串口开发

最近为了实习，老师找个C#串口开发高级工程师过来授课！（其实是师兄），8年工作经验。

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串口编程。首先来了解什么是串口，串口有什么用？串口的规则是由谁定义好的？带着一连串疑问来了解串口。

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1、串口通讯：
串口通讯(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。
串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。

2 、串口通讯的数据格式

一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。
每一个字符的前面都有一位起始位(低电平)，字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位(检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在进行传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。

3 通讯方式
①单工模式（Simplex Communication）的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。
②半双工模式（Half Duplex）通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。
③全双工模式（Full Duplex）通信允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。
显然，在其它参数都一样的情况下，全双工比半双工传输速度要快，效率要高。

4 偶校验与奇校验
在标准ASCII码中，其最高位(b7)用作奇偶校验位。所谓奇偶校验，是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法，一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1；偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位b7添1。

5 停止位
停止位是按长度来算的。串行异步通信从计时开始，以单位时间为间隔（一个单位时间就是波特率的倒数），依次接受所规定的数据位和奇偶校验位，并拼装成一个字符的并行字节；此后应接收到规定长度的停止位“1”。所以说，停止位都是“1”，1.5是它的长度，即停止位的高电平保持1.5个单位时间长度。一般来讲，停止位有1，1.5，2个单位时间三种长度。

6 波特率
波特率就是每秒钟传输的数据位数。
波特率的单位是每秒比特数(bps)，常用的单位还有：每秒千比特数Kbps，每秒兆比特数Mbps。串口典型的传输波特率600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。
PLC/PC与称重仪表通讯时，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或仪表与大屏幕通讯时，最常用的波特率是600bps。

7 典型的串口通讯标准
EIA RS232(通常简称“RS232”）: 1962年由美国电子工业协会(EIA)制定。
EIA RS485(通常简称“RS485”）: 1983年由美国电子工业协会(EIA)制定。

8 RS232串口
RS232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。它以全双工方式工作，需要地线、发送线和接收线三条线。RS232只能实现点对点的通信方式。

8.1 RS232串口缺点
●接口信号电平值较高，接口电路芯片容易损坏。
●传输速率低，最高波特率19200bps。
●抗干扰能力较差。
●传输距离有限，一般在15m以内。
●只能实现点对点的通讯方式。

8.2 RS232串口接口定义
RXD：接收数据，TXD：发送数据，GND/SG：信号地。

8.3 电脑DB9针接口定义
电脑DB9针接口是常见的RS232串口，其引脚定义如下：
2号脚：RXD(接收数据)
3号脚：TXD(发送数据)
5号脚：SG或GND(信号地)
其它脚：我们不用

电脑RS232串口与仪表串口连接图：

9 串口通讯硬件常见的注意事项
●通讯电缆端子一定接牢，不可有任何松动，否则，可能会烧坏仪表或上位机的通讯板。
●不可带电拔插通讯端子，否则，可能会烧坏仪表或上位机的通讯板，一定要关闭仪表电源后才能去拔插通讯端子或接通讯线。
●通讯用的屏蔽电缆最好选用双层隔离型屏蔽电缆，其次选用单层屏蔽电缆，最好不要选用无屏蔽层的电缆,且电缆屏蔽层一定要能完全屏蔽，有些质量差的电缆，屏蔽层很松散，根本起不到屏蔽的作用。单层屏蔽的电缆屏蔽层应一端接地，双层屏蔽的电缆屏蔽层其外层（含铠装）应两端接地，内层屏蔽则应一端接地。
●仪表使用RS232通讯时，通讯电缆长度不得超过15米。
●一般RS485协议的接头没有固定的标准，可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可能不尽相同，用户可以查阅相关产品RS485的引脚图。
●RS485通讯电缆最好选用阻阬匹配、低衰减的RS485专用通讯电缆（双绞线），不要使用普通的双绞电缆或质量较差的通讯电缆。因为普通电缆或质量差的通讯电缆，可能阻抗不匹配、衰减大、绞合度不够、屏蔽层太松散，这样会导致干扰将非常大，会造成通讯不畅，甚至通讯不上。
●仪表使用RS485通讯时，每台仪表必须手牵手地串下去，不可以有星型连接或者分叉，如果有星型连接或者分叉，干扰将非常大，会造成通讯不畅，甚至通讯不上。

●485总线结构理论上传输距离达到1200米，一般是指通讯线材优质达标，波特率9600，只有一台485设备才能使得通讯距离达到1200米，而且能通讯并不代表每次通讯都正常，所以通常485总线实际的稳定通讯距离远远达不到1200米。负载485设备多，线材阻抗不同时，通讯距离更短。
●仪表使用RS485通讯时，必要时，请接入终端电阻，以增强系统的抗干扰性，典型的终端电阻阻值是120欧。

10 串口通讯软件设置要点
10.1 有关通讯的一些基本概念
●主机与从机：在通讯系统中起主要作用、发布主要命令的称为主机，接受命令的称为从机。
●连续方式：指主机不需要发布命令，从机就能自动地向主机发送数据。
●指令方式：指主机向从机发布命令，从机根据指令执行动作，并将结果“应答”给主机的模式。
●输出数据类型：指在连续方式通讯时，从机输出给主机的数据类型。
●通讯协议：指主机与从机通讯时，按哪一种编码规则来通讯。
●波特率：主从机之间通讯的速度。
●数据位：每次传输数据时，数据由几位组成。
●校验位：数据传输错误检测，可以是奇校验、偶校验或无校验。
●地址：每一台从机的编号。

11.2 主从机之间通讯设置要点
●要点一：主/从RS232/485硬件有无设置正确，通讯线有无接对。有些通讯板卡是RS422与RS485共用的，依靠板上跳线来实现的，有些仪表RS232/485也需要通讯跳线来实现。
●要点二：主机上的通讯端口有无设置正确；超时（一般设置为2s）、通讯延时（一般设置为5～20ms)、ACK信号延时（一般设置为0ms)有无设置正确。
●要点三：主/从机通讯协议有无选择正确。
●要点四：主/从机波特率有无选择正确。
●要点五：主/从机数据位有无选择正确。数据位可以选择7位，8位。
●要点六：主/从机校验位有无选择正确。校验位一般可选择偶校验、奇校验、无校验。
●要点七：主/从机停止位有无选择正确。停止位可以选择1位、1.5位还是2位。
●要点八：从机地址有无选择正确。
●要点九：主/从机的通讯方式有无选择正确。

进行通讯测试的时候经常会进行线路测试，测试所用的串口线是否可用，方法有二如下：

1 把串口线接到不同的串口，用串口调试工具从一个串口发数据，另一个能正常收到说明串口线是OK的。
2 把串口线的一端短接（用金属把2,3号脚连通），用万用表测另一端的2,3号如果正常的话会有嘀嘀的短接报警声。