串口通信簡介（原理）

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(shí)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)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個(gè)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，分別是地線、發(fā)送、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(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但不是必須的。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(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。

a，波特率：這是一個(gè)衡量符號傳輸速率的參數(shù)。指的是信號被調(diào)制以后在單位時(shí)間內(nèi)的變化，即單位時(shí)間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)，如每秒鐘傳送240個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位（1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，8個(gè)數(shù)據(jù)位），這時(shí)的波特率為240Bd，比特率為10位*240個(gè)/秒=2400bps。一般調(diào)制速率大于波特率，比如曼徹斯特編碼）。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。

b，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(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)往往不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是6、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0～127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（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(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)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。［1］ c，停止位：用于表示單個(gè)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(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)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(shí)鐘同步的機(jī)會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。

d，奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)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（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)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(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3個(gè)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(gè)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。

串口通信結(jié)構(gòu)

串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)汀?/p>

串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。大多數(shù)計(jì)算機(jī)（不包括筆記本電腦）包含兩個(gè)基于RS-232的串口。串口同時(shí)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(shí)，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)。

RS-232（ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)）是IBM-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)。可用于許多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)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。

　　串口通信調(diào)試軟件的功能

plc都有串口（rs-232/rs-422/rs-485）通信功能，plc通過串口，可以與計(jì)算機(jī)或別的有串口的設(shè)備（例如智能儀表）通信。各廠家的串口通信協(xié)議差別很大，這些協(xié)議使用不同的幀結(jié)構(gòu)、不同的數(shù)制（例如十六進(jìn)制數(shù)或ascii碼）和不同的校驗(yàn)方法。

使用串口通信調(diào)試軟件，可以用計(jì)算機(jī)模擬串口設(shè)備，來調(diào)試串口通信。現(xiàn)在雖然有一些串口通信調(diào)試軟件，但是有的軟件是專門針對某種通信協(xié)議設(shè)計(jì)的，功能過于單一；有的生成計(jì)算機(jī)的發(fā)送幀不夠方便靈活和直觀。使用plc的通信協(xié)議時(shí)經(jīng)常會遇到不同數(shù)制的轉(zhuǎn)換，校驗(yàn)碼的計(jì)算也是必不可少的。如果這些都用手工來完成，或者編程來實(shí)現(xiàn)，不但工作量大，也容易出錯(cuò)。

針對plc常用通信協(xié)議的幀格式和常見的校驗(yàn)方式，結(jié)合通信調(diào)試中的體會，我指導(dǎo)研究生開發(fā)了一個(gè)能夠方便靈活地生成與plc通信的各種格式的幀，又能直觀地顯示和保存通信記錄的軟件。該軟件可以用于plc和其他設(shè)備（例如變頻器）的串口通信調(diào)試，有以下功能：

（1） 可以用3種數(shù)據(jù)格式輸入要發(fā)送的幀和顯示收、發(fā)的幀，各數(shù)據(jù)格式可以相互轉(zhuǎn)換。

（2） 可以計(jì)算常用的校驗(yàn)碼（異或、求和、crc和lrc），生成plc通信中常用的多種協(xié)議格式的幀，適用范圍廣。

（3） 具有記憶功能，能保存上次退出時(shí)的工作狀態(tài)（包括通信記錄），便于繼續(xù)調(diào)試。

（4） 能按時(shí)間間隔劃分和顯示接收到的幀，間隔時(shí)間可以修改。

　　串口通信調(diào)試軟件使用方法

下圖是plc串口通信調(diào)試軟件的界面。

可用菜單命令打開/關(guān)閉串口、設(shè)置計(jì)算機(jī)的通信接口的參數(shù)，選擇單次發(fā)送或定時(shí)發(fā)送，設(shè)置定時(shí)發(fā)送的間隔時(shí)間。

可以選擇用字符串、十進(jìn)制字節(jié)或十六進(jìn)制字節(jié)這3種數(shù)據(jù)格式輸入發(fā)送幀。可以將輸入的發(fā)送幀轉(zhuǎn)換為其他數(shù)據(jù)格式。

點(diǎn)擊“計(jì)算校驗(yàn)碼”按鈕，在出現(xiàn)的對話框的“校驗(yàn)內(nèi)容”窗口中，將自動顯示出“發(fā)送幀”文本框中的數(shù)據(jù)或字符串對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。

點(diǎn)擊某一校驗(yàn)方式按鈕，在它右邊的文本框內(nèi)便可以得到對應(yīng)的校驗(yàn)碼。crc（循環(huán)冗余校驗(yàn)）用于生成modbus協(xié)議的rtu模式的校驗(yàn)碼。modbus的ascii模式的校驗(yàn)內(nèi)容逐字節(jié)求和后，和的低字節(jié)的補(bǔ)碼為lrc（縱向冗余校驗(yàn)）碼。

可以選擇三種不同的數(shù)據(jù)格式查看收發(fā)的數(shù)據(jù)。字符串用“（s）”標(biāo)識，十六進(jìn)制數(shù)用“（h）”標(biāo)識，十進(jìn)制數(shù)無標(biāo)識。可以用“清空”按鈕清除通信記錄。