Was genau ist eine serielle Schnittstelle?

Serielle Kommunikation ist ein häufig verwendetes Kommunikationsprotokoll im Power-Electronics-Design. Was genau ist also eine serielle Schnittstelle? Eine serielle Schnittstelle ist eine Computerschnittstelle, die üblicherweise für die Datenübertragung zwischen einem Computer und anderen Geräten (z. B. Modems, Sensoren, Druckern usw.) verwendet wird.

Eine serielle Schnittstelle verwendet ein Protokoll namens serielles Kommunikationsprotokoll, um die Datenübertragung zu verwalten. Das serielle Kommunikationsprotokoll steuert den Datenfluss während der Datenübertragung, einschließlich Datenbits, Baudrate, Paritätsbit und Stoppbit. Die Kommunikationsgeschwindigkeit einer seriellen Schnittstelle ist in der Regel langsam, aber in einigen spezifischen Anwendungen, z. B. bei der Kommunikation mit langsamen Sensoren, ist die serielle Schnittstelle immer noch eine wichtige Kommunikationsschnittstelle. Eine serielle Schnittstelle umfasst im Allgemeinen die folgenden Elemente:

Datenleitung:Normalerweise gibt es nur eine serielle Datenleitung für die Datenübertragung.
Steuerleitungen:Die serielle Schnittstelle umfasst auch einige Steuerleitungen zur Steuerung der Datenübertragung, wie z. B. Request To Send (RTS), Data Set Ready (DSR), Data Terminal Ready (DTR) und Data Carrier Detect (DCD).
Baudrate:Die Baudrate einer seriellen Schnittstelle bezieht sich auf die Geschwindigkeit der Datenübertragung, die üblicherweise durch die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits gemessen wird, z. B. 9600, 19200, 38400 usw.
Datenbits: Das Datenbit bezieht sich auf die Anzahl der Bits, die für jedes Zeichen verwendet werden. Im Allgemeinen kann das Datenbit 5, 6, 7 oder 8 Bit betragen.
Paritätsbit:Das Paritätsbit wird verwendet, um die Genauigkeit der Datenübertragung zu überprüfen. Gängige Paritätsmethoden sind ungerade Parität, gerade Parität und keine Parität.
Stoppbit:Das Stoppbit ist ein Bit, das am Ende jeder Zeichenübertragung gesendet wird. Normalerweise beträgt das Stoppbit 1 oder 2 Bit.

Die Arten von seriellen Schnittstellen werden üblicherweise durch ihre physischen Verbindungsmethoden und elektrischen Eigenschaften unterschieden. Im Folgenden sind gängige Arten von seriellen Schnittstellen aufgeführt:

RS-232 serielle Schnittstelle

Die RS-232 serielle Schnittstelle ist die gebräuchlichste Art von serieller Schnittstelle. Es ist eine serielle Standardschnittstelle, die häufig für die Datenübertragung zwischen Computern und anderen Geräten verwendet wird. RS-232 ist ein Standard, der vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) formuliert wurde und die elektrischen und mechanischen Spezifikationen in der seriellen Kommunikation definiert, einschließlich Datenübertragungsrate, Datenbits, Paritätsbit, Stoppbit, Steuersignale usw.
Die serielle RS-232-Schnittstelle verwendet normalerweise einen DB9- oder DB25-Anschluss, und ihre Übertragungsentfernung überschreitet im Allgemeinen nicht 50 Fuß (ca. 15 Meter).
Die serielle RS-232-Schnittstelle verwendet drei verschiedene Signalleitungen: eine Übertragungsleitung, eine Empfangsleitung und eine Erdungsleitung. Die Übertragungsleitung wird verwendet, um Daten vom Computer an externe Geräte zu senden, die Empfangsleitung wird verwendet, um Daten von externen Geräten an den Computer zu empfangen, und die Erdungsleitung wird verwendet, um die gemeinsame Erdung des Stromkreises zu verbinden.
Die serielle RS-232-Schnittstelle umfasst auch einige Steuersignale, wie z. B. Data Terminal Ready (DTR), Request To Send (RTS), Data Set Ready (DSR) und Clear To Send (CTS). Diese Steuersignale können verwendet werden, um die Richtung des Datenflusses, den Start und das Ende der Übertragung usw. zu steuern.

Dieser Typ von serieller Schnittstelle erscheint in den folgenden Modellen unseres Unternehmens: X30G-3805U, X31G-i3 4010U usw.

RS-485 serielle Schnittstelle
Die serielle RS-485-Schnittstelle ist eine serielle Standardschnittstelle, die üblicherweise für die Datenübertragung über große Entfernungen verwendet wird. RS-485 ist ein Standard, der vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) formuliert wurde und die elektrischen und mechanischen Spezifikationen in der seriellen Kommunikation definiert, einschließlich Datenübertragungsrate, Datenbits, Paritätsbit, Stoppbit, Steuersignale usw.
Die serielle RS-485-Schnittstelle verwendet differentielle Signalübertragung. Sie verwendet zwei Signalleitungen (A-Leitung und B-Leitung), um Daten zu übertragen, und überträgt Informationen durch Vergleich der Spannungsdifferenz auf den beiden Signalleitungen. Im Gegensatz zur seriellen RS-232-Schnittstelle kann die serielle RS-485-Schnittstelle mehrere Geräte unterstützen, die an denselben Bus angeschlossen sind, und kann eine Mehrpunktkommunikation realisieren. Sie kann bis zu 32 Geräte unterstützen, die gleichzeitig kommunizieren.
Die serielle RS-485-Schnittstelle kann eine längere Übertragungsentfernung von bis zu 1200 Metern unterstützen, und die Übertragungsrate ist ebenfalls relativ schnell, bis zu 10 Mbit/s. Darüber hinaus unterstützt die serielle RS-485-Schnittstelle auch Halbduplex- und Vollduplex-Arbeitsmodi, die je nach den tatsächlichen Anwendungsanforderungen eingestellt werden können.
Um die Qualität der Datenübertragung zu gewährleisten, ist es in der Regel erforderlich, Hilfsgeräte wie Abschlusswiderstände und Signal-Isolatoren am RS-485-Bus zu verwenden. Aufgrund der Vorteile der langen Übertragungsentfernung, der schnellen Übertragungsrate und der Unterstützung der Mehrpunktkommunikation wird die serielle RS-485-Schnittstelle häufig in der industriellen Steuerung, der Automatisierungssteuerung, der Sicherheitsüberwachung und anderen Bereichen eingesetzt.

Der Typ der seriellen Schnittstelle erscheint in den folgenden Modellen unseres Unternehmens: X30-J6412, X31G-I7-4600U usw.

TTL serielle Schnittstelle
Die TTL-serielle Schnittstelle bezieht sich auf eine serielle Kommunikationsschnittstelle, die TTL-Logikpegel (Transistor-Transistor-Logik) verwendet, die üblicherweise für die Datenübertragung zwischen einem Single-Chip-Mikrocomputer und externen Geräten verwendet wird. Im Gegensatz zu den seriellen RS-232- und RS-485-Schnittstellen wird ihre Spezifikation nicht von einer Standardisierungsorganisation formuliert, sondern von jedem Chiphersteller nach seinen eigenen Bedürfnissen.
Die TTL-serielle Schnittstelle verwendet eine einzelne Signalleitung (TX-Leitung und RX-Leitung) für die Datenübertragung, wobei die TX-Leitung für den Single-Chip-Mikrocomputer zum Senden von Daten und die RX-Leitung für den Single-Chip-Mikrocomputer zum Empfangen von Daten verwendet wird. Die Datenübertragungsrate der TTL-seriellen Schnittstelle ist relativ schnell und erreicht in der Regel Dutzende von kbit/s oder sogar Hunderte von kbit/s, aber die Übertragungsentfernung ist kurz und überschreitet im Allgemeinen nicht Dutzende von Metern.
Der Logikpegel der TTL-seriellen Schnittstelle beträgt üblicherweise 0 V und 5 V, wobei 0 V die Logik "0" und 5 V die Logik "1" darstellt. In praktischen Anwendungen ist es, da die Logikpegel externer Geräte und des Single-Chip-Mikrocomputers unterschiedlich sein können, in der Regel erforderlich, die Anpassung der Logikpegel durch einen Pegelwandler oder andere Methoden zu realisieren.

USB serielle Schnittstelle
Die USB-serielle Schnittstelle bezieht sich auf eine serielle Kommunikationsschnittstelle, die über eine USB-Schnittstelle (Universal Serial Bus) realisiert wird, die üblicherweise verwendet wird, um herkömmliche serielle Schnittstellengeräte (z. B. serielle RS-232-, RS-485-Schnittstellen) an einen Computer oder andere USB-Hosts anzuschließen. Die USB-serielle Schnittstelle wird auch als USB-zu-seriell- oder USB-zu-RS-232/RS-485-Schnittstelle bezeichnet. Die USB-serielle Schnittstelle kann auch über den USB-Bus mit Strom versorgt werden, ohne dass eine externe Stromversorgung erforderlich ist, was bequem zu transportieren und zu verwenden ist.
Die USB-serielle Schnittstelle muss normalerweise über einen USB-zu-seriell-Chip realisiert werden. Der Chip enthält intern Funktionen wie einen USB-Schnittstellencontroller, einen seriellen Schnittstellencontroller und einen Datenpuffer. Durch die Datenkonvertierung zwischen der USB-Schnittstelle und dem seriellen Schnittstellencontroller kann die Datenübertragung zwischen USB und der seriellen Schnittstelle realisiert werden.
Die USB-serielle Schnittstelle wird üblicherweise verwendet, um verschiedene serielle Schnittstellengeräte anzuschließen, wie z. B. serielle Schnittstellendrucker, serielle Schnittstellenkartenleser, serielle Schnittstellenkameras, serielle Schnittstellen-Debugging-Tools usw. Aufgrund der breiten Anwendung und des Komforts der USB-seriellen Schnittstelle ist sie zu einer Standardkonfiguration für viele eingebettete Systeme und industrielle Steuergeräte geworden.

Ethernet serielle Schnittstelle
Die Ethernet-serielle Schnittstelle ist eine serielle Schnittstelle, die das TCP/IP-Protokoll unterstützt und Daten über eine Netzwerkverbindung überträgt. Diese serielle Schnittstelle kann für die Datenübertragung über große Entfernungen und mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden. Die Ethernet-serielle Schnittstelle ist eine Technologie, die serielle Schnittstellengeräte (z. B. Sensoren, Controller usw.) über Ethernet mit einem Computer oder anderen Netzwerkgeräten verbindet. Sie wandelt die herkömmliche serielle Schnittstellenkommunikation in Ethernet-Datenströme um, um Fernüberwachung und -steuerung zu realisieren.
Die Ethernet-serielle Schnittstelle muss normalerweise spezielle Hardwaregeräte (z. B. einen Ethernet-seriellen Schnittstellenserver) und Software verwenden, um dies zu realisieren. Der Ethernet-serielle Schnittstellenserver ist ein spezielles Gerät, das serielle Schnittstellengeräte mit dem Ethernet verbindet und eine virtuelle serielle Schnittstellenschnittstelle bereitstellt. Auf diese virtuelle serielle Schnittstellenschnittstelle kann von einem Computer oder anderen Netzwerkgeräten wie einer lokalen seriellen Schnittstelle zugegriffen werden, wodurch Fernzugriff und -steuerung realisiert werden.
Mit der Ethernet-seriellen Schnittstellentechnologie können Fernverwaltung und -steuerung herkömmlicher serieller Schnittstellengeräte ohne Vor-Ort-Konfiguration und -Bedienung realisiert werden. Darüber hinaus kann die Ethernet-serielle Schnittstelle auch Funktionen wie Fernzugriffskontrolle und Datenerfassung bereitstellen, was für die Überwachung und Verwaltung praktisch ist.
Die Ethernet-serielle Schnittstelle wird üblicherweise in der industriellen Automatisierung, Fernüberwachung, Datenerfassung und anderen Bereichen eingesetzt. Beispielsweise müssen in der industriellen Automatisierung Geräte wie Sensoren und Steuerungen häufig ferngesteuert und -überwacht werden. Die Ethernet-serielle Schnittstellentechnologie kann diese Geräte mit dem Ethernet verbinden, um Fernzugriff und -steuerung zu realisieren, wodurch die Produktionseffizienz verbessert und die Kosten gesenkt werden.

Bluetooth serielle Schnittstelle
Die Bluetooth-serielle Schnittstelle ist ein drahtloses serielles Kommunikationsprotokoll, das auf der Bluetooth-Technologie basiert. Sie kann eine drahtlose serielle Kommunikation realisieren, d. h. das herkömmliche serielle Kommunikationsprotokoll (z. B. RS-232) über Bluetooth mit einem anderen Gerät verbinden, z. B. einem Smartphone, einem Tablet-Computer oder einem Computer.
Über die Bluetooth-serielle Schnittstelle kann eine drahtlose Datenübertragung realisiert werden. Die Datenübertragungsrate beträgt im Allgemeinen etwa 1 Mbit/s, was für die Kommunikation über kurze Entfernungen verwendet werden kann, und die Kommunikationsentfernung beträgt im Allgemeinen etwa 10 Meter. Darüber hinaus bietet die Bluetooth-Technologie auch die Vorteile eines geringen Stromverbrauchs und der Selbstvernetzung und kann auf viele Geräte mit geringem Stromverbrauch angewendet werden.
Vor der Verwendung der Bluetooth-seriellen Schnittstelle muss ein Bluetooth-serieller Schnittstellenadapter in das serielle Schnittstellengerät eingesetzt werden, und dann wird der Adapter mit einem anderen Gerät (z. B. einem Mobiltelefon, einem Tablet-Computer oder einem Computer) gekoppelt. Sobald die Kopplung erfolgreich war, können die beiden Geräte wie herkömmliche serielle Schnittstellengeräte kommunizieren.
Die Bluetooth-serielle Schnittstelle wird üblicherweise für die Datenübertragung und -steuerung verschiedener drahtloser Geräte verwendet, z. B. Bluetooth-serielle Schnittstellendrucker, Bluetooth-serielle Schnittstellensensoren, Bluetooth-serielle Schnittstellenfernbedienungen usw. In Smart Homes kann die Bluetooth-serielle Schnittstellentechnologie beispielsweise Geräte wie Sensoren und Aktoren mit Smartphones verbinden, um eine drahtlose Fernbedienung und -überwachung zu realisieren. Im medizinischen Bereich kann die Bluetooth-serielle Schnittstellentechnologie verwendet werden, um medizinische Geräte mit mobilen Geräten zu verbinden, um eine drahtlose Fernüberwachung und -steuerung zu realisieren.

Verschiedene Arten von seriellen Schnittstellen haben in verschiedenen Anwendungsszenarien ihre eigenen Vor- und Nachteile. Bei der Auswahl einer seriellen Schnittstelle ist es erforderlich, eine Auswahl entsprechend den tatsächlichen Anforderungen zu treffen.