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串口通訊究竟是什么呢？

發(fā)布日期：2024-08-16 16:22:28瀏覽量：93

1 串口通訊

串口通訊(Serial Communication)，是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)、地線(xiàn)等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。

串口是一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有規(guī)定接口插件電纜以及使用的協(xié)議。

2 串口通訊的數(shù)據(jù)格式

一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，每個(gè)字符一位一位地傳輸，并且傳輸一個(gè)字符時(shí)，總是以“起始位”開(kāi)始，以“停止位”結(jié)束，字符之間沒(méi)有固定的時(shí)間間隔要求。

每一個(gè)字符的前面都有一位起始位(低電平)，字符本身由7位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗(yàn)位(檢驗(yàn)位可以是奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長(zhǎng)的空閑位，停止位和空閑位都規(guī)定為高電平。實(shí)際傳輸時(shí)每一位的信號(hào)寬度與波特率有關(guān)，波特率越高，寬度越小，在進(jìn)行傳輸之前，雙方一定要使用同一個(gè)波特率設(shè)置。

3 通訊方式

單工模式（Simplex Communication）的數(shù)據(jù)傳輸是單向的。通信雙方中，一方固定為發(fā)送端，一方則固定為接收端。信息只能沿一個(gè)方向傳輸，使用一根傳輸線(xiàn)。

　　半雙工模式（Half Duplex）通信使用同一根傳輸線(xiàn)，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)又可以接收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但是，在任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工模式既可以使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線(xiàn)。半雙工通信中每端需有一個(gè)收發(fā)切換電子開(kāi)關(guān)，通過(guò)切換來(lái)決定數(shù)據(jù)向哪個(gè)方向傳輸。因?yàn)橛星袚Q，所以會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，信息傳輸效率低些。

全雙工模式（Full Duplex）通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。在全雙工模式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳輸線(xiàn)，信息傳輸效率高。

顯然，在其它參數(shù)都一樣的情況下，全雙工比半雙工傳輸速度要快，效率要高。

4 偶校驗(yàn)與奇校驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼中，其最高位(b7)用作奇偶校驗(yàn)位。所謂奇偶校驗(yàn)，是指在代碼傳送過(guò)程中用來(lái)檢驗(yàn)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤的一種方法，一般分奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)兩種。奇校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是奇數(shù)，若非奇數(shù)，則在最高位b7添1；偶校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是偶數(shù)，若非偶數(shù)，則在最高位b7添1。

5 停止位

停止位是按長(zhǎng)度來(lái)算的。串行異步通信從計(jì)時(shí)開(kāi)始，以單位時(shí)間為間隔（一個(gè)單位時(shí)間就是波特率的倒數(shù)），依次接受所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位，并拼裝成一個(gè)字符的并行字節(jié)；此后應(yīng)接收到規(guī)定長(zhǎng)度的停止位“1”。所以說(shuō)，停止位都是“1”，1.5是它的長(zhǎng)度，即停止位的高電平保持1.5個(gè)單位時(shí)間長(zhǎng)度。一般來(lái)講，停止位有1，1.5，2個(gè)單位時(shí)間三種長(zhǎng)度。

6 波特率

波特率就是每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)。

波特率的單位是每秒比特?cái)?shù)(bps)，常用的單位還有：每秒千比特?cái)?shù)Kbps，每秒兆比特?cái)?shù)Mbps。串口典型的傳輸波特率600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。

PLC/PC與稱(chēng)重儀表通訊時(shí)，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或儀表與大屏幕通訊時(shí)，最常用的波特率是600bps。

7 典型的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)

EIA RS232(通常簡(jiǎn)稱(chēng)“RS232”）: 1962年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定。

EIA RS485(通常簡(jiǎn)稱(chēng)“RS485”）: 1983年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定。

8 RS232串口

RS232是計(jì)算機(jī)與通信工業(yè)應(yīng)用中最廣泛一種串行接口。它以全雙工方式工作，需要地線(xiàn)、發(fā)送線(xiàn)和接收線(xiàn)三條線(xiàn)。RS232只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。

8.1 RS232串口缺點(diǎn)

●接口信號(hào)電平值較高，接口電路芯片容易損壞。

●傳輸速率低，最高波特率19200bps。

●抗干擾能力較差。

●傳輸距離有限，一般在15m以?xún)?nèi)。

●只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式。

8.2 RS232串口接口定義

RXD：接收數(shù)據(jù)，TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)，GND/SG：信號(hào)地。

8.3 電腦DB9針接口定義

電腦DB9針接口是常見(jiàn)的RS232串口，其引腳定義如下：

2號(hào)腳：RXD(接收數(shù)據(jù))

3號(hào)腳：TXD(發(fā)送數(shù)據(jù))

5號(hào)腳：SG或GND(信號(hào)地)

其它腳：我們不用

電腦RS232串口與儀表串口連接圖：

9 RS485串口

9.1 RS485串口特點(diǎn)

●RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，具有良好的抗干擾能力,信號(hào)能傳輸上千米。

●RS485有兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制兩種接線(xiàn)。采用四線(xiàn)制時(shí)，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通訊(即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備)。四線(xiàn)制現(xiàn)在很少采用，現(xiàn)在多采用兩線(xiàn)制接線(xiàn)方式。

●兩線(xiàn)制RS485只能以半雙式方式工作，收發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行。

●RS485在同一總線(xiàn)上最多可以接32個(gè)結(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)通訊，但一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。

●因RS485接口具有良好的抗干擾能力，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)使其成為首選的串行接口。

9.2 485抑制共模干擾示意圖

9.3 RS485串口接口定義

A或Data+(D+)或+：信號(hào)正；

B或Data-(D-)或-：信號(hào)負(fù)。

9.4 計(jì)算機(jī)與RS485儀表通訊

計(jì)算機(jī)自帶的串口只有RS232，沒(méi)有RS485，如果計(jì)算機(jī)要與RS485串口的儀表進(jìn)行通訊，必須使用串口轉(zhuǎn)換器或裝上RS485串口轉(zhuǎn)換卡后才能進(jìn)行通訊。

9.5 RS485串口的終端電阻

●一般情況下不需要增加終端電阻，只有在RS485通信距離超過(guò)100米的情況下，要在RS485通訊的開(kāi)始端和結(jié)束端增加終端電阻，RS485典型終端電阻是120歐。

●終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號(hào)反射在通信過(guò)程中，有兩種信號(hào)因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。

阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線(xiàn)末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號(hào)在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻。

引起信號(hào)反射的另一原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線(xiàn)路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。要減弱反射信號(hào)對(duì)通訊線(xiàn)路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于比較小的反射信號(hào)，為簡(jiǎn)單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。

10 串口通訊硬件常見(jiàn)的注意事項(xiàng)

●通訊電纜端子一定接牢，不可有任何松動(dòng)，否則，可能會(huì)燒壞儀表或上位機(jī)的通訊板。

●不可帶電拔插通訊端子，否則，可能會(huì)燒壞儀表或上位機(jī)的通訊板，一定要關(guān)閉儀表電源后才能去拔插通訊端子或接通訊線(xiàn)。

●通訊用的屏蔽電纜最好選用雙層隔離型屏蔽電纜，其次選用單層屏蔽電纜，最好不要選用無(wú)屏蔽層的電纜,且電纜屏蔽層一定要能完全屏蔽，有些質(zhì)量差的電纜，屏蔽層很松散，根本起不到屏蔽的作用。單層屏蔽的電纜屏蔽層應(yīng)一端接地，雙層屏蔽的電纜屏蔽層其外層（含鎧裝）應(yīng)兩端接地，內(nèi)層屏蔽則應(yīng)一端接地。

●儀表使用RS232通訊時(shí)，通訊電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)15米。

●一般RS485協(xié)議的接頭沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)，可能根據(jù)廠家的不同引腳順序和管腳功能可能不盡相同，用戶(hù)可以查閱相關(guān)產(chǎn)品RS485的引腳圖。

●RS485通訊電纜最好選用阻阬匹配、低衰減的RS485專(zhuān)用通訊電纜（雙絞線(xiàn)），不要使用普通的雙絞電纜或質(zhì)量較差的通訊電纜。因?yàn)槠胀娎|或質(zhì)量差的通訊電纜，可能阻抗不匹配、衰減大、絞合度不夠、屏蔽層太松散，這樣會(huì)導(dǎo)致干擾將非常大，會(huì)造成通訊不暢，甚至通訊不上。

●儀表使用RS485通訊時(shí)，每臺(tái)儀表必須手牽手地串下去，不可以有星型連接或者分叉，如果有星型連接或者分叉，干擾將非常大，會(huì)造成通訊不暢，甚至通訊不上。

●485總線(xiàn)結(jié)構(gòu)理論上傳輸距離達(dá)到1200米，一般是指通訊線(xiàn)材優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)，波特率9600，只有一臺(tái)485設(shè)備才能使得通訊距離達(dá)到1200米，而且能通訊并不代表每次通訊都正常，所以通常485總線(xiàn)實(shí)際的穩(wěn)定通訊距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到1200米。負(fù)載485設(shè)備多，線(xiàn)材阻抗不同時(shí)，通訊距離更短。