波特率是如何工作的

在本文中，我們將探討數(shù)據(jù)傳輸速率的挑戰(zhàn)，并討論波特率在舊通信系統(tǒng)中的作用。

計(jì)算機(jī)通過(guò)從一臺(tái)設(shè)備到另一臺(tái)設(shè)備的線路跨線發(fā)送“位”數(shù)字信息來(lái)進(jìn)行通信。此過(guò)程允許設(shè)備向您的計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或從您的計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，您無(wú)需擔(dān)心設(shè)置詳細(xì)信息 - 它可以正常工作。但是，對(duì)于某些設(shè)備，我們必須提供有關(guān)波特率的信息。什么是波特率，它為什么重要？

數(shù)字設(shè)備之間通信的每個(gè)方面都建立在二進(jìn)制信息的交易之上。最早的設(shè)備使用串行和并行通信端口，根據(jù)現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，速度通常相對(duì)較慢。

幾乎所有基于現(xiàn)代技術(shù)的設(shè)備都在計(jì)算機(jī)背景下處理通信協(xié)調(diào)。當(dāng)您將新設(shè)備插入備用 USB 端口時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一條消息，提醒您計(jì)算機(jī)正在“安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件”。延遲幾秒后，配置完成，我們?cè)僖膊挥脫?dān)心了。

圖 1。常見的 Allen Bradley MicroLogix 1000 使用串行通信方法，其中波特率在 RSLinx 應(yīng)用程序中選擇。

工業(yè)設(shè)備有點(diǎn)不同。頻繁升級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能非常昂貴，更不用說(shuō)風(fēng)險(xiǎn)了。大多數(shù)控制系統(tǒng)都包含久經(jīng)考驗(yàn)的通信協(xié)議，但也有點(diǎn)落后于現(xiàn)代自動(dòng)配置的便利性。我經(jīng)常連接到 PLC 并被提示提供諸如“波特率”或“半雙工和全雙工”等術(shù)語(yǔ)的信息，同時(shí)手動(dòng)選擇 COM 端口來(lái)路由信息。

通信協(xié)議速度的限制

之前，我提到了串行和并行通信協(xié)議。隨著數(shù)據(jù)流變得越來(lái)越復(fù)雜，每種方法都有自己增加數(shù)據(jù)吞吐量的方法。對(duì)于并行通信，電纜中并排的更多線路可以發(fā)送更多數(shù)據(jù)。隨著電子產(chǎn)品變得更小、更緊湊，這帶來(lái)了明顯的挑戰(zhàn)。

對(duì)于串行通信，更快的數(shù)據(jù)速率會(huì)帶來(lái)更高的吞吐量。計(jì)算機(jī)發(fā)展的速度允許數(shù)據(jù)傳輸速率不斷增加，而無(wú)需增加捆綁中的電線數(shù)量，這對(duì)硬件設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。同時(shí)，它也給軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

最有可能的是，您的計(jì)算機(jī)可以非常快速地進(jìn)行通信。諸如以太網(wǎng) 適配器之類的適配器能夠達(dá)到每秒 10 千兆比特（每秒 10 億比特）的速度。但是，如果您希望連接到幾十年前的設(shè)備，它就無(wú)法以這種速度處理數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)軟件的挑戰(zhàn)是了解外圍設(shè)備共享數(shù)據(jù)的速度，然后在與該設(shè)備通信時(shí)將您的計(jì)算機(jī)限制在該速度。在現(xiàn)代系統(tǒng)中，這就是神秘的“設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件”中包含的信息。在這兩種設(shè)備中，限制因素幾乎肯定是較舊、速度較慢的設(shè)備。

對(duì)于早于自動(dòng)化配置的硬件，這個(gè)速度必須在兩端手動(dòng)協(xié)調(diào)：計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備。

為什么速度需要匹配？

傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通常由 8、16 或 32 位系列的二進(jìn)制數(shù)據(jù)片段組成。這些數(shù)據(jù)字符串可以表示代碼、二進(jìn)制形式的數(shù)值或 8 位 ASCII 字符，例如字母、數(shù)字或符號(hào)。

圖 2。DirectLogic 105 及其相關(guān)軟件 DirectSOFT，說(shuō)明為正確通信選擇波特率。

如果發(fā)送設(shè)備被告知以特定速率發(fā)送數(shù)據(jù)，但接收設(shè)備只期望該數(shù)據(jù)速率的一半，則它將錯(cuò)過(guò)所有其他位。不用說(shuō)，在接收端，數(shù)據(jù)將是一堆無(wú)用的信息。

波特率通常顯示為數(shù)據(jù)交換率的預(yù)選列表，因此用戶無(wú)法輸入她或他自己的任意波特率。這些波特率通常從每秒幾百位到每秒超過(guò) 100，000 位不等。

經(jīng)驗(yàn)法則是選擇可以實(shí)現(xiàn)的最快數(shù)據(jù)速率，而不會(huì)留下太多丟失信息的機(jī)會(huì)。隨著數(shù)據(jù)速率變得更高，一位受到電纜電容干擾的機(jī)會(huì)增加，并且數(shù)據(jù)將被破壞。另一方面，選擇太低的數(shù)據(jù)速率可能會(huì)提高可靠性，但會(huì)花費(fèi)太多時(shí)間發(fā)送和接收消息，從而丟失關(guān)鍵的傳感器讀數(shù)。

常見波特率應(yīng)用

不要期望在基于以太網(wǎng)的適配器和設(shè)備上看到可配置的波特率，但在某些情況下可能會(huì)遇到這個(gè)障礙。

圖 3。Arduino 編程接口，一個(gè)常見的業(yè)余愛(ài)好微處理器平臺(tái)，通過(guò) Serial.begin 命令（左上角的橢圓形）為控制器板本身選擇波特率，并從 PC 終端的列表中選擇（右下角的圓圈）。

串行 COM 端口。許多使用標(biāo)準(zhǔn)和專有 COM 端口的微型 PLC 可能需要有關(guān)波特率的信息。我已經(jīng)配置了許多需要此類信息的 MicroLogix1000 處理器。幸運(yùn)的是，一旦選擇了正確的 COM 端口，RSLinx 通常能夠自動(dòng)配置。

DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)。波特率的另一個(gè)限制因素是電纜的距離。導(dǎo)線的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，預(yù)期的波特率就越慢。制造商的規(guī)格概述了此類系統(tǒng)的功能。

微處理器。我經(jīng)常使用業(yè)余愛(ài)好的微控制器平臺(tái)，例如 Arduino。在這個(gè)設(shè)備中，波特率被輸入到程序中并加載到電路板上；同樣，必須在軟件中選擇相同的波特率。

較舊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，尤其是工業(yè)應(yīng)用中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通信速度不如以太網(wǎng)或其他協(xié)議快。為了緩解這種情況，計(jì)算機(jī)可能會(huì)提示您輸入波特率。波特率將有助于確保數(shù)字設(shè)備之間的通信正確且不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。