【正文】 電子工程師需要掌握的知識和技能愚以為，掌握了一下的硬件和軟件知識，基本上就可以成為一個合格的電子工程師：第一部分：硬件知識一、 數(shù)字信號 TTL和帶緩沖的TTL信號TTL(邏輯門電路)全稱TransistorTransistor Logic,即BJTBJT邏輯門電路，是數(shù)字電子技術中常用的一種邏輯門電路，應用較早，技術已比較成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即雙極結型晶體管，晶體三極管）和電阻構成，具有速度快的特點。最早的TTL門電路是74系列，后來出現(xiàn)了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺點，正逐漸被CMOS電路取代。 TTL電平信號:TTL電平信號被利用的最多是因為通常數(shù)據(jù)表示采用二進制規(guī)定，5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機處理器控制的設備內部各部分之間通信的標準技術。 TTL電平信號對于計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅動器以及接收器電路；再者，計算機處理器控制的設備內部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因為在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響。 TTL輸出高電平，輸出低電平。在室溫下。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平=，輸入低電平=。 TTL電路是電流控制器件，TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(510ns)，但是功耗大。 RS232和定義RS232接口就是串口，電腦機箱后方的9芯插座，旁邊一般有 |O|O| 樣標識。 一般機箱有兩個，新機箱有可能只有一個。筆記本電腦有可能沒有。 有很多工業(yè)儀器將它作為標準通信端口。通信的內容與格式一般附在儀器的用戶說明書中。 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。 （1）接口的信號內容 實際上RS232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用39條引線。RS232C最常用的9條引線的信號內容見附表1所示 （2）接口的電氣特性 在RS232C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏 輯“1”，5— 15V；邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到3V的信號 作為邏輯“1” (3) 接口的物理結構 RS232C接口連接器一般使用型號為DB25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設備與PC機連接的RS232C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 （4）傳輸電纜長度 由RS232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺，美國DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出附表2 的實驗結果。其中1號電纜為屏蔽電纜， 內有三對雙絞線，每對由22 AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號電纜為不帶屏蔽的電纜。AWG的四芯電纜。 （Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS232C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS232C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、7 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS232C標準規(guī)定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的通信。 RS485/422（平衡信號）RS23RS422 與RS485的定義一、　　RS23RS422與RS485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的，RS232在1962年發(fā)布，命名為EIA232E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。RS422由RS232發(fā)展而來，它是為彌補RS232之不足而提出的。為改進RS232通信距離短、速率低的缺點，RS422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA422A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS422基礎上制定了RS485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA485A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。　　RS23RS422與RS485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家獨家使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄像機的RS422控制協(xié)議是有差異的，視頻服務器上的控制協(xié)議則更多了，如Louth、Odetis協(xié)議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。二、RS232串行接口標準　　目前RS232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 　　收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，如從DTE設備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器時是2腳相對7腳（信號地）的電平。典型的RS232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在5～15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結束，線上電平從TTL電平到RS232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與3～12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設備）通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS232適合本地設備之間的通信。其有關電氣參數(shù)參見表1。 　　規(guī)定 RS232 RS422 R485　　工作方式 單端 差分 差分　　節(jié)點數(shù) 1收1發(fā) 1發(fā)10收 1發(fā)32收　　最大傳輸電纜長度 50英尺 400英尺 400英尺　　最大傳輸速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s　　最大驅動輸出電壓 +/25V ～+6V 7V～+12V　　驅動器輸出信號電平(負載最小值) 負載 +/5V～+/15V +/ +/　　驅動器輸出信號電平(空載最大值) 空載 +/25V +/6V +/6V　　驅動器負載阻抗(Ω) 3K～7K 100 54　　擺率(最大值) 30V/μs N/A N/A　　接收器輸入電壓范圍 +/15V 10V～+10V 7V～+12V　　接收器輸入門限 +/3V +/200mV +/200mV　　接收器輸入電阻(Ω) 3K～7K 4K(最小) ≥12K　　驅動器共模電壓 3V～+3V 1V～+3V 1V～+3V　　接收器共模電壓 7V～+7V 7V～+12V 7V～+12V三、RS422與RS485串行接口標準 　　1．平衡傳輸 　　RS42RS485與RS232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。 　　通常情況下，發(fā)送驅動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態(tài)，負電平在2～6V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C，在RS485中還有一“使能”端，而在RS422中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發(fā)送驅動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)?！　〗邮掌饕沧髋c發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間?！　?．RS422電氣規(guī)定　　RS422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以RS422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負載能力是104k+100Ω（終接電阻）。RS422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現(xiàn)。 　　RS422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s?！　S422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。 　　RS422有關電氣參數(shù)見表1 　　3．RS485電氣規(guī)定 　　由于RS485是從RS422基礎上發(fā)展而來的，所以RS485許多電氣規(guī)定與RS422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通 　　而采用四線連接時，與RS422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS422有改進， 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。　　RS485與RS422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS485是7V至+12V之間，而RS422在7V至+7V之間，RS485接收器最小輸入阻抗為12k，RS422是4k；RS485滿足所有RS422的規(guī)范，所以RS485的驅動器可以用在RS422網(wǎng)絡中應用?！　S485有關電氣規(guī)定參見表1。 　　RS485與RS422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。 　　RS485需要2個終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端 干接點信號干接點的