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理解串口通信以及232，485，422常見問題
下面先講一講串口通信的一些基本概念，術(shù)語。
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題，待會(huì)對(duì)這些問題講一講，看是否有類似的情況，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.在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，沒有轉(zhuǎn)換設(shè)備，怎么辦（232與422互轉(zhuǎn)的簡單方法）。
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。
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485訪問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題，可能還有一些意想不到的問題，如果你還遇到過什么奇葩奇怪的問題，也可以留言，一塊交流探討，一定會(huì)知無不言，言而無盡。要回答和解決以上這些問題，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。在此之前，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)模粋€(gè)字節(jié)8個(gè)位。拿一個(gè)并行通信舉例來說，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)接收方來說就相對(duì)簡單一些。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），于是一種異步串行通信就誕生了。 相對(duì)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(duì)速率要求不高的情況，使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)是帶來大大的方便和實(shí)用價(jià)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(gè)條件：
也就是雙方必要約定一種暗號(hào)。也許當(dāng)時(shí)發(fā)送這個(gè)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(gè)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(shí)候開始呢。研發(fā)：就一根線，默認(rèn)是高電平，那就有一個(gè)起始位吧。當(dāng)檢測到有低電平的時(shí)候，就是開始有一個(gè)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(gè)字節(jié)。經(jīng)理：可是，就一根線，過來的數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)有干擾，容易出錯(cuò)呀。研發(fā)：行呀，那就在字節(jié)數(shù)據(jù)后再加一個(gè)校驗(yàn)位?？梢宰髌嫘ｒ?yàn)，偶校驗(yàn)，1校驗(yàn)，0校驗(yàn)，無校驗(yàn)。經(jīng)理：嗯 ，很不錯(cuò)。有起始位就應(yīng)該有停止位，那我們就再加個(gè)停止位在后面吧。研發(fā)：。。。。。。。。。經(jīng)理：傳輸一串?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)方要怎么知道數(shù)據(jù)的拆分呢，怎么按時(shí)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(gè)波特率吧，定義一個(gè)每個(gè)位占用多長的時(shí)間，這樣雙方按這個(gè)波特率就可以處理了。經(jīng)理：這個(gè)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(gè)波特率呢，是指1S鐘可以傳輸多個(gè)位，也就知道一個(gè)位占用多長時(shí)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)太快，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(gè)停止位或者2個(gè)停止位。這樣就可以停下來了。經(jīng)理：嗯，聽著不錯(cuò)。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(gè)參數(shù)來確保串口通信的正確性和穩(wěn)定性。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(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(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(duì)講機(jī)一樣，經(jīng)常是某個(gè)人講完之后，都要說一個(gè)over，確保當(dāng)前說完了，等待對(duì)方回復(fù)。
485就是這樣犧牲了232全雙工的效率來達(dá)到自己傳輸距離遠(yuǎn)的代價(jià)。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。
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(gè)人可以同時(shí)說話，但是兩個(gè)人同時(shí)說話，嘰嘰歪歪的，誰知道說什么呀。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。下面就對(duì)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(shí)，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(duì)。因?yàn)橛行〥B9，還需要公頭，母頭。如果不注意的話，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、在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(gè)設(shè)備為什么需要接地線了：這個(gè)問題和上一個(gè)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(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。這個(gè)我是自身經(jīng)歷過的，有個(gè)客戶老說他的設(shè)備通信不上，后來拍個(gè)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(gè)設(shè)備是232，另一個(gè)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(gè)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(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(gè)差別是全雙工和半雙工的區(qū)別。可是應(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，可以優(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(gè)屏來訪問一個(gè)modbus設(shè)備的。目前暫時(shí)還沒有好的辦法。等這個(gè)功能出來后，再來給大家演示操作吧。
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(hào)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(bào)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(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。存在誤差帶來的影響是什么呢。因?yàn)榻邮辗绞峭ㄟ^時(shí)間來計(jì)算一個(gè)位的。那么如果一個(gè)報(bào)文過長，就會(huì)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(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)文過濾掉?？偤帽葲]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(shí)串口通信對(duì)應(yīng)用，對(duì)開發(fā)，對(duì)溝通都有著很大的幫助的。
為什么不用同步通信呢？
同步通信需要依賴于時(shí)鐘信號(hào)。這就存在一個(gè)問題，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是誰來發(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(shí)鐘信號(hào)，比如讀SD卡模塊，就可以通過SPI方式，還有一些傳感器模塊。
審核編輯：黃飛
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