深入理解串口通信以及232，485，422的常見問題

下面先講一講串口通信的一些基本概念，術(shù)語。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。

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)?，一個(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(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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(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(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 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(shì)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。

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?DB9，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(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、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。可能換了個(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(jiǎn)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(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?？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(zhǎng)了。不過還是長(zhǎng)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(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(zhǎng)，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(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。總好比沒有校驗(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?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 黃昊宇