淺析串口通信的一些基本概念及常見(jiàn)問(wèn)題

下面先講一講串口通信的一些基本概念，術(shù)語(yǔ)。如果對(duì)串口通信比較熟悉的，就當(dāng)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)，如果哪里講錯(cuò)或不到位，也可以及時(shí)指出，當(dāng)作一塊交流交流。

這里并不對(duì)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(shí)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。

在這里羅列了一些問(wèn)題，待會(huì)對(duì)這些問(wèn)題講一講，看是否有類(lèi)似的情況，也許可以一起交流分享。

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。

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。

3以前不接地線可以通信，換個(gè)設(shè)備為什么需要接地線了。

4一個(gè)設(shè)備是232，另一個(gè)設(shè)備是422，沒(méi)有轉(zhuǎn)換設(shè)備，怎么辦。（232與422互轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單方法）

5用232通信沒(méi)問(wèn)題，用485通信沒(méi)問(wèn)題，使用232轉(zhuǎn)485之后就通信不穩(wěn)定。

6 485單獨(dú)接每個(gè)設(shè)備都通信正常，多個(gè)從站接一塊通信就不穩(wěn)定。

7要想實(shí)現(xiàn)兩個(gè)屏或兩個(gè)主站通過(guò)485訪問(wèn)modbus設(shè)備，有什么好的辦法。

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

當(dāng)然有可能實(shí)際遇到的還不只是這些問(wèn)題，可能還有一些意想不到的問(wèn)題，如果你還遇到過(guò)什么奇葩奇怪的問(wèn)題，也可以留言，一塊交流探討，一定會(huì)知無(wú)不言，言而無(wú)盡。

要回答和解決以上這些問(wèn)題，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(jiàn)的串口通信一般是指異步串行通信。

這里就要說(shuō)一下同步和異步的區(qū)別了。

算了，還是先講一下串行通信的概念。那么，與串行通信相對(duì)的是什么呢。

與串行通信相對(duì)的是并行通信。數(shù)據(jù)傳輸一般都是以字節(jié)傳輸?shù)?，一個(gè)字節(jié)8個(gè)位。拿一個(gè)并行通信舉例來(lái)說(shuō)，也就是會(huì)有8根線，每一根線代表一個(gè)位。一次傳輸就可以傳一個(gè)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(gè)位，要傳一個(gè)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。

與異步通信相對(duì)的就是同步通信了。同步通信一般是指有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)同步。同步通信對(duì)接收方來(lái)說(shuō)就相對(duì)簡(jiǎn)單一些。因?yàn)橛袝r(shí)鐘信號(hào)在，每一個(gè)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(shuō)是主站設(shè)備進(jìn)行控制。通信速度也相對(duì)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(shí)鐘信號(hào)（這個(gè)后面再說(shuō)），于是一種異步串行通信就誕生了。

相對(duì)來(lái)說(shuō)，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(duì)速率要求不高的情況，使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)是帶來(lái)大大的方便和實(shí)用價(jià)值的。

那么問(wèn)題來(lái)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(shuō)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(mǎn)足以下幾個(gè)條件：

也就是雙方必要約定一種暗號(hào)。

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(gè)參數(shù)來(lái)確保串口通信的正確性和穩(wěn)定上。當(dāng)然，這只是某個(gè)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：

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(shí)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(gè)功能叫做全功能串口通信，也叫標(biāo)準(zhǔn)串口。因?yàn)樵趦蓚€(gè)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(gè)控制引腳，本來(lái)好端端就R，T，G，三根線，湊著就湊齊了9個(gè)引腳，召喚出了DB9這個(gè)東西。

這要怪就怪當(dāng)時(shí)使用電腦的時(shí)候，還沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念，但是又想在兩臺(tái)電腦間進(jìn)行通信。所以才有這樣一個(gè)東西。

在后來(lái)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(lái)通信了。

但是這里為什么要提到這個(gè)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(huì)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(wèn)題。原理什么之類(lèi)的就不多講了。反正232通信距離就是不長(zhǎng)。485主要是以一種差分信號(hào)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(hào)就是作為數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸。那么問(wèn)題來(lái)了，那是不是就沒(méi)有RX和TX的概念了。是的，發(fā)送和接收就不能分開(kāi)了。發(fā)送和接收都是靠這兩根的來(lái)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(duì)講機(jī)一樣，經(jīng)常是某個(gè)人講完之后，都要說(shuō)一個(gè)over，確保當(dāng)前說(shuō)完了，等待對(duì)方回復(fù)。

485就是這樣犧牲了232全雙工的效率來(lái)達(dá)到自己傳輸距離遠(yuǎn)的代價(jià)。那有沒(méi)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(lái)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。

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(shí)發(fā)送和同時(shí)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(shì)的通信方式，為什么用的不多呢。我個(gè)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(guò)3根線就頭暈的。搞個(gè)通信還需要接這么多線，什么TX,RX，正啊負(fù)啊。交換來(lái)交換去。

因?yàn)樵诤芏嘣O(shè)備通信中，基本上是屬于一問(wèn)一答式的，因此，232的全雙工通信優(yōu)勢(shì)其實(shí)也并沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。就像現(xiàn)在打電話(huà)，雖然兩個(gè)人可以同時(shí)說(shuō)話(huà)，但是兩個(gè)人同時(shí)說(shuō)話(huà)，嘰嘰歪歪的，誰(shuí)知道說(shuō)什么呀。特別是一個(gè)主站與多個(gè)從站通信的時(shí)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(duì)剛上提到的問(wèn)題進(jìn)行講一講吧，聊一聊吧。

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(shí)，是掃描波特率參數(shù)，自適應(yīng)的，屏通信可能參數(shù)沒(méi)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(guò)程。

3）也有可能是接線方式不對(duì)。因?yàn)橛行〥B9，還需要公頭，母頭。如果不注意的話(huà)，也會(huì)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(shí)候可能會(huì)使用一些串口助手發(fā)送測(cè)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(gè)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(méi)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(gè)設(shè)備為什么需要接地線了。

1）這個(gè)問(wèn)題和上一個(gè)有類(lèi)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(gè)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(gè)帶隔離電源的，兩個(gè)設(shè)備的地是隔離的，就需要在串口上把地線接起來(lái)。這個(gè)我是自身經(jīng)歷過(guò)的，有個(gè)客戶(hù)老說(shuō)他的設(shè)備通信不上，后來(lái)拍個(gè)照我給我，他地線沒(méi)有接，他說(shuō)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(gè)設(shè)備是232，另一個(gè)設(shè)備是422，沒(méi)有轉(zhuǎn)換設(shè)備，怎么辦。（232與422互轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單方法）

這個(gè)情況我遇到過(guò)，客戶(hù)的設(shè)備是422通信的，但是我手上并沒(méi)有422設(shè)備，只有232通信可以測(cè)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(gè)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(hào)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(hào)給422，422就可以接收到數(shù)據(jù)了。

5、用232通信沒(méi)問(wèn)題，用485通信沒(méi)問(wèn)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(gè)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(shí)有發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)就會(huì)沖突了。所以解決的辦法就是主站設(shè)備，也就是主動(dòng)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?xún)?yōu)化這個(gè)，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(gè)設(shè)備都通信正常，多個(gè)從站接一塊通信就不穩(wěn)定。

7、要想實(shí)現(xiàn)兩個(gè)屏或兩個(gè)主站通過(guò)485訪問(wèn)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(hù)實(shí)際使用中，有客戶(hù)想用兩個(gè)屏來(lái)訪問(wèn)一個(gè)modbus設(shè)備的。目前暫時(shí)還沒(méi)有好的辦法。等這個(gè)功能出來(lái)后，再來(lái)給大家演示操作吧。

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

說(shuō)來(lái)串口通信的弱點(diǎn)，那就說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)了。不過(guò)還是長(zhǎng)話(huà)短說(shuō)吧。

1）信號(hào)干擾的問(wèn)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(lái)匹配。如果是232，盡量不要讓線太長(zhǎng)。通信協(xié)議上盡量避免長(zhǎng)報(bào)文的數(shù)據(jù)通信。

2）波特率匹配的問(wèn)題。

因?yàn)橛行┰O(shè)備的計(jì)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(lái)的影響是什么呢。因?yàn)榻邮辗绞峭ㄟ^(guò)時(shí)間來(lái)計(jì)算一個(gè)位的。那么如果一個(gè)報(bào)文過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)存在誤差積累的問(wèn)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(zhǎng)數(shù)據(jù)的包。

3）在一些可能會(huì)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(shuō)出現(xiàn)錯(cuò)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(cuò)誤的報(bào)文過(guò)濾掉?？偤帽葲](méi)有校驗(yàn)然后通信數(shù)據(jù)錯(cuò)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(cuò)。

4）串口通信本來(lái)就比較慢，請(qǐng)降低對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)的要求。

因?yàn)榇谕ㄐ疟旧砭捅?a target="_blank">以太網(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€(gè)口一個(gè)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(gè)口出去，一次也只能傳一個(gè)位，一個(gè)字節(jié)過(guò)去。因?yàn)橛锌蛻?hù)在使用9600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(shí)串口通信對(duì)應(yīng)用，對(duì)開(kāi)發(fā)，對(duì)溝通都有著很大的幫助的。

好了。關(guān)于串口通信方面，就暫時(shí)聊到這里了。

為什么不用同步通信呢。

剛才提到，同步通信需要依賴(lài)于時(shí)鐘信號(hào)。這就存在一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是誰(shuí)來(lái)發(fā)起呢。在同步通信中，往往需要一個(gè)主設(shè)備發(fā)起時(shí)鐘信號(hào)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(lái)說(shuō)，是沒(méi)有主從之說(shuō)，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(shí)鐘信號(hào)，比如讀SD卡模塊，就可以通過(guò)SPI方式，還有一些傳感器模塊。