西门子6ES7216-2AD23-0XB8厂家供应
1.波特率
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bps（bits per second）。它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。有时也用“位周期”来表示传输速率，位周期是波特率的倒数。国际上规定了一个标准波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4kbps、19.2kbps、28.8kbps、33.6kbps、56kbps。 例如：9600bps，指每秒传送9600位，包含字符的数位和其它必须的数位，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）是逐为位传送的，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：假如在异步串行通信中，传送一个字符，包括12位（其中有一个起始位，8个数据位，2个停止位），其传输速率是1200b/s，每秒所能传送的字符数是1200/(1+8+1+2)=100个。
图1
2.发送／接收时钟
在串行传输过程中，二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现的，如何对这些数字波形定时发送出去或接收进来，以及如何对发／收双方之间的数据传输进行同步控制的问题就引出了发送／接收时钟的应用。
在发送数据时，发送器在发送时钟（下降沿）作用下将发送移位寄存器的数据按串行移位输出；在接收数据时，接收器在接收时钟（上升盐）作用下对来自通信线上串行数据，按位串行移入移位寄存器。可见，发送／接收时钟是对数字波形的每一位进行移位操作，因此，从这个意义上来讲，发送／接收时钟又可叫做移位始终脉冲。另外，从数据传输过程中，收方进行同步检测的角度来看，接收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具。为此，接收器采用比波特率更高频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力。
3. 波特率因子
在波特率指定后，输入移位寄存器/输出移位寄存器在接收时钟/发送时钟控制下，按指定的波特率速度进行移位。一般几个时钟脉冲移位一次。要求：接收时钟/发送时钟是波特率的16、32或64倍。波特率因子就是发送／接收1个数据（1个数据位）所需要的时钟脉冲个数，其单位是个／位。如波特率因子为16，则16个时钟脉冲移位1次。 例：波特率=9600bps，波特率因子=32，则 接收时钟和发送时钟频率=9600×32=297200hz。
4.传输距离
串行通信中，数据位信号流在信号线上传输时，要引起畸变，畸变的大小与以下因素有关：
波特率——信号线的特征（频带范围）
传输距离——信号的性质及大小（电平高低、电流大小）
当畸变较大时，接收方出现误码。
在规定的误码率下，当波特率、信号线、信号的性质及大小一定时，串行通信的传输距离就一定。为了加大传输距离，必须加调制解调器。
图2
串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。
终端与其他设备（例如其他终端、计算机和外部设备）通过数据传输进行通信。数据传输可以通过两种方式进行：并行通信和串行通信。
在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上的电流或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输方式称为并行通信。
并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或各种内部总线就是以并行方式传送数据的。另外，在plc底板上，各种模块之间通过底板总线交换数据也以并行方式进行。
并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过 对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算 机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。
串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经 传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广 阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。
串行的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。
1、串行通讯只有一个传输通道，每个时刻只能表达一种状态。不管什么介质，不管是什么信号，我们用1表示一种状态，用0表示另一种状态。
2、只用1和0两种状态，是不能表达更多信息的。好在有一个物理量，对每个系统来讲是统一的，那就是时间。我们现在很容易做到不同系统之间的定时误差控制在ppm数量级。1和0在时间上进行有序的组合，就可表达近乎无限的信息。
3、任何一个信号，如果不赋给它一些特点的意义，实际上没什么用。两个系统要通过信号交换信息，必须对信号有一个共同的约定，这就是我们通常所说的协议。
4、基本的协议是物理层面的(那个osi的七层协议模型，层就是物理层协议)。rs232、rs485、rs422，这些是物理层面的一些协议。
5、我们现在要谈的是异步串行通讯。异步，发达方和接收方之间，没有额外的通道来传送信息何时传送与接收。每个信息单元的起止时间，发送方编在信息中，由接收方自已解码并同步。
6、好。现在来讲一下传送一个字节的过程。在没有传送信息时，传输线处于空闲状态。规定：空闲状态为1。发送方（tx）准备发送，驱动传输线让它由1变为0，并持一位的时间长度，我们把这一位叫做起始位。接收方（rx），检测到传输线由1变0，意味着可能有信息要传了，rx就持续检测，以验证这个0是不是持续了规定的一位时间长度，若是个合法的起始位，就按约定的定时方式，把后续的传输线状态，接收为1个字节。tx在发完起始位后，就发字节中的个位(bit)，并依次把字节中的所有位发完，每bit均持续相同的一位时长。然后再发校验位（如果约定发/收方都采用的话）、停止位。
7、停止位，这个要说一下。我们知道起始位是0，而这个停止位，规定是1，和传输线的空闲状态1是相同的。停止位规定的时长比较乱，有1位停止位（也就持续时间占1个位长）、1.5位、和2位停止位，其它时长的停止位好象没见过。停止位的作用，其一是作为一字节单元的成员，给接收方定时用的，也就是下一个字节，在停止位之后才开始。另一个作用，可供检查字节传送的完整性。因为停止位是规定为1状态的，若在停止位的时间里测到了非1状态，表示这个字节传送有问题，有可能被接收方丢弃，传送失败。
8、若收发双方的停止位不相同，怎么办？这个在论坛上经常有人问。好，我们来分析一下。若tx是2个停止位，rx要求是1个停止位，很好，tx多发的一个停止位，会被rx看作是空闲状态（也可认为是字符间隔），没有任何问题。若反过来，tx是1个停止位，rx要求是2个停止位，有问题吗？一般问题是很大的，但也有可能可以正常通讯。这要看tx是怎么发字节的。有些系统，硬件上，发送电路比较简单，没有缓冲机构，一个字节必须完整发送后，才准备下一个字节的数据，而这个准备需要花一些时间的，这就给传送的时序上，停止位之后，有了空闲时间，相当于停止位得到了延长。所以我曾经发过一个贴子说，s7200的发送改为单字节发送，每个字节之间有意插入一些延时，人为造成空闲时间，以充当停止位，但这个方法说归说，我并没有试过。可惜的是，现在的系统，硬件都做得很完美了，包括s7200，tx是有缓冲的，在一个字节还未发完前就可以接受下一个要发送的字节，硬件上保证一个字节发完后可以立即启动下一个字节发送，前后两字节间除了停止位，没有额外的间隙，这种情况下，接收方就要命了，rx认为还在收停止位时，下一个字节的起始位就来了，没办法完整接收，通讯就失败了。
9、波特率。两边设为一致就可以了。波特率不一致，铁定不能通讯。但允许有少量的误差。停止位实际上还用来调节这个误差的。比如1个停止位，rx并不死板要求停止位是完整的1个位时长，实际只要停止位超过0.5个位长就算是合格了。波特率，就是每秒快能传送的位数，包括了起始位、停止位这些辅助位。实际每秒能传送的快字节数，要看这些辅助位的多少。比如一个11位结构的字节单元：1起始位+8字节位+1校验位+1停止位，字节快传送速率为band/11。好象还有一个概念，叫比特率，也就是有效的位传送速率，比特率=8*（band/11)，也就是比特率比波特率要小的。
10、rs232的tx和rx是两根独立的线，收/发可以同时进行，所以叫作全双工异步串行通讯。按我们日常两人交谈的经验，总是a说b听，当b要说时，a就停下来听b说。如果a、b同时说，这是吵架，要达到相互交流就难了。同样，通讯若同时收发，一般人会白白死掉很多脑细胞而写出的程序通讯效果还是很差。所以，即使rs232能双向同时， 一般使用时也是收、发不同时的。
11、rs485。rs232不错了，但局限性大大的。rs485收发同线，允许多少rs485并联使用，采用差分传送信号，可以抗干扰。s7200就属于rs485。rs485设备同一时间只能发或再改，收发是分时的，所以叫做准双向。尽管s7200中可以同时缓冲8个netr和netw，实际在rs485层面，还是一个一个分时完成的(由系统程序根据ppi协议协调)。rcv和xmt完全由用户程序控制，你就不能同时让两个都执行，否则就是哄抢资源而被s7200当成错误处理。
12、rs422，介于rs232和rs485。rs422和rs232一样收、发线独立，但电气上采用和rs485一样的差分信号。所以rs422能多机通讯，比rs232传得远，但比rs485浪费硬件资源。rs422只要软件上采用准双向的规则，通过发收线合并，可以简化为rs485，和rs485设备通讯。但rs485却不能复杂化成rs422使用
串行外设接口 （spi） 总线是一个工作在全双工模式下的同步串行数据链路。它可用于在单个主控制器和一个或多个从设备之间交换数据。其简单的实施方案只使用四条支持数据与控制的信号线（图 1）：
虽然表1中的引脚名称来自摩托罗拉开发的spi标准，但具体的spi端口名称往往与图1中所示的不同。
图 1:基本 spi 总线
表 1:spi 引脚名称分配
spi 数据速率一般在1到70mhz的范围内，字长为从8位及12位到这两个值的倍数。
数据传输一般由数据交换构成。在主控制器向从设备发送数据时，从设备也向主控制器发送数据。因此主控制器的内部移位寄存器和从设备都采用环形设置（图 2）。
图2:双移位寄存器形成一个芯片间的环形缓存器
在数据交换之前，主控制器和从设备会将存储器数据加载至它们的内部移位寄存器。收到时钟信号后，主控制器先通过mosi线路时钟输出其移位寄存器的msb。同时从设备会读取位于simo的主控器位元，将其存储在存储器中，然后通过somi时钟输出其msb。主控制器可读取位于miso的从设备位元，并将其存储在存储器中，以便后续处理。整个过程将一直持续到所有位元完成交换，而主控器则可让时钟空闲并通过/ss 禁用从设备。
除设置时钟频率外，主控制器还可根据数据配置时钟极性和相位。这两个分别称为cpol与cpha的选项可实现时钟信号180度的相移以及半个时钟周期的数据延迟。图3是相应的定时图。
图3:时钟极性与相位的定时图
cpol = 0 时，时钟空闲在逻辑 0 位置上：
如果cpha = 0，数据在sck的上升沿读取，在下降沿变化。
如果cpha=1，数据在sck的下降沿读取，在上升沿变化。
cpol= 1 时，时钟在逻辑为高时空闲：
如果cpha =0，数据在sck的下降沿读取，在上升沿变化。
如果cpha= 1，数据在sck的上升沿读取，在下降沿变化。
在spi中，主控制器可与单个或多个从设备通信。如果是一个单从设备，从设备选择信号可连接至从设备的本地接地电位，实现接入。对使用多个从设备的应用，可使用两种配置：独立从设备与菊花链从设备（图4）。
图4:主控制器与独立从设备（左）及菊花链从设备通信（右）
要与从设备单独通信，主控制器必须提供多重从设备选择信号。该配置通常用于必须单独访问多个模数转换器（adc）及数模转换器（dac）的数据采集系统中。
菊花链从设备只需要主控制器提供一个从设备选择信号，因为这种配置要求所有从设备同时启用，以确保数据不间断地流经该链路中的所有移位寄存器。典型应用是工业i/o 模块中的级联多通道输入串行器与输出驱动器。
1、标准问题
控制系统在实际应用中还存在一些问题有待解决，其中突出的问题就是缺少统一的标准。2000年初iec公布的iec61158，产生了h1（ff）、controlnet、profibus、p-net、hse（ff）、swiftnet、worldfip、interbus等8种iec现场总线子集。iec现场总线制定的结局表明，在相当长的一段时期内，将出现多种现场总线并存的局面，并导致控制网段的系统集成与信息集成面临困难。无论是终用户还是工程集成商也包括制造商，都在寻求高性能、低成本的解决方案。8种类型的现场总线采用不同的通信协议，要实现这些总线的相互兼容和互操作几乎是不可能的。每种现场总线都有自己合适的应用领域，如何在实际中根据应用对象，将不同层次的现场总线组合使用，使系统的各部分都选择合适的现场总线，对用户来说，仍然是比较棘手的问题。
2、系统的集成问题
在实际应用中，一个大的系统很可能采用多种的现场总线，特别是中国那些高速成长的终端用户，在企业的不同发展阶段和国际范围的跨国制造装备采购几乎不可能统一技术前沿的现场总线。如何把企业的工业控制网络与管理层的数据网络进行无缝地集成，从而使整个企业实现管控一体化，显得十分关键。现场总线系统在设计网络布局时，不仅要考虑各现场节点的距离，还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强，因此许多仪表会有同样的功能块，组态时要仔细考虑功能块的选择，使网络上的信息流动小化。同时通信参数的组态也很重要，要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
3、存在技术瓶颈
现场总线在应用中还存在一些技术瓶颈问题，主要表现在以下几个方面。
（1） 当总线电缆断开时，整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低，但不能崩溃，这一点目前许多现场总线不能保证。
（2） 本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省电缆优点的发挥。
（3） 系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多，不容易掌握，但组态参数设定得好坏，对系统性能影响很大。
因此，采用一种统一的现场总线标准对于现场总线技术的发展具有特别重要的意义。为了加快新一代控制系统的发展与应用，各大厂商纷纷寻找其他途径以求解决扩展性和兼容性的问题，业内人士把目光转移到了在商用局域网中大获成功的具有结构简单、成本低廉、易于安装、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与internet集成、支持几乎所有流行的网络协议的以太网技术。
