本文首先簡單回顧了國內(nèi)USB產(chǎn)品開發(fā)的歷史，然后詳細(xì)介紹了以波仕電子產(chǎn)品為代表的四代USB串口通信產(chǎn)品的性能及特點(diǎn)，*代是USB/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的USB/ RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代是USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。zui后文章對USB虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進(jìn)行了評論。
9 p3 x9 _1 u3 k2 n4 ~$ D1 K8 e7 e 關(guān)鍵詞 USB 串口通信 RS-232 RS-485
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3 }（ M5 ?& ^8 ~' _9 F: d 目前計(jì)算機(jī)的USB接口已經(jīng)大量使用，一般每臺計(jì)算機(jī)都有2到4個(gè)USB口。USB口已經(jīng)開始逐步取代傳統(tǒng)的PS/2鼠標(biāo)口、PS/2鍵盤口、CENTRONICS打印口、RS-232串口等。USB將是未來重要的PC機(jī)工業(yè)通信接口之一，用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)通信以及存儲、編程等。在USB技術(shù)逐步普及于工業(yè)通信的今天，本文回顧USB工業(yè)通信產(chǎn)品的發(fā)展過程。
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先回顧我國USB產(chǎn)品的開發(fā)成就，我們不得不提到的深圳朗科公司。是他提出了“優(yōu)盤”的名稱，是他取得了的USB外部存儲裝置的知識產(chǎn)權(quán)，并且據(jù)說后來以此起訴打敗了的日本SONY公司。盡管在朗科的U盤出現(xiàn)之前國內(nèi)已經(jīng)有IBM隨電腦一道贈送的“IBM存儲鑰匙”，其實(shí)就是U盤，但是象IBM這樣連微硬盤部門都出售給日立公司的藍(lán)色巨人是看不上這小小的存儲鑰匙（storage key）的。這樣的失誤雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于請MICROSOFT公司為IBM PC寫DOS操作系統(tǒng)，但是也成就了一個(gè)中國的朗科以及后來國內(nèi)的整個(gè)U盤市場，盡管今天的朗科還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到MICROSOFT的規(guī)模。當(dāng)時(shí)早期的朗科U盤采用的是PHILIPS公司的PDIUSB12的USB接口芯片加三星的FLASH存儲器，朗科當(dāng)時(shí)還出售PDIUSB12的開發(fā)系統(tǒng)可用于開發(fā)U盤等產(chǎn)品。不到一年后，同樣在深圳的另外一家公司魯文公司開發(fā)出了號稱是*個(gè)無須驅(qū)動程序的U盤（取名為“易盤”），可以在Windows me下無須驅(qū)動程序。因?yàn)闊o驅(qū)才會有后來的巨大的市場。
& y- U! H8 K' {/ B4 H- B9 ] 雖然以上是國內(nèi)USB產(chǎn)品開發(fā)歷程的簡單回顧并不是USB串口通信領(lǐng)域產(chǎn)品的回顧，但是正是因?yàn)橹袊碎_發(fā)U盤技術(shù)讓我國在世界計(jì)算機(jī)外設(shè)方面占了一席之地的成就鼓舞了后來國人在USB串口通信領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)，也正是當(dāng)時(shí)朗科出售的USB開發(fā)系統(tǒng)帶動波仕電子開始了USB串口通信產(chǎn)品的開發(fā)。況且工業(yè)通信和工業(yè)測量控制領(lǐng)域都是國人的傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)，始終是國貨占據(jù)絕大部分市場。本文介紹了以波仕電子產(chǎn)品為代表的四代USB串口通信產(chǎn)品的性能及特點(diǎn)，*代是USB/RS-232轉(zhuǎn)換器，第二代是USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器，第三代是光電隔離的USB/ RS-232/485/422通用轉(zhuǎn)換器，第四代是USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。zui后文章對USB虛擬的串口與傳統(tǒng)串口的差別進(jìn)行了評論。' ~, G. r4 S. k$ Z5 Z） h: H
. e） m2 X/ W5 }1 T9 H: O4 b *代產(chǎn)品 USB/RS-232轉(zhuǎn)換器: Z0 4 D4 Y' ^' @1 ]） c
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*代USB串口通信產(chǎn)品是以波仕電子的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器為典型的。波仕電子是早從事USB/串口轉(zhuǎn)換器的開發(fā)廠家之一。型號為USB232的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器（如圖1）用于將一個(gè)USB口轉(zhuǎn)換成為一個(gè)RS-232串行口。USB/RS-232轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)USB與RS-232串口設(shè)備相互通訊的一種協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置（USB協(xié)議-串行通信協(xié)議）。在通信主機(jī) （USB）和RS-232串口設(shè)備之間，無論是通信主機(jī)發(fā)送信息至的RS-232串口設(shè)備或是RS-232串口設(shè)備發(fā)送信息至通信主機(jī)，都可以經(jīng)其輕易且正確地傳輸。波仕的USB232是專門為工業(yè)通信設(shè)計(jì)制造的，特別強(qiáng)調(diào)對工業(yè)通信的適用性。比如我們用工業(yè)通信開發(fā)常用的Visual BASIC 和 Visual C++語言的Mscomm.ocx通信控件編程后進(jìn)行通信檢測，波仕的USB232可以在各種版本的Windows下很流暢地正確通信并且對RTS/CTS、DTR/DSR握手信號的控制與監(jiān)測也很正確，而有些市售的USB/串口轉(zhuǎn)換器卻不能夠通過這樣的檢測。/ k5 ]: b+ b: e. n& @; O
圖1 波仕電子的型號為USB232的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器
u" g2 a# N2 L6 C% Q/ ]! F 波仕電子USB232產(chǎn)品具有以下基本性能特點(diǎn)：直接外插USB口，無須外接電源,自動識別串口號當(dāng)作新的COM口，并且在WINDOWS XP下可以修改COM口的號碼，RS-232口帶全部RS-232信號，軟件只需修改串口號即可，無須重新編寫。 " X$ P0 M3 S% K' o
USB232產(chǎn)品還可以與波仕電子的其他產(chǎn)品配合使用： USB232還可以直接配接波仕電子的485C型轉(zhuǎn)換器構(gòu)成USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器（全雙工半雙工通用）。USB232還可以直接配接波仕電子的485TC型轉(zhuǎn)換器構(gòu)成光電隔離且無須供電的USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器。USB232還可以直接配接波仕電子的BS232-9型RS-232光電隔離器構(gòu)成光電隔離無須供電的USB/RS-232轉(zhuǎn)換器。
8 X9 A- c" W） Z6 H, d4 ^2 h 第二代產(chǎn)品 USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器
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, X$ N3 E（ P& H1 J" B% j/ G 第二代USB串口通信產(chǎn)品可以從USB口直接擴(kuò)展出RS-485、RS-422口。波仕電子USB/RS-485轉(zhuǎn)換器（型號：USB485）用于將一個(gè)USB口轉(zhuǎn)換成為RS-485（半雙工）或者RS-422口（全雙工），如圖2。
# h3 b' |1 m- Y* ]& G N1 o X 圖2 波仕電子的型號為USB485的USB/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器 : q! z' D1 g7 L& @+ g
波仕電子USB485產(chǎn)品具有以下基本性能特點(diǎn)：直接外插USB口，無須外接電源, 無須供電而且還可以對外輸出5V電源。配RS-485/RS-422接線端子！自動識別串口號當(dāng)作新的COM口， RS-485/422口為全雙工半雙工通用，軟件只需修改串口號即可。驅(qū)動軟件*同波仕USB232轉(zhuǎn)換器。 USB485主要是為USB的遠(yuǎn)程工業(yè)通信而設(shè)計(jì)的，由于轉(zhuǎn)換為RS-485或者RS-422接口所以通信距離增加到了1200米（9600bps時(shí)）。同時(shí)增加了一個(gè)5V供電腳這樣可以對某些外接的儀器或設(shè)備供電。 1 f ^1 v（ x） K& O# i$ s8 H' v
第三代產(chǎn)品 光電隔離USB/RS-232/485/422轉(zhuǎn)換器
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圖3 波仕電子的型號為USB232GL1的光電隔離USB/RS-232/485/422轉(zhuǎn)換器 + K+ I: D. Z- q
第三代USB串口通信產(chǎn)品不僅可以從USB口直接擴(kuò)展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實(shí)現(xiàn)了光電隔離又無須供電。波仕USB232GL1光電隔離微型USB/串口轉(zhuǎn)換器（如圖3）秉承波仕轉(zhuǎn)換器的一貫特色，具有超小型的外形（80*23*47mm）、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口（COM1-COM256）、無須修改已有的串口通信軟件。
1 @3 a/ g9 k（ X9 e* U- w 波仕USB232GL1可能是世界上zui小的光隔USB/串口轉(zhuǎn)換器之一、使用也是極簡便的，號:200630307752。USB232GL1實(shí)現(xiàn)了USB與串口的2500V光電隔離。USB232GL1的RS-232/485/422的zui高通信速率為19.2Kbps，實(shí)際可達(dá)38.4Kbps以上。波仕USB232GL1內(nèi)置有600W抗雷擊浪涌保護(hù)器。 7 U5 ~（ q* }' a
將USB232GL1型USB/串口轉(zhuǎn)換器通過配套的USB延長線（A型USB口到B型USB口）外插到計(jì)算機(jī)的USB口。在串口插座旁邊有一個(gè)小LED（發(fā)光二極管），當(dāng)USB232GL1產(chǎn)品接通后LED會一直亮著。
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波仕USB232GL1產(chǎn)品的RS-232/485/422串口端是一個(gè)DB-9針座，具有RS-232、RS-485、RS-422全部引腳。當(dāng)作為RS-232口時(shí)與PC機(jī)的DB-9針RS-232口的2、3、5腳分配*相同。作為RS-422時(shí)，T+、T—是指從USB232GL1向外發(fā)送。注意RS-485和RS-422通信時(shí)建議要接地線（5腳）。RS-485/422無須跳線選擇。RS-485/422信號的參考地線與RS-232的GND是一樣的。 ） ） n" M% g- s" C
波仕電子USB232GL1產(chǎn)品具有以下基本性能特點(diǎn)：光電隔離且無須外接電源，無須供電而且還可以對外輸出隔離的5V電源，串口為RS-232/RS-485/RS-422通用，自動識別串口號。驅(qū)動程序同波仕USB232、USB485轉(zhuǎn)換器。 / W" N7 M2 i u& e4 m4 V
第四代產(chǎn)品 USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器
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圖4 波仕電子的型號為OPTU232L1的USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器 7 ?5 q% K9 @* c$ p- N! g" l
第四代USB串口通信產(chǎn)品的型號是波仕電子的OPTU232L1（多模）和OPTU232SL1（單模）（如圖4）。直接從USB口轉(zhuǎn)換出一對光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號，而且無須供電。它們是一代USB串口通信產(chǎn)品。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1（單模）微型USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器具有的外形（80*23*47mm）、可以虛擬成為本地COM串口（COM1-COM256）、無須修改已有的串口通信軟件。驅(qū)動程序同波仕USB232GL1轉(zhuǎn)換器。由于OPTU232L1傳輸?shù)倪€是串口信號，所以必須成對使用或者與波仕的串口/光纖轉(zhuǎn)換器配對使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，具有高隔離電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。 - b- x! h4 T$ y6 t/ d8 G: A
波仕電子發(fā)明和*了USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器、同時(shí)也是世界上*的USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器。OPTU232SL1的傳輸介質(zhì)為單模光纖、OPTU232L1的傳輸介質(zhì)為多模光纖，但是外形和驅(qū)動程序是*一樣的。本產(chǎn)品受以下中國保護(hù)：200730098650、200630307752、ZL2002284234，侵權(quán)必究！ / q- L! h（ M6 p. Z） h5 i/
對USB虛擬串口的評論 6 s% I$ t+ a/ w4 E. N
這里所說的“串口”是指RS-232或者RS-485/RS-422口，但是由于RS-485（或RS-422）口一般都是從PC機(jī)的RS-232口轉(zhuǎn)換而來，其軟件是通用的，所以本文評論的“串口”一般就指PC機(jī)的RS-232口。這里所說的“虛擬串口”是指通過USB/串口轉(zhuǎn)換器生成的串口。有人在使用USB/串口轉(zhuǎn)換器時(shí)發(fā)現(xiàn)某些以前在傳統(tǒng)RS-232口上運(yùn)行正常的軟件卻不能夠使用，因而就說通過USB轉(zhuǎn)換出來的串口不是真正的串口。這里所謂的“傳統(tǒng)RS-232口”是指從PC機(jī)的主板或者從總線，比如臺式機(jī)的PCI或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線上擴(kuò)展出來的RS-232口。USB的全稱是通用串行總線，它與PCI之類的并行總線有本質(zhì)的區(qū)別。USB口沒有分配固定的總線I/O地址也沒有固定中斷號，它的地址是通過軟件來虛擬的，而傳統(tǒng)的RS-232口有固定的I/O地址以及中斷號。這就是某些通信軟件在傳統(tǒng)RS-232口可以運(yùn)行而在USB/串口轉(zhuǎn)換器的RS-232口上不能夠運(yùn)行的原因。如果通信軟件內(nèi)有直接I/O讀寫語句，那么肯定無法在USB/串口轉(zhuǎn)換器的串口上運(yùn)行。另外還有一個(gè)原因就是對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的操作，即使是通過虛擬讀寫不是通過直接I/O讀寫來操作這些握手信號，但由于USB/串口轉(zhuǎn)換器對這些握手信號的虛擬讀寫過程的初始化往往比較耗時(shí)，所以容易導(dǎo)致握手信號讀寫失敗。 % w x" C- m ?- X! |
我們認(rèn)為用USB/串口轉(zhuǎn)換器的虛擬串口代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RS-232、RS-485、RS-422口是必然的發(fā)展趨勢，就象PCI總線代替ISA總線、Windows代替DOS一樣，盡管后者都更加適合工業(yè)通信和工業(yè)測控。Windows操作系統(tǒng)從來不是優(yōu)先考慮工業(yè)通信和工業(yè)測控的實(shí)時(shí)性要求，反而越來越拋棄工業(yè)通信和工業(yè)測控。只有CPU、總線等硬件速度的改進(jìn)使延時(shí)減小從而接近實(shí)時(shí)性。由于通過虛擬I/O操作代替物理的固定I/O讀寫是解決Windows可靠性的一條基本原則，所以用戶越來越遠(yuǎn)離Windows內(nèi)核的操作。事實(shí)上，從Windows XP開始就沒有了直接I/O讀寫指令，甚至Windows 98的直接I/O讀寫也是通過將DOS的I/O讀寫指令編輯成為動態(tài)連接庫然后來調(diào)用的。Windows XP下的直接I/O讀寫也是通用動態(tài)連接庫的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)，不過更加復(fù)雜，可參見波仕電子的軟件。另外減少USB虛擬串口對RTS/CTS、DTR/DSR這些握手信號的虛擬操作的延時(shí)也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，這主要是由USB/串口轉(zhuǎn)換器內(nèi)部UART的信號初始化處理延時(shí)導(dǎo)致的。避免頻繁使用不要使用這些握手信號是較好的解決方法。波仕電子所有產(chǎn)品的RS-485接口均使用了零延時(shí)自動收發(fā)轉(zhuǎn)換技術(shù)，這就保證轉(zhuǎn)換過程中不需要任何握手信號來控制收與發(fā)的切換。 | 
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