計算機擴展串口的三種方法現(xiàn)在的計算機，特別是筆記本計算機基本上沒有帶RS-232串口了，但是在許多工業(yè)通信的場合需要用到RS-232口和RS-485口。這樣就需要從計算機擴展出RS-232口，有了RS-232口加波仕RS-232/RS-485轉換器就可以擴出RS-485口?，F(xiàn)在的計算機都帶有USB、以太網、總線擴展槽，都有相應產品可以擴展出RS-232串口。本文將以波仕電子的產品為例簡要介紹分別從USB、以太網、總線擴展槽3種擴展出RS-232串口的方法，并且介紹它們之間的區(qū)別，以幫助用戶正確選擇。

1、USB 擴展串口

由于USB接口具有即插即用并且易于用HUB擴展的特性，現(xiàn)在只有USB口而沒有傳統(tǒng)接口的PC已經成為主流，那么在這樣的計算機上如何使用基于串行接口的設備呢？ 通過去除串口、并口以及PS2口等老式端口，然后用諸如USB之類即插即用端口加以替代，最終計算機客戶現(xiàn)在被迫接受了這樣的結局。

USB為消費類電子產品提供了輕松的擴展功能，許多設備操作系統(tǒng)本身就可以提供支持，不要求外設開發(fā)人員提供驅動程序，從而使添加外設變得更為簡單。同時通過集線器擴展總線功能使普通用戶能夠方便地添加更多外設，無傳統(tǒng)接口的PC目前已成為現(xiàn)實，正在向普通用戶提供著種種便利。但是，許多業(yè)界專業(yè)人士或嵌入式應用人員卻并不像普通用戶那樣對無傳統(tǒng)接口PC的出現(xiàn)這么振奮。許多應用一直采用各種UART接口（就是RS-232協(xié)議的接口，一般指TTL電平的），既不需要也不希望有什么改變。不管是RS-232、RS-422還是RS-485，UART連接方式數十年來一直是低帶寬通信的主流。就控制、監(jiān)控與小容量數據傳輸而言， UART連接提供了一種成本低廉使用方便的解決方案，應用系統(tǒng)開發(fā)人員在上面已耗費了大量時間與金錢，同時對其性能也感到滿意。對工業(yè)通信等專業(yè)用戶而言，無傳統(tǒng)接口PC的優(yōu)勢并不明顯。

USB轉串口的產品已經經過幾代產品的進化，性能全面提高。從最初的USB/RS-232轉換到USB/RS-232/485/422轉換，再到加光電隔離以及光纖傳輸?，F(xiàn)在最新的波仕電子的微型高速光隔USB到RS-232/485/422轉換器已經可以做到一根帶USB插頭的DB-9外殼中，注意不是那種特意加大的看似DB-9的大外殼。還可以選擇不同的驅動程序以滿足不同用戶或者不同場合的需求。

波仕最新的型號為USB232GH3的產品號稱是世界上最小的高速光隔USB/RS-232/485/422轉換器。USB232GH3外形如圖1，RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口（COM1-COM256）、實現(xiàn)2500V光電隔離、支持0-115200bps速率、內置有600W抗雷擊浪涌保護器。與以前USB232GH1的型號產品相比，外形和大小相同，但是驅動由ProLific改成了FTDI。USB232GH3擁有波仕RS-485零延時自動切換核心技術、在DB-9插頭內置1個USB-UART接口芯片、一個RS-232接口芯片、一個RS-485接口芯片、一個RS-422接口芯片、DC/DC隔離電源以及2500V的光電隔離器等、還帶600W抗雷擊浪涌保護。 從使用方便性方面，新的USB232GH3改用了固定的USB電纜，不用擔心USB線松動。

這里順便介紹一下FTDI與ProLific的USB-UART的區(qū)別。在絕大部分情況下，用戶使用時也許體會不到兩者的區(qū)別。但是顯然它們是有區(qū)別的。在驅動程序上，WIN XP/VISTA/7以后ProLific只提供了SETUP.EXE可執(zhí)行文件形式的驅動程序。不能夠說SETUP.EXE的驅動不好，但是還是有一些場合WINDOWS提醒發(fā)現(xiàn)USB設備需要安裝驅動程序并要求指出驅動程序的位置，這時SETUP.EXE就無效了，必須先運行SETUP.EXE再插USB設備才行。比如接以太網/USB服務器時，如果WINDOWS不能夠自動識別USB設備就要求必須指定USB驅動程序的位置，而在本地計算機上運行SETUP.EXE驅動是無效的，因為USB設備不是在本地而是在遠端。FTDI的驅動程序是帶有安裝信息的INF配置文件而不是EXE可執(zhí)行文件，而且在各種WINDOWS版本下都通用，就不會存在以上SETUP.EXE的問題。 波仕電子通過大量的應用表明：單獨使用時，F(xiàn)TDI與ProLific的USB-UART幾乎體驗不到差別，但是當與其他產品級聯(lián)使用時在發(fā)送和接收數據時有些情況下感覺到ProLific有明顯的延時而FTDI幾乎沒有延時。FTDI的優(yōu)勢在于延時要遠遠小于ProLific的，雖然大部分情況下不影響用戶的使用。FTDI的成本明顯高于ProLific，我們認為應該有它的理由。ProLific的優(yōu)勢在于應用量非常大，而且產品規(guī)格齊全，占據了絕大部分市場份額。

USB串口擴展器現(xiàn)在幾乎都基于USB全速的，即12M的USB口。由于RS-232串口的最高通信速率只有115.2Kbps，所以12M速率的USB口已經足夠。至于基于USB高速480M的串口擴展器很少，除了功耗較大、發(fā)熱較大，并沒有比12M的全速USB口在性能上有明顯的優(yōu)勢。

2、筆記本EXPRESS或者臺式機PCMCIA擴展槽擴展串口

既然USB擴展串口如此方便，產品也很齊全，那為什么在USB出現(xiàn)之后仍然需要從總線擴展槽擴展出RS-232口呢？這里所說的總線擴展槽是指筆記本的EXPRESS或者臺式機的PCI。根本原因是USB擴展出的串口是虛擬串口，沒有真實物理地址，不能夠進行地址I/O操作。從總線擴展槽擴展出的串口是真實物理地址的實串口，因而克服了虛擬串口固有的缺點。

從總體上講，計算機串口擴展器分為兩類：真實物理地址串口與虛擬串口。真實物理地址串口有固定的I/O地址以及中斷號，比如COM1的基地址規(guī)定為3FC，中斷號為INT 14。通信軟件可以通過對地址的直接I/O讀寫來實現(xiàn)。虛擬串口就是沒有固定I/O地址的，它的通信只能通過比如被包裝的WINDOWS API函數或者比如MSCOMM控件來實現(xiàn)。當然真實物理地址串口的通信也可以用API函數或MSCOMM控件來實現(xiàn)。雖然我們確信實現(xiàn)串口的通信必然存在對計算機內部的串口通信芯片的地址總線和數據總線的讀寫，但是因為虛擬串口的這些讀寫不是固定地址的，而是WINDOWS內核智能隨機分配的，那么用戶就無法編寫出讀寫這些動態(tài)I/O的指令。顯然如果通信軟件中有I/O地址，那么就只有真實物理地址串口是可行的。而在我們的大量實際使用例子中，有些通信軟件即使用的就是API函數或者MSCOMM控件，但是在比如數據采集等實時性要求較高的場合，往往就是用不了的，而必須使用真實物理地址串口。原因可能是虛擬串口由于API函數或是MSCOMM控件因為相對于直接I/O讀寫過于復雜而耗時，使得讀寫時間超過了實時性要求而通信失敗。已經有的大量工業(yè)串口通信軟件由于實時性和可靠性的考慮仍然使用了I/O讀寫，或者就是用API函數或MSCOMM控件但是實時性要求高，這樣就只有用真實物理地址串口卡。注意無論是真實物理地址串口卡還是虛擬串口卡，這些擴展出來的RS-232口都是獨立的。區(qū)別它們的方法就是看COM口的號碼，是絕對不會重復的。目前能夠從計算機擴展出真實物理地址串口的接口，對于筆記本來講只有現(xiàn)在EXPRESS插口，對于臺式機來講只有PCI插槽。

圖2是波仕電子的EXPRESS插口擴展出真實物理地址的串口卡。EXPRESS插口全稱是RXPRESS PCI或者PCI EXPRESS，也簡稱為E-PCI，它與臺式機的PCI接口規(guī)范是一樣的，但是在物理尺寸上有一些減小，注意EXPRESS總線還包含有USB信號。就是因為EXPRESS總線還包含有USB信號，因此我們要特別注意。因為這就意味著EXPRESS擴展出來的串口可能是真實物理地址也可能是虛擬串口的。如果用EXPRESS中的USB信號擴展的串口肯定是虛擬的。

另外也并非所有EXPRESS的真實物理地址串口卡在任何WINDOWS版本下都可以用的起來。目前主流的WINDOWS版本是XP，而實際安裝的XP絕大部分是GHOST版本?？赡芤驗閄P出現(xiàn)的比EXPRESS早，也可能目前EXPRESS串口卡正在發(fā)展階段，許多的EXPRESS真實物理地址串口卡無法在GHOST版本的XP下完成安裝。

安裝好了驅動程序后，如何識別EXPRESS CARD擴展的串口是虛擬串口還是真實物理地址串口呢？以Windows XP為例，點擊：我的電腦屬性系統(tǒng)屬性硬件設備管理器端口，找到新出現(xiàn)的COM口，再點擊： 屬性詳細信息，如果是真實物理地址的串口，就會顯示物理地址以及中斷號，比如3FC、2FC之類，如果是USB虛擬串口，就會顯示USB的字樣，比如設備范例ID：USBVID_067B&PID_23035&18CD3484&1&2。

由于受到光耦和DC/DC隔離電源體積大小的限制，而RXPRESS卡的厚度限制只有4毫米，所以目前的EXPRESS串口卡還沒有帶光電隔離的。波仕電子正在進行這些方面的技術探索，這也是EXPRESS串口擴展的未來發(fā)展方向。工業(yè)應用的串口通信往往要求進行光電隔離保護，暫行的解決辦法是在RS-232端加光電隔離器或者光電隔離的RS-232/485轉換器。

臺式計算機的PCI卡擴展串口的技術已經非常成熟，產品也很齊全。目前都是真實物理地址的串口，也有本身帶光電隔離保護的。人們并不喜歡用PCI串口擴展卡的原因在于安裝和維護都要打開計算機的機箱。長期實際使用表明，PCI卡容易松動，每次固定都必須打開機箱。

3、以太網擴展出串口

以太網雖然也可以算作傳統(tǒng)的接口，但是由于局域網技術的不斷更新發(fā)展，計算機的以太網口卻能夠成功地被保留下來，算是一個奇跡。雖然用USB/以太網轉換器擴展出以太網是很方便的，但是由于以太網口（就是RJ-45口）應用太廣泛，與其用USB擴展出以太網，還不如直接保留以太網。

波仕電子成功地推出了適合工業(yè)通信的第一款帶光電隔離的以太網/串口轉換器ETH232GH（圖3）。 ETH232GH具有超小型的外形（80*23*47mm）、從10M以太網口擴展出一個光電隔離的RS-232、RS-485、RS-422口，并且可以虛擬成為本地COM串口。ETH232GH實現(xiàn)了以太網、電源、串口的三方隔離。

將ETH232GH以太網/串口轉換器接上直流5V電源，將RJ-45座插入以太網的RJ-45插頭。使用時需要用配置程序config.exe對產品的以太網IP地址、串口速率等進行設置。通過Config設置后ETH232GH產品可以脫離計算機。 此時向ETH232GH的以太網口（RJ-45口）傳送的TCP/IP協(xié)議數據將自動轉換為串口的RS-232協(xié)議數據。同樣此時向串口傳送的RS-232協(xié)議數據將自動轉換為ETH232GH以太網口（RJ-45口）的TCP/IP協(xié)議數據。用戶還可以直接通過操作ETH232GH的IP地址讀寫來實現(xiàn)串口數據的發(fā)送和接收的，也可以將程序的源代碼嵌入用戶的應用程序中。如果再運行“虛擬串口軟件”VSPmaneger還可以將ETH232GH的IP地址虛擬成為一個本計算機的串口COM號，這樣在Windows下的各種串口通信程序都可以使用。

雖然以太網擴展出的串口也是虛擬串口，但是我們的大量應用表明以太網擴展出的串口在通用性和穩(wěn)定性方面均優(yōu)于USB擴展出的串口。這可能是因為以太網的信號的發(fā)送與接收分開的，而USB信號的收與發(fā)是分時共用的。雖然現(xiàn)在以太網的速率已經達到100M至1000M，但是都是向下兼容10M以太網標準的。由于RS-232串口最高只有115.2Kbps的速率，所以無論從10M還是100M甚至1000M以太網擴展出的RS-232串口的性能可以說幾乎沒有什么差別，反而高速以太網的功耗更大。

以太網擴展的串口缺點就是需要外接電源。對于這個以太網的天然缺陷，已經早有人提出了以太網供電的技術規(guī)范POE（POWER OVER ETHENET）。簡要地說，就是利用8根以太網線中空著的4根線作為電源線，這4根線原本是作為屏蔽線的。POE的定義為4-5腳短接后共同接+48V電源正極，7-8腳短接后共同作為電源的地線。相信隨著POE技術的普及，將來的以太網也可以象USB一樣做到無需供電。

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