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串行通信的通信協議

最被人們熟悉的串行通信技術標準是EIA-232、EIA-422和EIA-485,也就是以前所稱的RS-232、RS-422和RS-485。由於EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴,所以在工業通信領域,仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。

EIA-232、EIA-422和EIA-485都是串行數據接口標準,最初都是由電子工業協會(EIA)制訂並發布的,EIA-232在1962年發布,後來陸續有不少改進版本,其中最常用的是EIA-232-C版。

目前EIA-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的壹種串行接口。EIA-232被定義為壹種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。EIA-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通信。標準規定,EIA-232的傳送距離要求可達50英尺(約15米),最高速率為20kbps。

由於EIA-232存在傳輸距離有限等不足,於是EIA-422誕生了。EIA-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”,它定義了壹種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mbps,傳輸距離延長到4000英尺(約1219米),並允許在壹條平衡總線上連接最多10個接收器。當然,EIA-422也有缺陷: 因為其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,所以在100kbps速率以內,傳輸距離才可能達到最大值,也就是說,只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。壹般在100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbps。另外有壹點必須指出,在EIA-422通信中,只有壹個主設備(Master),其余為從設備(Slave),從設備之間不能進行通信,所以EIA-422支持的是點對多點的雙向通信。

為擴展應用範圍,EIA於1983年在EIA-422基礎上制定了EIA-485標準,增加了多點、雙向通信能力,即允許多個發送器連接到同壹條總線上,同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性,擴展了總線***模範圍,後命名為TIA/EIA-485-A標準。

由於EIA-485是從EIA-422基礎上發展而來的,所以EIA-485許多電氣規定與EIA-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、最大傳輸距離約為1219米、最大傳輸速率為10Mbps等。但是,EIA-485可以采用二線與四線方式,采用二線制時可實現真正的多點雙向通信,而采用四線連接時,與EIA-422壹樣只能實現點對多點通信,但它比EIA-422有改進, 無論四線還是二線連接方式總線上可接多達32個設備。 USB是英文 Universal Serial Bus 的縮寫,翻譯成中文的含義是“通用串行總線”。

從技術上看,USB是壹種串行總線系統,它的最大特性是支持即插即用和熱插拔功能。在Windows 2000的操作系統中,任何壹款標準的USB設備可以在任何時間、任何狀態下與計算機連接,並且能夠馬上開始工作。

USB誕生於1994年,是由康柏、IBM、Intel和Microsoft***同推出的,旨在統壹外設接口,如打印機、外置Modem、掃描儀、鼠標等的接口,以便於用戶進行便捷的安裝和使用,逐步取代以往的串口、並口和PS/2接口。

發展至今,USB***有四種種標準:1996年發布的USB1.0,1998年發布的USB1.1以及剛剛發布的最新標準USB2.0,2008年USB 3.0 Promoter Group宣布新壹代USB 3.0標準已經正式完成並公開發布。此四種標準最大的差別就在於數據傳輸速率方面,當然,在其他方面也有不同程度的改進。就目前的USB3.0而言,最大傳輸帶寬高達5.0Gbps,也就是640MB/s,同時能夠兼容USB2.0。

目前在IT領域,USB接口可謂春風得意。人們在市場上可以看到,每壹款計算機主板都帶有不少於2個USB接口,USB打印機、USB調制解調器、USB鼠標、USB音箱、USB存儲器等產品越來越多,USB接口已經占據了串行通信技術的壟斷地位。

但是,在工業領域,使用USB接口的產品則甚為少見。在工業領域,人們更要求產品的可靠性和穩定性,目前,EIA標準下的串行通信技術完全可以滿足人們對工業設備傳輸的各種性能要求,而且,這些產品價格非常低廉。相比之下,USB價格較高,並且其即插即用的功能在工業通信中沒有優勢。因為工業設備壹般連接好以後很少進行重復插拔,USB特性的優越性不能很好地被體現出來,也就得不到工業界的普遍認可。因此,在工業領域,EIA標準依然占據統治地位。 IEEE 1394是壹種與平臺無關的串行通信協議,標準速度分為100Mbps、200Mbps和400Mbps,是IEEE(電氣與電子工程師協會)於1995年正式制定的總線標準。目前,1394商業聯盟正在負責對它進行改進,爭取未來將速度提升至800Mbps、1Gbps和1.6Gbps這三個檔次。相比於EIA接口和USB接口,IEEE 1394的速度要高得多,所以,IEEE 1394也稱為高速串行總線。

IEEE 1394提供了壹種高速的即插即用總線。接入這條總線,各種外設便不再需要單獨供電,它也支持等時的數據傳輸,是將計算機和消費類電器連接起來的重要橋梁。例如,用戶可以在計算機上接駁壹部數字VCR,把它當作壹個普通的外設使用,既可用來播放電影,亦可以錄制在計算機上編輯視頻流。除此以外,帶有IEEE 1394接口的DV(數字視頻)攝影機和數字衛星接收器目前均已上市。由於速度非常快,所以它是消費類影音(A/V)電器、存儲、打印、高分辨率掃描和其他便攜設備的理想選擇。

從技術上看,IEEE 1394具有很多優點,首先,它是壹種純數字接口,在設備之間進行信息傳輸的過程中,數字信號不用轉換成模擬信號,從而不會帶來信號損失;其次,速度很快,1Gbps的數據傳輸速度可以非常好地傳輸高品質的多媒體數據,而且設備易於擴展,在壹條總線中,100Mbps、200Mbps和400Mbps的設備可以***存;另外,產品支持熱插拔,易於使用,用戶可以在開機狀態下自由增減IEEE 1394接口的設備,整個總線的通信不會受到幹擾。

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