串口通信的基本知識概念

1、串口通信的基本概念：什么是串口？什么是RS-232?什么是RS-422?什么是RS-485?什么是握手？1,什么是串口串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus或者USB混淆）。 大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容 的設(shè)備也帶有RS-232 口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是 串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距

2、離通信。比如 IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2 米；而對于串口而言，長度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由 于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是 不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對于兩個進(jìn)行通行的端口， 這些參數(shù)必須匹配：a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā) 送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，

3、我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是 4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和 36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間 的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo) 準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127 （7位）。擴(kuò) 展的ASCII碼是0255 （8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包

4、使用7 位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議 的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1, 1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并 且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表 示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程 度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位 也是可以的。對于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會設(shè)置校驗(yàn)位

5、（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011 ,那么對于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0,保證邏輯高的位數(shù) 是偶數(shù)個。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位位1,這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置 位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機(jī)會判斷是否有噪聲干擾了通信 或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。2，什么是RS-232？RS-232（ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)）是舊M-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠 標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS-232的傳

6、 輸長度或者速度常常超過標(biāo)準(zhǔn)的值。RS-232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對點(diǎn)的通信。RS-232串口通信最 遠(yuǎn)距離是50英尺。從計(jì)算機(jī)連出的線的截面。RS-232針腳的功能：數(shù)據(jù)：TXD（pin 3）：串口數(shù)據(jù)輸出RXD（pin 2）：串口數(shù)據(jù)輸入握手：RTS（pin 7）：發(fā)送數(shù)據(jù)請求CTS（pin 8）：清除發(fā)送DSR（pin 6）：數(shù)據(jù)發(fā)送就緒DCD（pin 1）：數(shù)據(jù)載波檢測DTR（pin 4）：數(shù)據(jù)終端就緒地線：GND（pin 5）:地線其他RI（pin 9）:鈴聲指示3，什么是RS-422？RS-422（EIA RS-422-A Standard）是 Apple 的 Macintos

7、h 計(jì)算機(jī)的串 口連接標(biāo)準(zhǔn)。RS-422 使用差分信 號，RS-232使用非平衡參考地的信號。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號，對比RS-232，它能更好的 抗噪聲和有更遠(yuǎn)的傳輸距離。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個很大的優(yōu)點(diǎn)。4，什么是RS-485？RS-485（EIA-485標(biāo)準(zhǔn)）是RS-422的改進(jìn)，因?yàn)樗黾恿嗽O(shè)備的個數(shù)，從10個增加到32個，同時定義 了在最大設(shè)備個數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號電壓。有了多個設(shè)備的能力，你可以使用一個單 個RS-422 口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。出色抗噪和多設(shè)備能力，在工業(yè)應(yīng)用中建立連向PC機(jī)的分布式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、 其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或

8、者其他操作時，串行連接會選擇RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此 所有的RS-422設(shè)備可以被RS-485控制。RS-485可以用超過4000英尺的線進(jìn)行串行通行。DB-9引腳連接從計(jì)算機(jī)連出的線的截面。RS-485和RS-422的引腳的功能數(shù)據(jù)：TXD+ (pin 8), TXD- (pin 9), RXD+ (pin 4), RXD- (pin 5) 握手：RTS+(pin 3)，RTS-(pin 7)，CTS+(pin 2)，CTS-(pin 6) 地線：GND (pin 1)5,什么是握手？RS-232通行方式允許簡單連接三線：Tx、Rx和地線。但是對于數(shù)據(jù)傳輸，雙方必

9、須對數(shù)據(jù)定時采用使用 相同的波特率。盡管這種方法對于大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)足夠，但是對于接收方過載的情況這種使用受到限制。 這時需要串口的握手功能。在這一部分，我們討論三種最常用的RS-232握手形式：軟件握手、硬件握手 和 Xmodem。a，軟件握手：我們討論的第一種握手是軟件握手。通常用在實(shí)際數(shù)據(jù)是控制字符的情況，類似于GPIB使 用命令字符串的方式。必須的線仍然是三根：Tx，Rx和地線，因?yàn)榭刂谱址趥鬏斁€上和普通字符沒有區(qū) 別，函數(shù)SetXModem允許用戶使能或者禁止用戶使用兩個控制字符XON和OXFF。這些字符在通信中由 接收方發(fā)送，使發(fā)送方暫停。例如：假設(shè)發(fā)送方以高波特率發(fā)送數(shù)據(jù)。在傳輸

10、中，接收方發(fā)現(xiàn)由于CPU忙于其他工作，輸入buffer已 經(jīng)滿了。為了暫時停止傳輸，接收方發(fā)送XOFF，典型的值是十進(jìn)制19,即十六進(jìn)制13,直到輸入buffer 空了。一旦接收方準(zhǔn)備好接收，它發(fā)送XON，典型的值是十進(jìn)制17,即十六進(jìn)制11,繼續(xù)通信。輸入buffer 半滿時，LabWindows發(fā)送XOFF。此外，如果XOFF傳輸被打斷，LabWindows會在buffer達(dá)到75 %和 90%時發(fā)送XOFF。顯然，發(fā)送方必須遵循此守則以保證傳輸繼續(xù)。b,硬件握手：第二種是使用硬件線握手。和Tx和Rx線一樣，RTS/CTS和DTR/DSR 一起工作，一個作 為輸出，另一個作為輸入。第一組線

11、是RTS (Request to Send )和CTS (Clear to Send)。當(dāng)接收方準(zhǔn) 備好接收數(shù)據(jù)，它置高RTS線表示它準(zhǔn)備好了，如果發(fā)送方也就緒，它置高CTS,表示它即將發(fā)送數(shù)據(jù)。 另一組線是 DTR (Data Terminal Ready)和 DSR (Data Set Ready)。這些現(xiàn)主要用于 Modem 通信。使得串口和Modem通信他們的狀態(tài)。例如：當(dāng)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好接收來自PC的數(shù)據(jù)，它置高DTR線， 表示和電話線的連接已經(jīng)建立。讀取DSR線置高，PC機(jī)開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一個簡單的規(guī)則是DTR/DSR用 于表示系統(tǒng)通信就緒，而RTS/CTS用于單個數(shù)據(jù)包的傳輸。

12、在LabWindows,函數(shù)SetCTSMode使能或者禁止使用硬件握手。如果CTS模式使能，LabWindows使 用如下規(guī)則：當(dāng)PC發(fā)送數(shù)據(jù)：RS-232庫必須檢測CTS線高后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)PC接收數(shù)據(jù)：如果端口打開，且輸入隊(duì)列有空接收數(shù)據(jù)，庫函數(shù)置高RTS和DTR。如果輸入隊(duì)列90 %滿，庫函數(shù)置低RTS，但使DTR維持高電平。如果端口隊(duì)列近乎空了，哭喊數(shù)置高RTS，但使DRT維持高電平。如果端口關(guān)閉，庫函數(shù)置低RTS和DTR。c，XModem握手：最后討論的握手叫做XModem文件傳輸協(xié)議。這個協(xié)議在Modem通信中非常通用。 盡管它通常使用在Modem通信中，XModem協(xié)議能夠直

13、接在其他遵循這個協(xié)議的設(shè)備通信中使用。在 LabWindows中，實(shí)際的XModem應(yīng)用對用戶隱藏了。只要PC和其他設(shè)備使用XModem協(xié)議，在文件 傳輸中就使用 LabWindows 的 XModem 函數(shù)。函數(shù)是 XModemConfig，XModemSend 和 XModemReceive。XModem 使用介于如下參數(shù)的協(xié)議：start_of_data、end_of_data、neg_ack、 wait_delay、start_delay、max_tries、packet_size。這些參數(shù)需要通信雙方 認(rèn)定，標(biāo)準(zhǔn)的XModem有一個標(biāo)準(zhǔn)的定義：然而，可以通過XModemConfig函數(shù)修 改，以滿足具體需要。這些參數(shù)的使用方法由接收方發(fā)送的字符neg_ack確定。 這通知發(fā)送方其準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。它開始嘗試發(fā)送，有一個超時參數(shù)start_delay； 當(dāng)超時的嘗試超過max_ties次數(shù)，或者收到接收方發(fā)送的start_of_data，發(fā) 送方停止嘗試。如果從發(fā)送方收到start_of_data，接收方將讀取后繼信息數(shù)據(jù) 包。包中含有包的數(shù)目、包數(shù)目的補(bǔ)碼作為錯誤校驗(yàn)、packet_size字節(jié)大小的 實(shí)際數(shù)據(jù)包，和進(jìn)一步錯誤檢查的求和校驗(yàn)值。在讀取數(shù)據(jù)后，接收方會調(diào)用 wait_delay，然后想發(fā)送方發(fā)送響應(yīng)。如果發(fā)送方?jīng)]有收到響應(yīng)，它會重新發(fā)送