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串口的基本原理
1 串口通訊
串口通訊（Serial Communication），是指外設和計算機間，通過數據信號線、地線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。
串口是一種接口標準，它規定了接口的電氣標準，沒有規定接口插件電纜以及使用的協議。
2 串口通訊的數據格式
一個字符一個字符地傳輸，每個字符一位一位地傳輸，并且傳輸一個字符時，總是以“起始位”開始，以“停止位”結束，字符之間沒有固定的時間間隔要求。
每一個字符的前面都有一位起始位（低電平），字符本身由7位數據位組成，接著字符后面是一位校驗位（檢驗位可以是奇校驗、偶校驗或無校驗位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長的空閑位，停止位和空閑位都規定為高電平。實際傳輸時每一位的信號寬度與波特率有關，波特率越高，寬度越小，在進行傳輸之前，雙方一定要使用同一個波特率設置。
3 通訊方式
單工模式（Simplex Communication）的數據傳輸是單向的。通信雙方中，一方固定為發送端，一方則固定為接收端。信息只能沿一個方向傳輸，使用一根傳輸線。
半雙工模式（Half Duplex）通信使用同一根傳輸線，既可以發送數據又可以接收數據，但不能同時進行發送和接收。數據傳輸允許數據在兩個方向上傳輸，但是，在任何時刻只能由其中的一方發送數據，另一方接收數據。因此半雙工模式既可以使用一條數據線，也可以使用兩條數據線。半雙工通信中每端需有一個收發切換電子開關，通過切換來決定數據向哪個方向傳輸。因為有切換，所以會產生時間延遲，信息傳輸效率低些。
全雙工模式（Full Duplex）通信允許數據同時在兩個方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結合，它要求發送設備和接收設備都有獨立的接收和發送能力。在全雙工模式中，每一端都有發送器和接收器，有兩條傳輸線，信息傳輸效率高。
顯然，在其它參數都一樣的情況下，全雙工比半雙工傳輸速度要快，效率要高。
4 偶校驗與奇校驗
在標準ASCII碼中，其最高位（b7）用作奇偶校驗位。所謂奇偶校驗，是指在代碼傳送過程中用來檢驗是否出現錯誤的一種方法，一般分奇校驗和偶校驗兩種。奇校驗規定：正確的代碼一個字節中1的個數必須是奇數，若非奇數，則在最高位b7添1；偶校驗規定：正確的代碼一個字節中1的個數必須是偶數，若非偶數，則在最高位b7添1。
5 停止位
停止位是按長度來算的。串行異步通信從計時開始，以單位時間為間隔（一個單位時間就是波特率的倒數），依次接受所規定的數據位和奇偶校驗位，并拼裝成一個字符的并行字節；此后應接收到規定長度的停止位“1”。所以說，停止位都是“1”，1.5是它的長度，即停止位的高電平保持1.5個單位時間長度。一般來講，停止位有1，1.5，2個單位時間三種長度。
6 波特率
波特率就是每秒鐘傳輸的數據位數。
波特率的單位是每秒比特數（bps），常用的單位還有：每秒千比特數Kbps，每秒兆比特數Mbps。串口典型的傳輸波特率600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。
PLC/PC與稱重儀表通訊時，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或儀表與大屏幕通訊時，最常用的波特率是600bps。
7 典型的串口通訊標準
EIA RS232（通常簡稱“RS232”）： 1962年由美國電子工業協會（EIA）制定。
EIA RS485（通常簡稱“RS485”）： 1983年由美國電子工業協會（EIA）制定。
8 RS232串口
RS232是計算機與通信工業應用中最廣泛一種串行接口。它以全雙工方式工作，需要地線、發送線和接收線三條線。RS232只能實現點對點的通信方式。
8.1 RS232串口缺點
●接口信號電平值較高，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以內。
●只能實現點對點的通訊方式。
8.2 RS232串口接口定義
RXD：接收數據，TXD：發送數據，GND/SG：信號地。
8.3 電腦DB9針接口定義
電腦DB9針接口是常見的RS232串口，其引腳定義如下：
2號腳：RXD（接收數據）
3號腳：TXD（發送數據）
5號腳：SG或GND（信號地）
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
●RS485采用平衡發送和差分接收，具有良好的抗干擾能力，信號能傳輸上千米。
●RS485有兩線制和四線制兩種接線。采用四線制時，只能實現點對多的通訊（即只能有一個主設備，其余為從設備）。四線制現在很少采用，現在多采用兩線制接線方式。
●兩線制RS485只能以半雙式方式工作，收發不能同時進行。
●RS485在同一總線上最多可以接32個結點，可實現真正的多點通訊，但一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。
●因RS485接口具有良好的抗干擾能力，長的傳輸距離和多站能力等優點使其成為首選的串行接口。
10 串口通訊硬件常見的注意事項
●通訊電纜端子一定接牢，不可有任何松動，否則，可能會燒壞儀表或上位機的通訊板。
●不可帶電拔插通訊端子，否則，可能會燒壞儀表或上位機的通訊板，一定要關閉儀表電源后才能去拔插通訊端子或接通訊線。
●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，最好不要選用無屏蔽層的電纜，且電纜屏蔽層一定要能完全屏蔽，有些質量差的電纜，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一端接地，雙層屏蔽的電纜屏蔽層其外層（含鎧裝）應兩端接地，內層屏蔽則應一端接地。
●儀表使用RS232通訊時，通訊電纜長度不得超過15米。
●一般RS485協議的接頭沒有固定的標準，可能根據廠家的不同引腳順序和管腳功能可能不盡相同，用戶可以查閱相關產品RS485的引腳圖。
●RS485通訊電纜最好選用阻阬匹配、低衰減的RS485專用通訊電纜（雙絞線），不要使用普通的雙絞電纜或質量較差的通訊電纜。因為普通電纜或質量差的通訊電纜，可能阻抗不匹配、衰減大、絞合度不夠、屏蔽層太松散，這樣會導致干擾將非常大，會造成通訊不暢，甚至通訊不上。
●儀表使用RS485通訊時，每臺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，會造成通訊不暢，甚至通訊不上。
●485總線結構理論上傳輸距離達到1200米，一般是指通訊線材優質達標，波特率9600，只有一臺485設備才能使得通訊距離達到1200米，而且能通訊并不代表每次通訊都正常，所以通常485總線實際的穩定通訊距離遠遠達不到1200米。負載485設備多，線材阻抗不同時，通訊距離更短。
●儀表使用RS485通訊時，必要時，請接入終端電阻，以增強系統的抗干擾性，典型的終端電阻阻值是120歐。
11 串口通訊軟件設置要點
11.1 有關通訊的一些基本概念
●主機與從機：在通訊系統中起主要作用、發布主要命令的稱為主機，接受命令的稱為從機。
●連續方式：指主機不需要發布命令，從機就能自動地向主機發送數據。
●指令方式：指主機向從機發布命令，從機根據指令執行動作，并將結果“應答”給主機的模式。
●輸出數據類型：指在連續方式通訊時，從機輸出給主機的數據類型。
●通訊協議：指主機與從機通訊時，按哪一種編碼規則來通訊。
●波特率：主從機之間通訊的速度。
●數據位：每次傳輸數據時，數據由幾位組成。
●校驗位：數據傳輸錯誤檢測，可以是奇校驗、偶校驗或無校驗。
●地址：每一臺從機的編號。
11.2 主從機之間通訊設置要點
●要點一：主/從RS232/485硬件有無設置正確，通訊線有無接對。有些通訊板卡是RS422與RS485共用的，依靠板上跳線來實現的，有些儀表RS232/485也需要通訊跳線來實現。
●要點二：主機上的通訊端口有無設置正確；超時（一般設置為2s）、通訊延時（一般設置為5～20ms）、ACK信號延時（一般設置為0ms）有無設置正確。
●要點三：主/從機通訊協議有無選擇正確。
●要點四：主/從機波特率有無選擇正確。
●要點五：主/從機數據位有無選擇正確。數據位可以選擇7位，8位。
●要點六：主/從機校驗位有無選擇正確。校驗位一般可選擇偶校驗、奇校驗、無校驗。
●要點七：主/從機停止位有無選擇正確。停止位可以選擇1位、1.5位還是2位。
●要點八：從機地址有無選擇正確。
●要點九：主/從機的通訊方式有無選擇正確。
進行通訊測試的時候經常會進行線路測試，測試所用的串口線是否可用，方法有二如下：
1》 把串口線接到不同的串口，用串口調試工具從一個串口發數據，另一個能正常收到說明串口線是OK的。
2》 把串口線的一端短接（用金屬把2，3號腳連通），用萬用表測另一端的2，3號如果正常的話會有嘀嘀的短接報警聲。
二、linux下串口的基本操作
1、串口的操作
1.1打開：fd = open（“/dev/ttySAC1”， O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY）;
O_RDWR 讀寫方式打開；
O_NOCTTY 不允許進程管理串口（不太理解，一般都選上）；
O_NDELAY 非阻塞（默認為阻塞，打開后也可以使用fcntl（）重新設置）
1.2寫入：n = write（fd， “linux”， 5）;
n實際寫入字節數；
1.3讀取：res = read（fd，buf，len）;
res 讀取的字節數；
1.4設置：fcntl（fd， F_SETFL， FNDELAY）; //非阻塞
fcntl（fd， F_SETFL， 0）; // 阻塞
1.5關閉：close（fd）;
2、串口配置
struct termios options; // 串口配置結構體
tcgetattr（fd，&options）; //獲取當前設置
bzero（&options，sizeof（options））;
options.c_cflag |= B115200 | CLOCAL | CREAD; // 設置波特率，本地連接，接收使能
options.c_cflag &= ~CSIZE; //屏蔽數據位
options.c_cflag |= CS8; // 數據位為 8 ，CS7 for 7
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 一位停止位， 兩位停止為 |= CSTOPB
options.c_cflag &= ~PARENB; // 無校驗
//options.c_cflag |= PARENB; //有校驗
//options.c_cflag &= ~PARODD // 偶校驗
//options.c_cflag |= PARODD // 奇校驗
options.c_cc［VTIME］ = 0; // 等待時間，單位百毫秒 （讀）。后有詳細說明
options.c_cc［VMIN］ = 0; // 最小字節數 （讀）。后有詳細說明
tcflush（fd， TCIOFLUSH）; // TCIFLUSH刷清輸入隊列。
TCOFLUSH刷清輸出隊列。
TCIOFLUSH刷清輸入、輸出隊列。
tcsetattr（fd， TCSANOW， &options）; // TCSANOW立即生效；
TCSADRAIN：Wait until everything has been transmitted；
TCSAFLUSH：Flush input and output buffers and make the change
3、VTIME 和 VMIN
VTIME 定義要求等待的零到幾百毫秒的值（通常是一個8位的unsigned char變量）。
VMIN 定義了要求等待的最小字節數， 這個字節數可能是0。
只有設置為阻塞時這兩個參數才有效，僅針對于讀操作。
說起來比較復雜，舉個例子吧，設置為阻塞狀態，寫操作未進行實驗，這里僅討論讀操作，
read（fd，&buf，8）; // 讀串口
3.1
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 0;
VMIN = 0，當緩沖區字節數 》= 0 時進行讀操作，實際上這時讀串口操作并未被阻塞，因為條件始終被滿足。
3.2
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 1;
VMIN = 1，當緩沖區字節數 》= 1 時進行讀操作，當沒有數據時讀串口操作被阻塞。
3.3
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 4;
VMIN = 4，當緩沖區字節數 》= 4 時進行讀操作，否則讀串口操作被阻塞。每次讀出的最大字節數由read函數中第三個參數決定。直到緩沖區剩下的數據《 read 第三個參數 并且《 4 （如果這時read第三參數為 1 則進行4次讀操作直至讀完緩沖區，如read第三參數為2，連續進行讀操作，直至緩沖區空或還剩一個字符）。沒有設置VTIME，剩下的字符沒有確定的期限，直到下次滿足讀條件的時候才被讀出。
----------------------------------考慮VTIME-----------------------------
3.4
options.c_cc［VTIME］ = 10; //單位百毫秒
options.c_cc［VMIN］ = 4;
同3.3的區別就是，沒滿足條件或讀緩沖區中剩下的數據會在1秒（10百毫秒）后讀出。另外特別注意的是當設置VTIME后，如果read第三個參數小于VMIN ，將會將VMIN 修改為read的第三個參數，即使用read（fd，&buf，2）;，以上設置變為：
options.c_cc［VTIME］ = 10;
options.c_cc［VMIN］ = 2;
1》打開串口函數open_port（）中要實現的函數：
（1）open（“/dev/ttys0”，O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY）;/*打開串口0*/
（2）fcntl（fd，F_SETFL，0）/*恢復串口為阻塞狀態*/
（3）isatty（STDIN_FILENO） /*測試是否為中斷設備 非0即是中斷設備*/
2》 配置串口參數函數set_opt（）中要實現的函數：
（1）保存原先有串口配置
tcgetattr（fd，&oldtio）;
（2）先將新串口配置清0
bzore（&newtio，sizeof（newito））;
（3）激活選項CLOCAL和CREAD 并設置數據位大小
newtio.c_cflag |=CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
newtio.c_cflag |=CS8;
（4）設置奇偶校驗
奇校驗：
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
偶校驗：
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
newtio.c_cflag |= PAREND;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
無奇偶校驗：
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
（5） 設置停止位
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; /*停止位為1*/
newtio.c_cflag |= CSTOPB;/*停止位為0*/
（6）設置波特率：
cfsetispeed（&newtio，B115200）;
cfsetospeed（&newtio，B115200）;
（7）設置等待時間和最小接受字符：
newtio.c_cc［VTIME］ = 0;
newtio.c_cc［VMIN］ = 0;
（8）處理為接收字符：
tcflush（fd，TCIFLUSH）;
（9）激活新配置：
tcsetattr（fd，TCSANOW，&newtio）;
3.讀寫串口
write（fd，buff，8）;
read（fd，buff，8）;
三、串口編程實例：
［cpp］ view plain copy#include 《stdio.h》
#include 《string.h》
#include 《sys/types.h》
#include 《errno.h》
#include 《sys/stat.h》
#include 《fcntl.h》
#include 《unistd.h》
#include 《termios.h》
#include 《stdlib.h》
int set_opt（int fd，int nSpeed， int nBits， char nEvent， int nStop）
{
/* 五個參量 fd打開文件 speed設置波特率 bit數據位設置 neent奇偶校驗位 stop停止位 */
struct termios newtio，oldtio;
if （ tcgetattr（ fd，&oldtio） ！= 0） {
perror（“SetupSerial 1”）;
return -1;
}
bzero（ &newtio， sizeof（ newtio ） ）;
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
switch（ nBits ）
{
case 7：
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8：
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}
switch（ nEvent ）
{
case ‘O’：
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
break;
case ‘E’：
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case ‘N’：
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
}
switch（ nSpeed ）
{
case 2400：
cfsetispeed（&newtio， B2400）;
cfsetospeed（&newtio， B2400）;
break;
case 4800：
cfsetispeed（&newtio， B4800）;
cfsetospeed（&newtio， B4800）;
break;
case 9600：
cfsetispeed（&newtio， B9600）;
cfsetospeed（&newtio， B9600）;
break;
case 115200：
cfsetispeed（&newtio， B115200）;
cfsetospeed（&newtio， B115200）;
break;
default：
cfsetispeed（&newtio， B9600）;
cfsetospeed（&newtio， B9600）;
break;
}
if（ nStop == 1 ）
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if （ nStop == 2 ）
newtio.c_cflag |= CSTOPB;
newtio.c_cc［VTIME］ = 0;
newtio.c_cc［VMIN］ = 0;
tcflush（fd，TCIFLUSH）;
if（（tcsetattr（fd，TCSANOW，&newtio））！=0）
{
perror（“com set error”）;
return -1;
}
printf（“set done！ ”）;
return 0;
}
int open_port（int fd，int comport）
{
/* fd 打開串口 comport表示第幾個串口 */
char *dev［］={“/dev/ttyS0”，“/dev/ttyS1”，“/dev/ttyS2”};
long vdisable;
if （comport==1）
{ fd = open（ “/dev/ttyS0”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can‘t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS0 。。.。。 ”）;
}
else if（comport==2）
{ fd = open（ “/dev/ttyS1”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can’t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS1 。。.。。 ”）;
}
else if （comport==3）
{
fd = open（ “/dev/ttyS2”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can‘t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS2 。。.。。 ”）;
}
if（fcntl（fd， F_SETFL， 0）《0）
printf（“fcntl failed！ ”）;
else
printf（“fcntl=%d ”，fcntl（fd， F_SETFL，0））;
if（isatty（STDIN_FILENO）==0）
printf（“standard input is not a terminal device ”）;
else
printf（“isatty success！ ”）;
printf（“fd-open=%d ”，fd）;
return fd;
}
int main（void）
{
int fd;
int nread，i;
char buff［］=“Hello ”;
if（（fd=open_port（fd，1））《0）{
perror（“open_port error”）;
return;
}
if（（i=set_opt（fd，115200，8，’N‘，1））《0）{
perror（“set_opt error”）;
return;
}
printf（“fd=%d ”，fd）;
// fd=3;
nread=read（fd，buff，8）;
printf（“nread=%d，%s ”，nread，buff）;
close（fd）;
return;
}
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