD InPut Receive Data
   5 GND System Ground
   7 CTS InPut Clear to Send
   8 RTS OutPut Request to Send
   9 Vcc InPut Power Supply(+5V)

用途

電腦主機板上的串列埠:進行串行傳輸的介面,它一次只能傳輸1Bit。串列埠可以用於連線外置數據機、繪圖儀或串行印表機。它也可以控制台連線的方式連線網路裝置,例如路由器和交換機,主要用來配置它們。消費性電子已經由USB取代串列埠;但在非消費性用途,如網路裝置等,串列埠仍是主要的傳輸控制方式。
  • 終端(Computer terminal)
  • 數據機(Dial-up modems)
  • 印表機(Printers)
  • 網路裝置(路由器、交換器等)
  • 舊式串列埠滑鼠
  • 舊式搖桿
  • GPS接收機(NMEA 0183標準為4800位元/秒)
  • 舊式GSM行動電話
  • 衛星電話、低速衛星數據機及其他衛星傳輸裝置等
  • 微控制器、EPROM等可程式寫入器
  • 條碼掃描器或其它銷售時點情報系統(POS)裝置
  • LED或LCD文字顯示器
  • 自製電器裝置、工業電機裝置
  • 舊式數位相機
  • 量測儀器,例如數位式多功能電錶,示波器等
  • 消費性電子產品更新韌體所使用


DTE 和 DCE 方向的速記法!!

DTE 和 DCE 方向的速記法!!


DTE (Data terminal equipment) 和 DCE (Data circuit-terminating equipment)的方向很容易弄錯, 我在此提供一個簡單的速記法.

其實就是從中間字母的形狀來看:
  • T - 公
  • C - 母
我們在使用電力或是牆上的網孔時, 都是使用"公"的接頭, 插入"母"的插孔. 所以:
  • "公的" DTE 就是 "使用者" 端
  • "母的" DCE 就是 "服務業者" 端

什麼是RS-485(EIA-485)??


EIA-485(過去叫做RS-485 或者RS485)是隸屬於OSI模型實體層的電氣特性規定為2線,半雙工,多點通訊的標準。它的電氣特性和RS-232大不一樣。用纜線兩端的電壓差值來表示傳遞訊號,1極的電壓標識為邏輯1,另一段標識為邏輯0。兩端的電壓差最小為0.2V以上時有效,任何不大於12V或者不小於-7V的差值對接受端都被認為是正確的。
EIA-485僅僅規定了接受端和傳送端的電氣特性。它沒有規定或推薦任何資料協定。EIA-485可以應用於配置便宜的廣域網路和採用單機傳送,多機接受通訊連結。它提供高速的資料通訊速率(10 m 時35 Mbit/s ;1200 m時 100 kbit/s1200 m)。EIA-485和EIA-422一樣使用雙絞線進行高電壓差分平衡傳輸,它可以進行大面積長距離傳輸(超過4000英尺,1200米)。
和EIA-422相對照的是,EIA-422採用不可轉換的單傳送端,EIA-485的傳送端需要設定為傳送模式,這使得EIA-485可以使用雙線模式實作真正的多點雙向通訊。
EIA-485推薦使用在對等網路中,線型、匯流排型,不能是星型、環型網路。理想情況下EIA-485需要2個終接電阻,其阻值要求等於傳輸電纜的特性阻抗。沒有特性阻抗的話,當所有的裝置都靜止或者沒有能量的時候就會產生雜訊,而且線移需要雙端的電壓差。沒有終接電阻的話,會使得較快速的傳送端產生多個資料訊號的邊緣,這其中的一些是不正確的。之所以不能使用星型或者環型的拓撲結構是由於這些結構有不必要的反映,過低或者過高的終接電阻可以產生電磁干擾。
EIA-485在使用四線時可以和EIA-422一樣實作全雙工。EIA-485可以實作真正的多點通訊,在許多情況下並沒有什麼用處。在某些限制條件下,EIA-485和EIA-422可以實作相互的連線。

EIA-485 的用途

  • SCSI-2和SCSI-3通常使用這種標準的裝置來作為實體層。
  • EIA-485 經常和常用裝置UART一起使用來實作在飛機上的低速率資料傳輸,舉個例子,一些乘客控制單元採用這種裝置,從而只需要很少的線纜就可以實作幾個椅子共享線纜,從而減輕整個裝置的重量。
  • EIA-485 同樣可以在一些工廠的專案控制機器上看到,來實作工廠不同樓層之間的資料通訊。它可以抵抗機械裝置和焊接裝置的電磁干擾。
  • EIA-485 在大型音訊系統中使用,可以在音樂廳和劇院見到這種裝置,可以使用普通的電腦來執行一些特殊的軟體實作遠距離音訊裝置的控制。EIA-485通過XLR標準的線纜連線的裝置大量的用於麥克風上,從而實作舞台和控制台之間的連線而不需要預設線路。

比較

下面的表格列出了RS-485 的一些特性和引腳的分配以及和RS-232的比較: [1]
EIA-485RS-232DB-25DE-9RJ-50
Common GroundCarrier Detect (DCD)8110
Clear To Send + (CTS+)Received Data (RD)329
Ready To Send + (RTS+)Transmitted Data (TD)238
Received Data + (RxD+)Data Terminal Ready (DTR)2047
Received Data - (RxD-)Common Ground756
Clear To Send - (CTS-)Data Set Ready (DSR)665
Ready To Send - (RTS-)Request To Send (RTS)474
Transmitted Data + (TxD+)Clear To Send (CTS)583
Transmitted Data - (TxD-)Ring Indicator (RI)2292

什麼是RS-422(EIA-422)???


EIA-422(過去稱為RS-422)是一系列的規定採用4線,全雙工,差分傳輸,多點通訊的資料傳輸協定。它採用平衡傳輸採用單向/非可逆,有使能端或沒有使能端的傳輸線。和RS-485不同的是EIA-422不允許出現多個傳送端而只能有多個接受端。硬體構成上EIA-422 (RS-422)相當於兩組EIA-485(RS-485),即兩個半雙工的EIA-485(RS-485)構成一個全雙工的EIA-422(RS-422)。
這個標準的一些關鍵優點包括RS-423定義的多重接受端,當電纜線的長度為12米(40英尺)時傳輸速率可以達到10Mb/s,以及工業環境的長距離資料傳輸。
介面的機械特性由EIA-530或EIA-449規定,然而裝置僅有在傳送方和接受方成對出現時才存在。電纜的最高傳輸速率為10 Mbit/s(長度1.2米時)或100 kbit/s(長度1200米時)。EIA-422不能實作象EIA-485那樣的真正的多點通訊,儘管只有一個傳送端就可以連線10個接受端。
EIA-422的通常用途是作為RS-232的擴充功能。有一種和RS-232相容、使用mini-DIN-8端子的變種EIA-422曾廣泛的使用在蘋果電腦的硬體上,不過後來已經被USB所取代。目前EIA-422 (RS-422)與 EIA-485 (RS-485)的應用主要集中在工業控制環境,特別是長距離資料傳輸,如連接遠端周邊控制器或感測器。

單工、半雙工、全雙工的差別!!!


  1. 單工(simplex)指僅能單方面傳輸。
  2. 半雙工(half-duplex)的系統允許二台設備之間的雙向資料傳輸,但不能同時進行。
  3. 雙工(duplex), 指二台通訊設備之間,允許有雙向的資料傳輸。

目錄

半雙工


一個簡單的半雙工通信的圖解
半雙工(half-duplex)的系統允許二台設備之間的雙向資料傳輸,但不能同時進行。因此同一時間只允許一設備傳送資料,若另一設備要傳送資料,需等原來傳送資料的設備傳送完成後再處理。
半雙工的系統可以比喻作單線鐵路。若鐵道上無列車行駛時,任一方向的車都可以通過。但若路軌上有車,相反方向的列車需等該列車通過道路後才能通過。
無線電對講機就是使用半雙工系統。由於對講機傳送及接收使用相同的頻率,不允許同時進行。因此一方講完後,需設法告知另一方講話結束(例如講完後加上"OVER"),另一方才知道可以開始講話。

全雙工


一個簡單的全雙工通信的圖解。因爲成本問題和通用全雙工模式的複雜性,全雙工在無線電對講機中的使用並不像圖示中這樣常見,而普遍用於固定電話、手機、無繩電話中。
全雙工(full-duplex)的系統允許二台設備間同時進行雙向資料傳輸。一般的電話、手機就是全雙工的系統,因為在講話時同時也可以聽到對方的聲音。
全雙工的系統可以用一般的雙向車道形容。兩個方向的車輛因使用不同的車道,因此不會互相影響。

全雙工系統的模擬

當一個設備連接到網路上,需要利用通道存取方法(en:channel access method)使傳送的資料及接收的資料共用同一物理介質。此時使用的通道存取方法就稱為雙工(duplexing)方法,如以下的兩種:

時分雙工

時分雙工(英文縮寫為TDD,Time-Division Duplexing),是利用時間分隔多工技術來分隔傳送及接收的信號。 它利用一個半雙工的傳輸來模擬全雙工的傳輸過程。時分雙工在非對稱網路(上傳及下載頻寬不平衡的網路)有明顯的優點,它可以根據上傳及下載的資料量,動態的調整對應的頻寬,如果上傳資料量大時,就會提高上傳的頻寬,若資料量減少時再將頻寬降低。
時分雙工的另一個好處是在緩慢移動的系統中,上傳及下載的無線電路徑大致相同,因此類似波束成形(beamforming)的技術可以運用在時分雙工的系統中。
以下是一些時分雙工系統的例子:
  • UMTS/WCDMA TDD 模式(室內使用)
  • TD-SCDMA 系統
  • DECT
  • IEEE 802.16 WiMAX TDD 模式
  • 使用載波偵聽多路訪問技術的半雙工封包網路,例如乙太網路或使用集線器的乙太網路、無線區域網路及藍芽等,雖然不像TDMA使用固定的框架寬度,不過均可視為時分雙工的系統。

頻分雙工

頻分雙工(英文縮寫為FDD,Frequency-Division Duplexing),是利用頻率分隔多工技術來分隔傳送及接收的信號。上傳及下載的區段之間用「頻率偏移」(frequency offset)的方式分隔。若上傳及下載的資料量相近時,頻分雙工比時分雙工更有效率。 在這個情形下,時分雙工會在切換傳送接收時,浪費一些頻寬,因此延遲時間較長,而且其線路較複雜且耗電。
頻分雙工的另一個好處是在無線電收發規劃上較簡單且較有效率,因為一個設備傳送及接收使用不同的頻帶,因此設備不會接收到自己傳出的資料,傳送及接收的資料也不會互相影響。
在時分雙工系統中,需在鄰近的區段中增加保護區段(guard band),但這會使頻譜效率下降。否則就要有同步機制,使一設備的傳送和另一設備的接收同步。同步機制會增加系統的複雜度及成本,而且因為所有的設備及時間區塊都要同步,也降低了頻寬使用的靈活性。
以下是一些頻分雙工系統的例子:
  • 非對稱數位用戶線路及超高速數位用戶迴路
  • 大部份的手機系統,包括UMTS/WCDMA FDD 模式
  • IEEE 802.16 WiMAX FDD 模式

單工

  • 單工(simplex)指僅能單方面傳輸。

什麼是雙絞線(cat5,cat5e,6,cat7....等)??

雙絞線(Twisted Pair)是由兩條相互絕緣的導線按照一定的規格互相纏繞(一般以順時針纏繞)在一起而製成的一種通用配線,屬於資訊通訊網路傳輸介質。

雙絞線過去主要是用來傳輸類比訊號的,但現在同樣適用於數位訊號的傳輸。

目錄

  

原理

把兩根絕緣的銅導線按一定規格互相絞在一起,可降低訊號干擾的程度,每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發出的電波抵消。其中外皮所包的導線兩兩相絞,形成雙絞線對,因而得名雙絞線。

電纜類型

  • 遮蔽雙絞線(STP)於線外有金屬網以遮蔽電磁干擾。
  • 非遮蔽雙絞線(UTP)

接頭類型

  • RJ-45接頭

規格型號

EIA/TIA為雙絞線電纜定義了五種不同品質的型號。電腦網路綜合布線使用第三、四、五類。 這五種型號如下:
  • 1類(CAT-1):主要用於傳輸語音,用於資料傳輸。
  • 2類(CAT-2):傳輸頻率為1MHz,用於語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的資料傳輸,常見於使用4Mbps規範令牌傳遞協定的舊的令牌環。
  • 3類(CAT-3):指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率為16MHz,用於語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的資料傳輸,主要用於10BASE-T。
  • 超3類
  • 4類(CAT-4):該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用於語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的資料傳輸,主要用於基於令牌的區域網路和10BASE-T/100BASE-T。
  • 5類(CAT-5):該類電纜增加了繞線密度,外套一種高品質的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用於語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的資料傳輸,主要用於100BASE-T和10BASE-T網路,這是最常用的乙太網路電纜。
  • 超5類(CAT-5e)::超5類具有衰減小,串擾少,並且具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和訊雜比(Structural Return Loss)、更小的時延誤差,效能得到很大提高。
  • 6類(CAT-6):10BASE-T/100BASE-T/1000BASE-T。傳輸頻率為250MHz傳輸速度為1Gbps標準外徑6mm。
  • 擴展6類(CAT-6A):10GBASE-T。傳輸頻率為500MHz傳輸速度為10Gbps標準外徑9mm。
  • 擴展6類(CAT-6e)傳輸頻率為500MHz傳輸速度為10Gbps標準外徑6mm。
  • 7類(CAT-7):傳輸頻率為600MHz傳輸速度為10Gbps單線標準外徑8mm多芯線標準外徑6mm。

什麼是RJ-45(8P8C)??


8P8C的插頭以及引腳編號(以100Base-T4為例):
引腳 名稱 功能
1. TX_D1+ (傳送資料+)
2. TX_D1- (傳送資料-)
3. RX_D2+ (接收資料+)
4. BI_D3+ (雙向資料+)
5. BI_D3- (雙向資料-)
6. RX_D2- (接收資料-)
7. BI_D4+ (雙向資料+)
8. BI_D4- (雙向資料-)
8P8C,也稱RJ45,是乙太網使用雙絞線連線時常用的一種連結器插頭。
8P8C(8 position 8 contact)的意思是8個位置(Position,指8個凹槽)、8個觸點(Contact,指8個金屬接點)。

連線顏色

在T568A中,與之相連的8根線分別定義為:白綠、綠;白橙、藍;白藍、橙;白棕、棕。在T568B中,與之相連的8根線分別定義為:白橙、橙;白綠、藍;白藍、綠;白棕、棕。其中橙白色和橙色組成一對差動傳輸線,綠白色和綠色組成一對差動傳輸線,藍白色和藍色組成一對差動傳輸線,棕白色和棕色組成一對差動傳輸線。T568A可以跟早期的USOC向下相容,The United States National Communication Systems Federal Telecommunications Recommendations 不使用 T568B。

連線訊號

在百兆乙太網中,僅使用1、2、3、6這四根線,以差動訊號傳輸方式減少電磁干擾,其中1、2為TX(傳送)(擰在一起),3、6為RX(接收)擰在一起。因此平行線就是兩端同為EIA-568-A或者EIA-568-B,而跳線就是一端使用EIA-568-A,另一端使用EIA-568-B的連線方法。
在千兆以太網或者乙太網供電中,全部的四對差動對都被使用。

什麼是Modbus??


Modbus是一種串行通訊協定,是Modicon於1979年,為使用可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)通訊而發表的。Modbus是工業領域通訊協定的業界標準(De facto),並且現在是工業電子裝置之間相當常用的連線方式。[1] Modbus比其他通訊協定使用的更廣泛的主要原因有:
  1. 公開發表並且無版稅要求
  2. 相對容易的工業網路部署
  3. 對供應商來說,修改移動原生的位元或位元組沒有很多限制
Modbus允許多個 (大約240個) 裝置連線在同一個網路上進行通訊,舉個例子,一個由測量溫度和濕度的裝置,並且將結果傳送給電腦。在資料採集與監視控制系統(supervisory control and data acquisition,SCADA)中,Modbus通常用來連線監控電腦和遠端終端控制系統(RemoteTerminalUnit,RTU)。

目錄

  • 1 協定版本
  • 2 通訊和裝置
  • 3 實作
  • 4 限制
  • 5 參考文獻

協定版本

Modbus協定目前存在用於串列埠、乙太網以及其他支援網際網路協定的網路的版本。
大多數Modbus裝置通訊通過串列埠EIA-485實體層進行[2]。
對於串行連線,存在兩個變種,它們在數值資料表示不同和協定細節上略有不同。

  1. Modbus RTU
  2. Modbus ASCII



Modbus RTU是一種緊湊的,採用二進位表示資料的方式,Modbus ASCII是一種人類可讀的,冗長的表示方式。這兩個變種都使用串行通訊(serial communication)方式。RTU格式後續的命令/資料帶有迴圈冗餘校驗的校驗和,而ASCII格式採用縱向冗餘校驗的校驗和。被配置為RTU變種的節點不會和設定為ASCII變種的節點通訊,反之亦然。
對於通過TCP/IP(例如乙太網)的連線,存在多個Modbus/TCP變種,這種方式不需要校驗和的計算。
對於所有的這三種通訊協定在資料模型和功能呼叫上都是相同的,只有封裝方式是不同的。
Modbus有一個擴充功能版本Modbus Plus(Modbus+或者MB+),不過此協定是Modicon專有的,和Modbus不同。它需要一個專門的協處理器來處理類似HDLC的高速令牌旋轉。它使用1Mbit/s的雙絞線,並且每個節點都有轉換隔離裝置,是一種採用轉換/邊緣觸發而不是電壓/水平觸發的裝置。連線Modbus Plus到電腦需要特別的介面,通常是支援ISA(SA85),PCI或者PCMCIA匯流排的板卡。

通訊和裝置

Modbus協定是一個master/slave架構的協議。有一個節點是master節點,其他使用Modbus協定參與通訊的節點是slave節點。每一個slave裝置都有一個唯一的位址。在串行和MB+網路中,只有被指定為主節點的節點可以啟動一個命令(在乙太網上,任何一個裝置都能傳送一個Modbus命令,但是通常也只有一個主節點裝置啟動指令)。
一個ModBus命令包含了打算執行的裝置的Modbus位址。所有裝置都會收到命令,但只有指定位置的裝置會執行及回應指令(位址0例外,指定位址0的指令是廣播指令,所有收到指令的裝置都會執行,不過不回應指令)。所有的Modbus命令包含了檢查碼,以確定到達的命令沒有被破壞。基本的ModBus命令能指令一個RTU改變它的暫存器的某個值,控制或者讀取一個I/O埠,以及指揮裝置回送一個或者多個其暫存器中的資料。
有許多modems和閘道器支援Modbus協定,因為Modbus協定很簡單而且容易複製。它們當中一些為這個協定特別設計的。有使用有線、無線通訊甚至簡訊和GPRS的不同實作。不過設計者需要克服一些包括高延遲和時序的問題。

實作

幾乎所有的實作都是官方標準的某種變體。不同的供應商裝置之間可能無法正確的通訊。一些主要的變化有:
  • 資料類型
    • IEEE標準的浮點數
    • 32位元整型數
    • 8位元資料
    • 混合資料類型
    • 整數中的位域
    • multipliers to change data to/from integer. 10, 100, 1000, 256 ...
  • 協定擴充功能
    • 16位元的從站位址
    • 32位元的資料大小(1個位址 = 返回32位元資料)
    • 字交換資料

限制

  • Modbus是在1970年末為可編程邏輯控制器通訊開發的,這些有限的資料類型在那個時代是可以被PLC理解的,大型二進位物件資料是不支援的。
  • 對節點而言,沒有一個標準的方法找到資料物件的描述資訊,舉個例子,確定一個暫存器資料是否表示一個介於30-175度之間的溫度。
  • 由於Modbus是一個主/從協定,沒有辦法要求裝置「報告異常」(構建在乙太網的TCP/IP協定之上,被稱為open-mbus除外)- 主節點必須迴圈的詢問每個節點裝置,並尋找資料中的變化。在頻寬可能比較寶貴的應用中,這種方式在應用中消耗頻寬和網路時間,例如在低速率的無線鏈路上。
  • Modbus在一個資料鏈路上只能處理247個位址,這種情況限制了可以連線到主控站點的裝置數量(再一次指出乙太網TCP/IP除外)
  • Modbus傳輸在遠端通訊裝置之間緩衝資料的方式進行,有對通訊一定是連續的限制,避免了傳輸中的緩衝區漏洞的問題
  • Modbus協議自身提供針對未經授權的命令或截取資料沒有安全性。[3]


參考維基引用