西门子6ES368-3BC51-0AA0

串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

终端与其他设备（例如其他终端、计算机和外部设备）通过数据传输进行通信。数据传输可以通过两种方式进行：并行通信和串行通信。

在计算机和终端之间的数据传输通常是靠电缆或信道上的电流或电压变化实现的。如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输方式称为并行通信。

并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或各种内部总线就是以并行方式传送数据的。另外，在plc底板上，各种模块之间通过底板总线交换数据也以并行方式进行。

并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过 对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算 机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。

串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经 传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广 阔的公用系统来说具有更大的现实意义。

串行的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。

串行外设接口 （spi） 总线是一个工作在全双工模式下的同步串行数据链路。它可用于在单个主控制器和一个或多个从设备之间交换数据。其简单的实施方案只使用四条支持数据与控制的信号线（图 1）：

虽然表1中的引脚名称来自摩托罗拉开发的spi标准，但具体的spi端口名称往往与图1中所示的不同。

图 1:基本 spi 总线

表 1:spi 引脚名称分配

spi 数据速率一般在1到70mhz的范围内，字长为从8位及12位到这两个值的倍数。

数据传输一般由数据交换构成。在主控制器向从设备发送数据时，从设备也向主控制器发送数据。因此主控制器的内部移位寄存器和从设备都采用环形设置（图 2）。

图2:双移位寄存器形成一个芯片间的环形缓存器

在数据交换之前，主控制器和从设备会将存储器数据加载至它们的内部移位寄存器。收到时钟信号后，主控制器先通过mosi线路时钟输出其移位寄存器的msb。同时从设备会读取位于simo的主控器位元，将其存储在存储器中，然后通过somi时钟输出其msb。主控制器可读取位于miso的从设备位元，并将其存储在存储器中，以便后续处理。整个过程将一直持续到所有位元完成交换，而主控器则可让时钟空闲并通过/ss 禁用从设备。

除设置时钟频率外，主控制器还可根据数据配置时钟极性和相位。这两个分别称为cpol与cpha的选项可实现时钟信号180度的相移以及半个时钟周期的数据延迟。图3是相应的定时图。

图3:时钟极性与相位的定时图

cpol = 0 时，时钟空闲在逻辑 0 位置上：

如果cpha = 0，数据在sck的上升沿读取，在下降沿变化。

如果cpha=1，数据在sck的下降沿读取，在上升沿变化。

cpol= 1 时，时钟在逻辑为高时空闲：

如果cpha =0，数据在sck的下降沿读取，在上升沿变化。

如果cpha= 1，数据在sck的上升沿读取，在下降沿变化。

在spi中，主控制器可与单个或多个从设备通信。如果是一个单从设备，从设备选择信号可连接至从设备的本地接地电位，实现接入。对使用多个从设备的应用，可使用两种配置：独立从设备与菊花链从设备（图4）。

图4:主控制器与独立从设备（左）及菊花链从设备通信（右）

要与从设备单独通信，主控制器必须提供多重从设备选择信号。该配置通常用于必须单独访问多个模数转换器（adc）及数模转换器（dac）的数据采集系统中。

菊花链从设备只需要主控制器提供一个从设备选择信号，因为这种配置要求所有从设备同时启用，以确保数据不间断地流经该链路中的所有移位寄存器。典型应用是工业i/o 模块中的级联多通道输入串行器与输出驱动器

1控制系统(fieldbus control system，简称fcs)k1及开发k2

k1 k2

传统系统的缺点：这种传输方式一方面要使用大量的信号线缆； 另一方面模拟信号的传输和抗干扰能力低。

现场总线控制系统的特征：全数字化的现场通信网络。开放型的互联网络。采用数字信号传输取代模拟信号传输。增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。

现场总线控制系统是在是在即系统的基础上发展而成的，它继承了dcs的分布式特点，但在各功能子系统之间，尤其是在现场设备和仪表之间的连接上，采用了开放式的现场网络，从而使系统现场设备的连接形式发生了根本的改变，具有自己所特有的性能和特征。 目前的dcs的检测、变送和执行等现场仪表仍采用模拟信号连接，无法满足上位机系统对现场仪表的信息要求， 产生了上位机与现场仪表进行的要求。智能化现场仪表的出现，也要求与上位机系统实现数字通信。故要求建立一个标准的现场仪表与上位机系统的数字通信链路即现场总线(fcs)。其结构示意图见图k3。

2 fcs的特点：

全数字化的现场通信网络；

开放型的互联网络；

采用数字信号传输取代模拟信号传输；

增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。

3 fcs的优点：

节省硬件数量和投资；节省安装费用；节省维护费用；用户具有高度的系统集成主动权；提高系统的准确性与可靠性；对现场环境的适应性；现场总线化。见图k4所示。其中iec标准的8种类型是平等的。

其中type2～type8需要对type1提供接口，而标准本身不要求type2～type8之间提供接口。目前国际上的现场总线系统由hart 总线系统、 profibus 总线系统、 ff 总线系统、can 总线系统、lon works 总线系统等。