本文首先簡單回顧了國內USB產品開發的歷史，然后詳細介紹了以波仕電子產品為代表的四代USB串口通信產品的性能及特點，第一代是USB/RS-232轉換器，第二代是USB/RS-485/RS-422轉換器，第三代是光電隔離的USB/ RS-232/485/422通用轉換器，第四代是USB/串口光纖轉換器。最后文章對USB虛擬的串口與傳統串口的差別進行了評論。
關鍵詞 USB 串口通信 RS-232 RS-485
目前計算機的USB接口已經大量使用，一般每臺計算機都有2到4個USB口。USB口已經開始逐步取代傳統的PS/2鼠標口、PS/2鍵盤口、CENTRONICS打印口、RS-232串口等。USB將是未來重要的PC機工業通信接口之一，用于實現工業通信以及存儲、編程等。在USB技術逐步普及于工業通信的今天，本文回顧USB工業通信產品的發展過程。
先回顧我國USB產品的開發成就，我們不得不提到著名的深圳朗科公司。是他首次提出了“優盤”的名稱，是他取得了全球領先的USB外部存儲裝置的專利知識產權，并且據說后來以此專利起訴打敗了著名的日本SONY公司。盡管在朗科的U盤出現之前國內已經有IBM隨電腦一道贈送的“IBM存儲鑰匙”，其實就是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。這樣的失誤雖然遠遠輕于請MICROSOFT公司為IBM PC寫DOS操作系統，但是也成就了一個中國的朗科以及后來國內的整個U盤市場，盡管今天的朗科還遠遠沒有達到MICROSOFT的規模。當時早期的朗科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，朗科當時還出售PDIUSB12的開發系統可用于開發U盤等產品。不到一年后，同樣在深圳的另外一家公司魯文公司開發出了號稱是全球第一個無須驅動程序的U盤（取名為“易盤”），可以在Windows me下無須驅動程序。因為無驅才會有后來的巨大的市場。
雖然以上是國內USB產品開發歷程的簡單回顧并不是USB串口通信領域產品的回顧，但是正是因為中國人開發U盤技術讓我國在世界計算機外設方面占了一席之地的成就鼓舞了后來國人在USB串口通信領域的產品開發，也正是當時朗科出售的USB開發系統帶動波仕電子開始了USB串口通信產品的開發。況且工業通信和工業測量控制領域都是國人的傳統強項，始終是國貨占據絕大部分市場。
第一代產品 USB/RS-232轉換器
第一代USB串口通信產品是以波仕電子的USB/RS-232轉換器為典型的。波仕電子是國內最早從事USB/串口轉換器的開發廠家之一。型號為USB232的USB/RS-232轉換器（如圖1）用于將一個USB口轉換成為一個RS-232串行口。USB/RS-232轉換器實現USB與RS-232串口設備相互通訊的一種協議轉換裝置（USB協議-串行通信協議）。在通信主機 (USB)和RS-232串口設備之間，無論是通信主機發送信息至指定的RS-232串口設備或是RS-232串口設備發送信息至指定通信主機，都可以經其輕易且正確地傳輸。波仕的USB232是專門為工業通信設計制造的，特別強調對工業通信的適用性。比如我們用工業通信開發常用的Visual BASIC 和 Visual C++語言的Mscomm.ocx通信控件編程后進行通信檢測，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測也很正確，而有些市售的USB/串口轉換器卻不能夠通過這樣的檢測。
圖1 波仕電子的型號為USB232的USB/RS-232轉換器
波仕電子USB232產品具有以下基本性能特點：直接外插USB口，無須外接電源,自動識別串口號當作新的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。
USB232產品還可以與波仕電子的其他產品配合使用： USB232還可以直接配接波仕電子的485C型轉換器構成USB/RS-485/RS-422轉換器（全雙工半雙工通用）。USB232還可以直接配接波仕電子的485TC型轉換器構成光電隔離且無須供電的USB/RS-485/RS-422轉換器。USB232還可以直接配接波仕電子的BS232-9型RS-232光電隔離器構成光電隔離無須供電的USB/RS-232轉換器。
第二代產品 USB/RS-485/RS-422轉換器
第二代USB串口通信產品可以從USB口直接擴展出RS-485、RS-422口。波仕電子USB/RS-485轉換器（型號：USB485）用于將一個USB口轉換成為RS-485（半雙工）或者RS-422口（全雙工），如圖2。
圖2 波仕電子的型號為USB485的USB/RS-485/RS-422轉換器
波仕電子USB485產品具有以下基本性能特點：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。驅動軟件完全同波仕USB232轉換器。
USB485主要是為USB的遠程工業通信而設計的，由于轉換為RS-485或者RS-422接口所以通信距離增加到了1200米（9600bps時）。同時增加了一個5V供電腳這樣可以對某些外接的儀器或設備供電。
第三代產品 光電隔離USB/RS-232/485/422轉換器
圖3 波仕電子的型號為USB232GL1的光電隔離USB/RS-232/485/422轉換器
第三代USB串口通信產品不僅可以從USB口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實現了光電隔離又無須供電。波仕USB232GL1光電隔離微型USB/串口轉換器（如圖3）秉承波仕轉換器的一貫特色，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。
波仕USB232GL1可能是世界上最小的光隔USB/串口轉換器之一、使用也是極簡便的，專利號:200630307752。USB232GL1實現了USB與串口的2500V光電隔離。USB232GL1的RS-232/485/422的最高通信速率為19.2Kbps，實際可達38.4Kbps以上。波仕USB232GL1內置有600W抗雷擊浪涌保護器。
將USB232GL1型USB/串口轉換器通過配套的USB延長線（A型USB口到B型USB口）外插到計算機的USB口。在串口插座旁邊有一個小LED（發光二極管），當USB232GL1產品接通后LED會一直亮著。
波仕USB232GL1產品的RS-232/485/422串口端是一個DB-9針座，具有RS-232、RS-485、RS-422全部引腳。當作為RS-232口時與PC機的DB-9針RS-232口的2、3、5腳分配完全相同。作為RS-422時，T+、T—是指從USB232GL1向外發送。注意RS-485和RS-422通信時建議要接地線（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。
波仕電子USB232GL1產品具有以下基本性能特點：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。驅動程序同波仕USB232、USB485轉換器。
第四代產品 USB/串口光纖轉換器
圖4 波仕電子的型號為OPTU232L1的USB/串口光纖轉換器
第四代USB串口通信產品的型號是波仕電子的OPTU232L1（多模）和OPTU232SL1（單模）（如圖4）。直接從USB口轉換出一對光纖收發頭用于傳輸串口信號，而且無須供電。它們是最新一代USB光纖通信產品。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1（單模）微型USB/串口光纖轉換器具有專利的外形(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。驅動程序同波仕USB232GL1轉換器。由于OPTU232L1傳輸的還是串口信號，所以必須成對使用或者與波仕的串口/光纖轉換器配對使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質，具有高隔離電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠等優點。
波仕電子發明和首創了USB/串口光纖轉換器、同時也是世界上唯一的USB/串口光纖轉換器。OPTU232SL1的傳輸介質為單模光纖、OPTU232L1的傳輸介質為多模光纖，但是外形和驅動程序是完全一樣的。本產品受以下中國專利保護：200730098650、200630307752、ZL2002284234，侵權必究！
對USB虛擬串口的評論
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機的RS-232口轉換而來，其軟件是通用的，所以本文評論的“串口”一般就指PC機的RS-232口。這里所說的“虛擬串口”是指通過USB/串口轉換器生成的串口。有人在使用USB/串口轉換器時發現某些以前在傳統RS-232口上運行正常的軟件卻不能夠使用，因而就說通過USB轉換出來的串口不是真正的串口。這里所謂的“傳統RS-232口”是指從PC機的主板或者從總線，比如臺式機的PCI或者ISA總線、筆記本的PCMCIA總線上擴展出來的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的區別。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RS-232口可以運行而在USB/串口轉換器的RS-232口上不能夠運行的原因。如果通信軟件內有直接I/O讀寫語句，那么肯定無法在USB/串口轉換器的串口上運行。另外還有一個原因就是對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，所以容易導致握手信號讀寫失敗。
我們認為用USB/串口轉換器的虛擬串口代替傳統的RS-232、RS-485、RS-422口是必然的發展趨勢，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通信和工業測控。Windows操作系統從來不是優先考慮工業通信和工業測控的實時性要求，反而越來越拋棄工業通信和工業測控。只有CPU、總線等硬件速度的改進使延時減小從而接近實時性。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，所以用戶越來越遠離Windows內核的操作。事實上，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連接庫然后來調用的。Windows XP下的直接I/O讀寫也是通用動態連接庫的調用來實現，不過更加復雜，可參見波仕電子網站的軟件。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也是一個技術難點，這主要是由USB/串口轉換器內部UART的信號初始化處理延時導致的。避免頻繁使用最好不要使用這些握手信號是較好的解決方法。波仕電子所有產品的RS-485接口均使用了零延時自動收發轉換技術，這就保證轉換過程中不需要任何握手信號來控制收與發的切換。
