設想直流電源,它的輸出端插座接口有三個管腳,分別是正極、負極和接地極。相應地,負載的插頭也應當有三個管腳與電源側一一對應,這樣才能正確地獲得電能供應。
注意到這里有三個必須滿足的條件:
第一是插頭和插座管腳的形狀、大小和插針直徑及長度必須一一對應,否則無法完成接插操作。這一點規定了插頭組合的物理結構和管腳定義。
第二是電源的輸出電壓值必須滿足載側的需求值,否則無法完成電參量的要求。這一點決定了插頭組合的電平規范。
第三是電源的輸出阻抗與負載的輸入阻抗必須匹配,否則不能實現完善的供電。這一點決定了電源的工作性質。
這三點其實就是電源插頭組合在物理層面上的規范性協議。
再看通信接口。在有關計算機信息交換的ISO/OSI模型里,物理層是Zui底層(第一層),它規定了接口的機械外形、接口管腳定義、接口電平和字節格式。
這里的字節格式,指的是一個字節中有幾個數據位,有幾個起始位/停止位,有幾個奇偶校驗位。一般地,一個字節有8個數據位,1個起始位(停止位),和1個奇偶校驗位。注意:起始位和停止位可以合并。
再看通信接口和通信網絡的工作制問題。
當我們拿手機掛電話時,我們發現通信雙方在通話的同時也可以接聽,這叫做全雙工(雙向工作制);如果說話的時候不能聽,而接聽的時候不能說,但任何一方都具有說和聽的能力,也即對講機的通話型式,這叫做半雙工。
RS422接口和RS232接口是全雙工接口,而RS485則是半雙工接口。
對于半雙工接口,顯然需要有通信的發起者,所以RS485接口和網絡一定具有主站和若干從站,并且從站的數量也有規定。一般地,從站的數量是32個。
RS485主站與從站的關系問題,看似只是通信工作制的不同,其本質是通信各方對通信總線控制權的合理分配。
我們再看總線連接問題。
我們還是以電源為例。我們可以從電源引出一條主干線,然后再并聯若干個支路并分別送到若干個負載。只要滿足電源的功率要求,顯然這是可行的。
如果我們用同樣的方法來引出RS485的通信線,是否可行呢?答案是否定的。我們必須從通信主站先引一條線到第一個通信子站,再從第一子站引第二條線到第二子站,如此循環直到Zui后一個子站。在通信線的終端,還要配一個終端電阻。在這條通信線路上,任何一點如果發生斷路,則后續的通信鏈路上的通信也就斷了。這種接線方法形象地被稱為菊花瓣連接方法,或者鏈形連接方法,而電源的接線方法則被稱為星形連接方法。
我們發現,從電氣接線來看,鏈路是并聯的。但從通信來看,鏈路是菊花瓣的,屬于一個接一個的有秩序的連接。
現在我們可以總結一下了:
RS485的總線網絡接線方式必須是鏈形菊花瓣的接線方式,并且屬于半雙工的通信方式;RS232是點到點的接線方式,屬于全雙工通信。不管是RS232接口,還是RS485接口,它們必須符合物理層的通信規約。
再看MODBUS-RTU通信協議:
有了物理層通信接口,是不是就能通信呢?答案是否定的。物理層通信接口只是使得通信雙方具備通信條件而已。但若雙方說的話誰都聽不懂,或者通信雙方的說話方式及語法結構不相符,顯然這也無法通信。
在OSI模型中,物理層之上是數據鏈路層。MODBUS-RTU協議就是數據鏈路層協議,只要通信雙方都采用了MODBUS-RTU協議,則能確保通信語言是雙方都能聽得懂的語句格式。
注意這里的詞匯“語句”。物理層定義的是字節,相當于語言中的字,數據鏈路層則把字節組織成語句,也即幀。幀規定了通信雙方所用語句的語法結構。
MODBUS也是主從式的。和物理層的總線控制是一樣的,這里的主從關系,就是對通信總線的控制權做了規定。主站先下達命令,占用總線;接著把總線空置,交給從站去寫回應碼;從站完成后,再把總線還給主站。
現在我們來看看ISO的HDLC規定的幀結構,也即通信語句的語法結構,如下:
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