串行通信的连接接口与连线电缆是直观可见的，它们的相互兼容是通信得以保证的第一要求，因此串行通信的实现方法发展迅速，形式繁多，这里主要介绍三种常用的串行接口标准。

1.RS-232C串行接口标准

RS-232C是1969年由美国电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA）所公布的串行通信接口标准。“RS”是英文“推荐标准”一词的缩写，“232”是标识号，“C”表示此标准修改的次数。它既是一种协议标准，又是一种电气标准，它规定了终端设备（DTE）和通信设备（DCE）之间信息交换的方式和功能。目前，几乎每台计算机和终端设备上都配备了RS-232C接口，PLC与上位计算机之间的通信就可以通过RS-232C标准接口来实现的。

（1）RS-232C接口的电气特性

RS-232C采用负逻辑，规定逻辑“1”电平在-15～-5V范围内，逻辑“0”在5～15V范围内。这样在线路上传送的电平可高达±12V，较之小于+5V的TTL电平来说有更强的抗干扰性能。RS-232C标准中还规定：最大传送距离为15m（实际上可达约30m），最高传输速率为20kbit/s。只能进行一对一通信。

（2）RS-232C接口的机械特性

RS-232C的标准接插件是25针的D形连接器，螺钉中心到螺钉中心的距离为（47.04±0.13）mm宽，所有其他尺寸也都作了规定。顶行引脚编号从左到右为1～13，底行引脚编号从左到右为14～25。尽管RS-232C规定的是25针连接器，但实际应用中并未将25个引脚全部用满，最简单的通信只需3根引线，最多的也不过用到22根。现在，在上位计算机与PLC的通信中普遍使用9针D形接口，下面以IBM计算机和欧姆龙PLC为例，列出其引脚定义如图10-5所示。

图10-5 RS-232C接口引脚定义示意图

a）IBM计算机端RS-232C接口管脚定义示意图 b）欧姆龙PLC端RS-232C接口管脚定义示意图

图10-5中的各引脚定义与功能见表10-2。图中，TXD和RXD引脚用来发送和接收数据，而其他引脚是为了正确传输信息而涉及的联络信号。要实现设备间的串行通信，需要根据引脚定义进行正确接线。

表10-2 传输介质性能比较表

有了RS-232C接口，使PLC与上位计算机，PLC与PLC联网通信成为可能。欧姆龙PLC与IBM PC的RS-232C接口连接如图10-6所示。

图10-6 PLC与PC的RS-232C接口连接示意图

（3）RS-232C的不足之处

尽管RS-232C是目前广泛应用的串行通信接口，但也存在着一些不足之处：

1）数据传输速率低，最高仅为20kbit。

2）数据传输距离短，最远仅为15m。

3）每根信号线只有一根导线、两个传送方向，仅有一根信号地线，发送器与接收器之间存在潜在的地线回流不平衡的问题，可能对信号产生干扰。

2.RS-449与RS-422A/423A标准(www.daowen.com)

为了解决RS-232C标准之不足，EIA就需要建立一种与老标准兼容的新标准（技术上不是非常先进），还是建立一种新的具有技术前瞻性的不兼容的标准，进行了长期的辩论，最后对这两种意见进行了折中，于1977年制定了RS-499标准。其特点是：

1）支持较高的数据传输速率。

2）支持较远的传输距离。

3）制定连接器的技术规范。

4）提供平衡电路改进接口电气特性。

RS-449标准定义了RS-232C中所没有的10种电路功能，规定用37引脚的连接器。实际上RS-449是将三种标准集于一身，在RS-449中给出了机械接口、功能接口和规程接口，但是电气接口却以两种不同的标准给出。其中一个就是RS-423A，它与RS-232C类似，它的所有线路都共享一根公用地线，这种技术称为不平衡传送（Unbalanced Transmission）。第二个电气标准为RS-422A，对应于平衡传送（Balanced Transmission）技术，这里的每条主要线路都用两条线，没有公共地线。图10-7给出了RS-232C、RS-422A的典型转换电路。

RS-422A标准规定的电气接口是差分平衡式的，它能在较长的距离内明显地提高传输速率，例如，1200m的距离，速率可以达到100kbit/s，而在12m等较短的距离内则可提高到10Mbit/s。如图10-7所示，平衡驱动和差分接收方法从根本上消除了信号地线，这种驱动相当于两个单端驱动器，它们的输入是同一个信号，而一个驱动器的输出正好与另一个的输出反相；当干扰信号作为共模信号出现时，接收器则接收差分输入电压。只要接收器具有足够的抗共模电压工作范围，它就能识别这两种信号而正确接收传送的信息。

图10-7 RS-232C、RS-422A的驱动及接收电路

a）单端驱动单端接收电路（RS-232C） b）平衡驱动差分接收电路（RS-422A）

这种性能的改善是由于平衡电气结构的优点而产生的，它能有效地从地线的干扰中分离出有效信号。差分接收器可以区分0.2V以上的电位差，因此可以不受对地参考系统的地电位的波动和共模电磁的干扰。

在工程应用中，有时要把远距离（如数百米）的两台或多台带有RS-232C接口的设备连接起来进行通信或组成分散式系统，这时不能用RS-232C串口直接连接，但可以采用RS-232C/422A转换电路进行连接，即在现有的RS-232C串口上附加转换电路，两个转换电路之间采用RS-422A方式连接。

3.RS-485标准

在许多工业环境中，要求用最少的信号连线来完成通信任务。目前广泛应用的RS-485串行接口总线正是适应这种需要而出现的，它几乎已经在所有新设计的装置或仪表中出现。RS-485实际上是RS-422A的简化变形，它与RS-422A的不同之处在于RS-422A支持全双工通信，RS-485仅支持半双工通信；RS-422A采用两对信号线，分别用于发送和接收，RS-485分时使用一对信号线发送或接收。在点对点远程通信时，它们的电路连接如图10-8所示。对于每个通信子站来说，RS-422A和RS-485的驱动/接收电路性能没有太大区别。RS-485串口在PLC局域网中应用很普遍，如西门子S7系列PLC采用的就是RS-485串口。

在采用RS-485串口互联的网络中，某一时刻两个站中只有一个站可以发送数据，而另一个站只能接收数据，因此其发送电路是由使能端控制的。RS-485用于多站互联十分方便，可以节省昂贵的信号线，同时，它可以高速远距离传输数据。许多智能仪表均配有RS-485总线接口，将它们联网构成分布式控制系统非常方便。

RS-422A/485差分信号的传输线为双绞线，常用的2芯双绞线的Z₀值为100Ω，因此，两根信号线之间连接的匹配电阻为100Ω。更为常用的端接方法是在每根信号线与地之间连接50Ω的电阻，这种方法有助于两根信号线保持平衡。表10-3给出了三种串行通信接口的驱动台数、物理连接距离和传输速率等。

图10-8 RS-422、RS-485互联方案

a）RS-422A点对点互联 b）RS-485点对点互联

表10-3 串行通信接口RS-232C、RS-422A和RS-485的电气性能对比表