设想直流电源,它的输出端插座接口有三个管脚,分别是正极、负极和接地极 。相应地,负载的插头也应当有三个管脚与电源侧一一对应,这样才能正确地获得电能供应 。
注意到这里有三个必须满足的条件:
第一是插头和插座管脚的形状、大小和插针直径及长度必须一一对应,否则无法完成接插操作 。这一点规定了插头组合的物理结构和管脚定义 。
第二是电源的输出电压值必须满足载侧的需求值,否则无法完成电参量的要求 。这一点决定了插头组合的电平规范 。
第三是电源的输出阻抗与负载的输入阻抗必须匹配,否则不能实现完善的供电 。这一点决定了电源的工作性质 。
这三点其实就是电源插头组合在物理层面上的规范性协议 。
再看通信接口 。在有关计算机信息交换的ISO/OSI模型里,物理层是最底层(第一层),它规定了接口的机械外形、接口管脚定义、接口电平和字节格式 。
这里的字节格式,指的是一个字节中有几个数据位,有几个起始位/停止位,有几个奇偶校验位 。一般地,一个字节有8个数据位,1个起始位(停止位),和1个奇偶校验位 。注意:起始位和停止位可以合并 。
再看通信接口和通信网络的工作制问题 。
当我们拿手机挂电话时,我们发现通信双方在通话的同时也可以接听,这叫做全双工(双向工作制);如果说话的时候不能听,而接听的时候不能说,但任何一方都具有说和听的能力,也即对讲机的通话型式,这叫做半双工 。
RS422接口和RS232接口是全双工接口,而RS485则是半双工接口 。
对于半双工接口,显然需要有通信的发起者,所以RS485接口和网络一定具有主站和若干从站,并且从站的数量也有规定 。一般地,从站的数量是32个 。
RS485主站与从站的关系问题,看似只是通信工作制的不同,其本质是通信各方对通信总线控制权的合理分配 。
我们再看总线连接问题 。
我们还是以电源为例 。我们可以从电源引出一条主干线,然后再并联若干个支路并分别送到若干个负载 。只要满足电源的功率要求,显然这是可行的 。
如果我们用同样的方法来引出RS485的通信线,是否可行呢?答案是否定的 。我们必须从通信主站先引一条线到第一个通信子站,再从第一子站引第二条线到第二子站,如此循环直到最后一个子站 。在通信线的终端,还要配一个终端电阻 。在这条通信线路上,任何一点如果发生断路,则后续的通信链路上的通信也就断了 。这种接线方法形象地被称为菊花瓣连接方法,或者链形连接方法,而电源的接线方法则被称为星形连接方法 。
我们发现,从电气接线来看,链路是并联的 。但从通信来看,链路是菊花瓣的,属于一个接一个的有秩序的连接 。
现在我们可以总结一下了:
RS485的总线网络接线方式必须是链形菊花瓣的接线方式,并且属于半双工的通信方式;RS232是点到点的接线方式,属于全双工通信 。不管是RS232接口,还是RS485接口,它们必须符合物理层的通信规约 。
再看MODBUS-RTU通信协议:
有了物理层通信接口,是不是就能通信呢?答案是否定的 。物理层通信接口只是使得通信双方具备通信条件而已 。但若双方说的话谁都听不懂,或者通信双方的说话方式及语法结构不相符,显然这也无法通信 。
在OSI模型中,物理层之上是数据链路层 。MODBUS-RTU协议就是数据链路层协议,只要通信双方都采用了MODBUS-RTU协议,则能确保通信语言是双方都能听得懂的语句格式 。
注意这里的词汇“语句” 。物理层 定义的是字节,相当于语言中的字,数据链路层则把字节组织成语句,也即帧 。帧规定了通信双方所用语句的语法结构 。
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