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。


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。


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
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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
这里写图片描述
电脑RS232串口与仪表串口连接图:
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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。
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●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。

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