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[導(dǎo)讀]下面先講串口通信的一些基本概念,術(shù)語

關(guān)于串口通信的常見問題,一文讓你搞明白

下面先講串口通信的一些基本概念,術(shù)語。如果對串口通信比較熟悉的,就當(dāng)復(fù)習(xí),如果哪里講的不到位,歡迎及時指出。

這里并不對串口的編程作講解,主要是從應(yīng)用的角度去講一講。因?yàn)楦嗟臅r候,都是產(chǎn)品做好了,比如觸摸屏需要和控制器,PLC通信。理想的情況下,一般只要一上電,不需要太多的操作和配置,就可以通信上。

文章后半部分羅列了一些相關(guān)問題,在解答前還需要先了解一下什么是串口通信,232,485,422等。

什么是串口通信

常見的串口通信一般是指異步串行通信。

這里就要說一下同步和異步的區(qū)別了。

先講一下串行通信的概念。那么,與串行通信相對的是什么呢?

與串行通信相對的是并行通信。數(shù)據(jù)傳輸一般都是以字節(jié)傳輸?shù)模粋€字節(jié)8個位。拿一個并行通信舉例來說,也就是會有8根線,每一根線代表一個位。一次傳輸就可以傳一個字節(jié),而串口通信,就是傳數(shù)據(jù)只有一根線傳輸,一次只能傳一個位,要傳一個字節(jié)就需要傳8次。就像小虎隊(duì)那首歌一樣,把你的心,我的心,串一串,再烤一烤。。串口通信就是把數(shù)據(jù)串在一根線上傳輸,所以就叫串口吧。

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與異步通信相對的就是同步通信了。同步通信一般是指有一個時鐘信號進(jìn)行數(shù)據(jù)信號同步。同步通信對接收方來說就相對簡單一些。因?yàn)橛袝r鐘信號在,每一個高低電平變化一下,就去取一下數(shù)據(jù)就行了。通信速率可以由發(fā)送方或者說是主站設(shè)備進(jìn)行控制。通信速度也相對比串口通信快很多。但是為什么很多設(shè)備,屏和plc,控制器不采用這種方式,都使用串口呢。

那么,在很多設(shè)備上,不方便接太多線,比如接8根數(shù)據(jù)線,也不方便接同步時鐘信號(這個后面再說),于是一種異步串行通信就誕生了。

相對來說,異步串口通信,就只需要一根線就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。在對速率要求不高的情況,使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)是帶來大大的方便和實(shí)用價值的。

那么問題來了,怎么樣才能保證一根線就能發(fā)送正常的數(shù)據(jù)呢。也就說發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù),接收方是怎么知道是什么數(shù)據(jù)呢。

為了能正常發(fā)送數(shù)據(jù)和接收正確的數(shù)據(jù),那異步串口通信就需要滿足以下幾個條件:

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也就是雙方必要約定一種暗號。

也許當(dāng)時發(fā)送這個通信的小組是這樣討論的。

經(jīng)理:我要用一根線就能傳輸數(shù)據(jù),你來給我定個標(biāo)準(zhǔn)。

研發(fā):好。

經(jīng)理:只有一根線,我怎么知道數(shù)據(jù)什么時候開始呢。

研發(fā):就一根線,默認(rèn)是高電平,那就有一個起始位吧。當(dāng)檢測到有低電平的時候,就是開始有一個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送了,起始位之后,先是字節(jié)的最低位,傳送一個字節(jié)。

經(jīng)理:可是,就一根線,過來的數(shù)據(jù)會不會有干擾,容易出錯呀。

研發(fā):行呀,那就在字節(jié)數(shù)據(jù)后再加一個校驗(yàn)位。可以作奇校驗(yàn),偶校驗(yàn),1校驗(yàn),0校驗(yàn),無校驗(yàn)。

經(jīng)理:嗯 ,很不錯。有起始位就應(yīng)該有停止位,那我們就再加個停止位在后面吧。

研發(fā):。。。。。。。。。

經(jīng)理:傳輸一串?dāng)?shù)據(jù),對方要怎么知道數(shù)據(jù)的拆分呢,怎么按時間或頻率去解讀數(shù)據(jù)位,校驗(yàn)位呢。

研發(fā):這樣吧,雙方約定一個波特率吧,定義一個每個位占用多長的時間,這樣雙方按這個波特率就可以處理了。

經(jīng)理:這個比特率呀。。。

研發(fā):老板,是波特率。

經(jīng)理:我知道,是比特率嘛。

研發(fā):這個波特率呢,是指1S鐘可以傳輸多個位,也就知道一個位占用多長時間。這樣就解決傳輸?shù)膯栴}了。

經(jīng)理:那萬一傳輸過程,數(shù)據(jù)快太,判斷失誤停不下來怎么辦。

研發(fā):那就把停止位可以調(diào)節(jié)為1個停止位或者2個停止位。這樣就可以停下來了。

經(jīng)理:嗯,聽著不錯。就這樣辦吧。

于是,串口通信就這樣出來了。

在串口的通信參數(shù)上,就有了波特率,數(shù)據(jù)位,停止位,校驗(yàn)位這幾個參數(shù)來確保串口通信的正確性和穩(wěn)定上。當(dāng)然,這只是某個方面保證串口通信的正確性和穩(wěn)定性,不代表設(shè)備間通信的正確性和穩(wěn)定性。

串口通信主要為分232,485,422 通信三種方式。

這三種有什么區(qū)別呢?

232:

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232 通信主要是由RX,TX,GND三根線組成。

RX與TX,TX接RX,GND接GND。這樣還是比較好理解吧。因?yàn)榘l(fā)送和接收分別是由不同的線處理的,也就是能同時發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù),這就是所謂的全雙工。

在這里擴(kuò)展一下,串口通信還有一個功能叫做全功能串口通信,也叫標(biāo)準(zhǔn)串口。因?yàn)樵趦蓚€設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,有些設(shè)備處理速度比較快,有些數(shù)據(jù)比較慢。為了保證數(shù)據(jù)能正常傳輸,在RX,TX的基礎(chǔ)上,還增加了幾個控制引腳,本來好端端就R,T,G,三根線,湊著就湊齊了9個引腳,召喚出了DB9這個東西。

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這要怪就怪當(dāng)時使用電腦的時候,還沒有互聯(lián)網(wǎng)這個概念,但是又想在兩臺電腦間進(jìn)行通信。所以才有這樣一個東西。

在后來的設(shè)備,很多控制器,人機(jī)界面,PLC等使用串口通信中,基本上就不使用標(biāo)準(zhǔn)串口,而是就直接使用RX,TX,GND三根線來通信了。

但是這里為什么要提到這個呢。因?yàn)橹皇呛芏嘣O(shè)備這樣用,也就是還存在少數(shù)設(shè)備還保留了標(biāo)準(zhǔn)串口的功能。這就是為什么會遇到明明電腦通信是好的,換成觸摸屏通信就不行了。因?yàn)楹芏嘤|摸屏只使用了RX,TX,GND通信,遇到一些還保留標(biāo)準(zhǔn)串口功能的就比較討厭了。

485:

485是為了解決232通信距離的問題。原理什么之類的就不多講了。反正232通信距離就是不長。485主要是以一種差分信號進(jìn)行傳輸,只需要兩根線,+,-兩根線,或者也叫A,B兩根線。A,B兩根線的差分電平信號就是作為數(shù)據(jù)信號傳輸。
那么問題來了,那是不是就沒有RX和TX的概念了。是的,發(fā)送和接收就不能分開了。發(fā)送和接收都是靠這兩根的來傳輸,也就是每次只能作發(fā)送或者只能作接收,這就是半雙工的概念了,這在效率上就比232弱很多了。就像對講機(jī)一樣,經(jīng)常是某個人講完之后,都要說一個over,確保當(dāng)前說完了,等待對方回復(fù)。

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485就是這樣犧牲了232全雙工的效率來達(dá)到自己傳輸距離遠(yuǎn)的代價。那有沒有即保留了232的全雙工,又可以像485這樣提高傳輸距離呢,于是,422出來了。

422:

422呢,有些標(biāo)注為485-4。而485就標(biāo)注為485-2。有什么區(qū)別呢。就是為了好記呢。485-2就是2根線。485-4就是4根線。

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422就是把232的RX分成兩根線,RX+,RX-,把TX分成TX+,TX-。這樣就可以同時發(fā)送和同時接收了,還可以像485這樣,有較遠(yuǎn)的傳輸距離??墒沁@樣一種很有優(yōu)勢的通信方式,為什么用的不多呢。我個人的答案和理解就是:線太多了。特別是像我這樣懶得接線的人,超過3根線就頭暈的。搞個通信還需要接這么多線,什么TX,RX,正啊負(fù)啊。交換來交換去。

因?yàn)樵诤芏嘣O(shè)備通信中,基本上是屬于一問一答式的,因此,232的全雙工通信優(yōu)勢其實(shí)也并沒有發(fā)揮出來。就像現(xiàn)在打電話,雖然兩個人可以同時說話,但是兩個人同時說話,嘰嘰歪歪的,誰知道說什么呀。特別是一個主站與多個從站通信的時候,485的接線就就方便多了,反正大家就兩根線,把+都接一塊,把-都接一塊。如果是422作一主多從,接線上還要理半天呢,而且通信異常了也不好解決。

好了,串口通信基本就普及到這里吧。下面就對剛上提到的問題進(jìn)行講一講。

1、 電腦使用USB轉(zhuǎn)串口可以和設(shè)備通信上,換成屏與設(shè)備就通信不上了?

1)有可能電腦USB轉(zhuǎn)串口接到設(shè)備上,使用的是標(biāo)準(zhǔn)串口功能,也就是除了RX,TX,GDN外,還使用了其它引腳。比如像歐姆龍PLC,三菱PLC,在實(shí)際與屏的通信中,就需要接某些引腳短接的情況。
2)電腦與控制器或PLC通信時,是掃描波特率參數(shù),自適應(yīng)的,屏通信可能參數(shù)沒有設(shè)備好。在三菱,基恩士等PLC,就存在變化波特率進(jìn)行通信交互的過程。
3)也有可能是接線方式不對。因?yàn)橛行〥B9,還需要公頭,母頭。如果不注意的話,也會存在把TX接到TX上,把RX接到RX上,這樣需要注意的地方。

4) 在這里補(bǔ)充一下,有時候可能會使用一些串口助手發(fā)送測試數(shù)據(jù)與控制器通信,有些串口助手的奇偶校驗(yàn)是不起作用,這個要提醒一下。

2、 這A家的屏可以和設(shè)備通信,換成B家的屏就通信不上了?

1)首先確認(rèn)一下接線是否正確了,RX和TX是否兼容。
2)地線是否沒有接。
3)除了RX,TX,GND,是否還有其它引腳需要短接的。
4)通信協(xié)議是否一致或不完善,波特率是否一樣。

3、 以前不接地線可以通信,換個設(shè)備為什么需要接地線了?

這個問題和上一個有類似的。因?yàn)橛行┰O(shè)備使用了隔離電源。以前不接地可以通信,有可能是地線已經(jīng)在另外一個環(huán)路已經(jīng)共地了,實(shí)際地線已經(jīng)接了,所以才可以通信??赡軗Q了個帶隔離電源的,兩個設(shè)備的地是隔離的,就需要在串口上把地線接起來。這個我是自身經(jīng)歷過的,有個客戶老說他的設(shè)備通信不上,后來拍個照我給我,他地線沒有接,他說以前不接地線可以通信的。于是我就給他科普了一下。

4 、一個設(shè)備是232,另一個設(shè)備是422,沒有轉(zhuǎn)換設(shè)備,怎么辦?(232與422互轉(zhuǎn)的簡單方法)

這個情況我遇到過,客戶的設(shè)備是422通信的,但是我手上并沒有422設(shè)備,只有232通信可以測試。因此就需要把422轉(zhuǎn)成232進(jìn)行通信。
剛才也講了422和232的接線,因?yàn)檫@兩個都是全雙工的,接收和發(fā)送都是分到的,而422只是以一種差分信號進(jìn)行傳輸。

把422的Rx+與232的TX接,422的RX-與232的GND接。
把422的TX+與232的RX接,422的TX-與232的GDN接。

這樣,422設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)的,就可以發(fā)送到了232的RX上。232的TX發(fā)數(shù)據(jù)后,由于TX和GND也形成了差分信號給422,422就可以接收到數(shù)據(jù)了。

5、 用232通信沒問題,用485通信沒問題,使用232轉(zhuǎn)485之后就通信不穩(wěn)定?

232和485從通信原理上,最大一個差別是全雙工和半雙工的區(qū)別??墒菓?yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)才不管底下是全雙工還是半雙工。

但是485就得管了。因?yàn)榧热皇前腚p工,就得嚴(yán)格保證通路上只能有發(fā)送或只能有接收的數(shù)據(jù),一旦同時有發(fā)送和接收,數(shù)據(jù)就會沖突了。所以解決的辦法就是主站設(shè)備,也就是主動命令的一方就需要嚴(yán)格控制好發(fā)送數(shù)據(jù)命令的節(jié)奏了。

當(dāng)然有些232轉(zhuǎn)485的設(shè)備做的比較好了,可以優(yōu)化這個,但是主站還是要控制,比較把通信速率調(diào)節(jié)慢一些(不是調(diào)節(jié)波特率)。

6、 485單獨(dú)接每個設(shè)備都通信正常,多個從站接一塊通信就不穩(wěn)定?

這個是屬于485通信的不穩(wěn)定因素了。

7 、要想實(shí)現(xiàn)兩個屏或兩個主站通過485訪問modbus設(shè)備,有什么好的辦法?

在485通信中,基本上是一主多從。但是遇到一些客戶實(shí)際使用中,有客戶想用兩個屏來訪問一個modbus設(shè)備的。目前暫時還沒有好的辦法。

8、 針對串口通信的弱點(diǎn),在使用上應(yīng)該要注意哪些地方?

說來串口通信的弱點(diǎn),那就說來話長了。不過還是長話短說吧。

1)信號干擾的問題

建議使用帶屏蔽線,接線要嚴(yán)格,比如要接地。有些485通信上,還考慮接上終端電阻來匹配。如果是232,盡量不要讓線太長。通信協(xié)議上盡量避免長報文的數(shù)據(jù)通信。

2)波特率匹配的問題

因?yàn)橛行┰O(shè)備的計算的波特率是存在誤差的,特別是一些控制器,由于使用的晶振不一樣。因此在一些波特率比如9600波特率就存在誤差。存在誤差帶來的影響是什么呢。因?yàn)榻邮辗绞峭ㄟ^時間來計算一個位的。那么如果一個報文過長,就會存在誤差積累的問題,算著算著就偏了。所以,這也是串口通信不穩(wěn)定的一些地方,在使用上應(yīng)注意避免發(fā)送太長數(shù)據(jù)的包。

3)在一些可能會存在干擾的情況,在有的選的情況,可以考慮使用奇校驗(yàn)或者偶校驗(yàn)。因?yàn)殡m說出現(xiàn)錯誤的可能性不大,但既然存在干擾,如果加了校驗(yàn),至少可以把錯誤的報文過濾掉??偤帽葲]有校驗(yàn)然后通信數(shù)據(jù)錯了不知道?;蛘弑M量使用一些帶校驗(yàn)的協(xié)議,防止數(shù)據(jù)出錯。

4)串口通信本來就比較慢,請降低對數(shù)據(jù)響應(yīng)的要求。

因?yàn)榇谕ㄐ疟旧砭捅纫蕴W(wǎng)慢。而且,串口通信并不是能像CPU那樣多線程處理。因?yàn)榫鸵粋€口一個線數(shù)據(jù)出去,即便你應(yīng)用到程序再怎么用多線程處理數(shù)據(jù),但是最底下也只有一個口出去,一次也只能傳一個位,一個字節(jié)過去。因?yàn)橛锌蛻粼谑褂?600的波特率通信,但是又希望多少的數(shù)據(jù)可以在多少毫秒內(nèi)得到響應(yīng)。

但是串口通信還是要事實(shí)求是,所以正確認(rèn)識串口通信對應(yīng)用,對開發(fā),對溝通都有著很大的幫助的。

為什么不用同步通信呢?

剛才提到,同步通信需要依賴于時鐘信號。這就存在一個問題,這個時鐘信號是誰來發(fā)起呢。在同步通信中,往往需要一個主設(shè)備發(fā)起時鐘信號讀從模塊的數(shù)據(jù)。在實(shí)際中,有屏讀PLC,有屏讀屏的數(shù)據(jù)。而單純地從異步串口通信來說,是沒有主從之說,雙方都是平等的角色,都可以互發(fā)信息,互收信息。而同步通信一般是應(yīng)用于CPU讀一些模塊,由CPU發(fā)起時鐘信號,比如讀SD卡模塊,就可以通過SPI方式,還有一些傳感器模塊。



來源:網(wǎng)絡(luò)

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