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                    理解串口通信以及232、485、422常見問題

                    2021/12/20 17:14:39??????點擊:

                    前言:下面先講一講串口通信的一些基本概念、術語。如果對串口通信比較熟悉的,就當復習復習,如果哪里講錯或不到位,也可以及時指出,當作一塊交流交流。



                    這里并不對串口的編程作講解,主要是從應用的角度去講一講。因為更多的時候,都是產品做好了,比如觸摸屏需要和控制器,PLC通信。理想的情況下,一般只要一上電,不需要太多的操作和配置,就可以通信上。


                    在這里羅列了一些問題,待會對這些問題講一講,看是否有類似的情況,也許可以一起交流分享。


                    1、電腦使用USB轉串口可以和設備通信上,換成屏與設備就通信不上了。

                    2、在A家的屏可以和設備通信,換成B家的屏就通信不上了。

                    3、以前不接地線可以通信,換個設備為什么需要接地線了。

                    4、一個設備是232,另一個設備是422,沒有轉換設備,怎么辦(232與422互轉的簡單方法)。

                    5、用232通信沒問題,用485通信沒問題,使用232轉485之后就通信不穩定。

                    6、485單獨接每個設備都通信正常,多個從站接一塊通信就不穩定。

                    7、要想實現兩個屏或兩個主站通過485訪問modbus設備,有什么好的辦法。

                    8、針對串口通信的弱點,在使用上應該要注意哪些地方。





                    當然,有可能實際遇到的還不只是這些問題,可能還有一些意想不到的問題,如果你還遇到過什么奇葩奇怪的問題,也可以留言,一塊交流探討,一定會知無不言,言而無盡。


                    要回答和解決以上這些問題,還需要先了解一下什么是串口通信,232,485,422等

                    什么是串口通信???


                    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,與串行通信相對的是什么呢?


                    與串行通信相對的是并行通信。數據傳輸一般都是以字節傳輸的,一個字節8個位。拿一個并行通信舉例來說,也就是會有8根線,每一根線代表一個位。一次傳輸就可以傳一個字節,而串口通信,就是傳數據只有一根線傳輸,一次只能傳一個位,要傳一個字節就需要傳8次。就像小虎隊那首歌一樣,把你的心,我的心,串一串,再烤一烤……串口通信就是把數據串在一根線上傳輸,所以就叫串口吧。

                         

                    與異步通信相對的就是同步通信了。同步通信一般是指有一個時鐘信號進行數據信號同步。同步通信對接收方來說就相對簡單一些。因為有時鐘信號在,每一個高低電平變化一下,就去取一下數據就行了。通信速率可以由發送方或者說是主站設備進行控制。通信速度也相對比串口通信快很多。但是為什么很多設備,屏和plc,控制器不采用這種方式,都使用串口呢。


                    那么,在很多設備上,不方便接太多線,比如接8根數據線,也不方便接同步時鐘信號(這個后面再說),于是一種異步串行通信就誕生了。


                    相對來說,異步串口通信,就只需要一根線就可以發送數據了。在對速率要求不高的情況,使用一根線發送數據是帶來大大的方便和實用價值的。


                    那么問題來了,怎么樣才能保證一根線就能發送正常的數據呢?也就說發送方發送的數據,接收方是怎么知道是什么數據呢?


                    為了能正常發送數據和接收正確的數據,那異步串口通信就需要滿足以下幾個條件:


                    也就是雙方必要約定一種暗號。

                    也許當時發送這個通信的小組是這樣討論的。

                    經理:我要用一根線就能傳輸數據,你來給我定個標準。

                    研發:好。

                    經理:只有一根線,我怎么知道數據什么時候開始呢。

                    研發:就一根線,默認是高電平,那就有一個起始位吧。當檢測到有低電平的時候,就是開始有一個字節的數據發送了,起始位之后,先是字節的最低位,傳送一個字節。

                    經理:可是,就一根線,過來的數據會不會有干擾,容易出錯呀。

                    研發:行呀,那就在字節數據后再加一個校驗位??梢宰髌嫘r?,偶校驗,1校驗,0校驗,無校驗。

                    經理:嗯 ,很不錯。有起始位就應該有停止位,那我們就再加個停止位在后面吧。

                    研發:。。。。。。。。。

                    經理:傳輸一串數據,對方要怎么知道數據的拆分呢,怎么按時間或頻率去解讀數據位,校驗位呢。研發:這樣吧,雙方約定一個波特率吧,定義一個每個位占用多長的時間,這樣雙方按這個波特率就可以處理了。

                    經理:這個比特率呀。。。

                    研發:老板,是波特率。

                    經理:我知道,是比特率嘛。

                    研發:這個波特率呢,是指1S鐘可以傳輸多個位,也就知道一個位占用多長時間。這樣就解決傳輸的問題了。

                    經理:那萬一傳輸過程,數據太快,判斷失誤停不下來怎么辦。

                    研發:那就把停止位可以調節為1個停止位或者2個停止位。這樣就可以停下來了。

                    經理:嗯,聽著不錯。就這樣辦吧。


                    于是,串口通信就這樣出來了。


                    在串口的通信參數上,就有了波特率,數據位,停止位,校驗位這幾個參數來確保串口通信的正確性和穩定。當然,這只是某個方面保證串口通信的正確性和穩定性,不代表設備間通信的正確性和穩定性。


                    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。因為發送和接收分別是由不同的線處理的,也就是能同時發送數據和接收數據,這就是所謂的全雙工。

                      

                    在這里擴展一下,串口通信還有一個功能叫做全功能串口通信,也叫標準串口。因為在兩個設備間進行數據傳輸,有些設備處理速度比較快,有些數據比較慢。為了保證數據能正常傳輸,在RX,TX的基礎上,還增加了幾個控制引腳,本來好端端就R,T,G,三根線,湊著就湊齊了9個引腳,召喚出了DB9這個東西。


                    這要怪就怪當時使用電腦的時候,還沒有互聯網這個概念,但是又想在兩臺電腦間進行通信。所以才有這樣一個東西。


                    在后來的設備,很多控制器,人機界面,PLC等使用串口通信中,基本上就不使用標準串口,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呢。因為只是很多設備這樣用,也就是還存在少數設備還保留了標準串口的功能。這就是為什么會遇到明明電腦通信是好的,換成觸摸屏通信就不行了。因為很多觸摸屏只使用了RX,TX,GND通信,遇到一些還保留標準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。485主要是以一種差分信號進行傳輸,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就是作為數據信號傳輸。那么問題來了,那是不是就沒有RX和TX的概念了。


                    是的,發送和接收就不能分開了。發送和接收都是靠這兩根的來傳輸,也就是每次只能作發送或者只能作接收,這就是半雙工的概念了,這在效率上就比232弱很多了。就像對講機一樣,經常是某個人講完之后,都要說一個over,確保當前說完了,等待對方回復。


                    485就是這樣犧牲了232全雙工的效率來達到自己傳輸距離遠的代價。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,有些標注為485-4。而485就標注為485-2。有什么區別呢。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-。這樣就可以同時發送和同時接收了,還可以像485這樣,有較遠的傳輸距離??墒沁@樣一種很有優勢的通信方式,為什么用的不多呢。我個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。搞個通信還需要接這么多線,什么TX,RX,正啊負啊。交換來交換去。


                    因為在很多設備通信中,基本上是屬于一問一答式的,因此,232的全雙工通信優勢其實也并沒有發揮出來。就像現在打電話,雖然兩個人可以同時說話,但是兩個人同時說話,嘰嘰歪歪的,誰知道說什么呀。特別是一個主站與多個從站通信的時候,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。下面就對剛上提到的問題進行講一講!


                    1、電腦使用USB轉串口可以和設備通信上,換成屏與設備就通信不上了:


                    ①有可能電腦USB轉串口接到設備上,使用的是標準串口功能,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,是掃描波特率參數,自適應的,屏通信可能參數沒有設備好。在三菱,基恩士等PLC,就存在變化波特率進行通信交互的過程。


                    ③也有可能是接線方式不對。因為有些DB9,還需要公頭,母頭。如果不注意的話,也會存在把TX接到TX上,把RX接到RX上,這樣需要注意的地方。


                    ④ 在這里補充一下,有時候可能會使用一些串口助手發送測試數據與控制器通信,有些串口助手的奇偶校驗是不起作用,這個要提醒一下。


                    2、在A家的屏可以和設備通信,換成B家的屏就通信不上了:


                    ① 首先確認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,換個設備為什么需要接地線了:


                    這個問題和上一個有類似的。因為有些設備使用了隔離電源。以前不接地可以通信,有可能是地線已經在另外一個環路已經共地了,實際地線已經接了,所以才可以通信??赡軗Q了個帶隔離電源的,兩個設備的地是隔離的,就需要在串口上把地線接起來。


                    這個我是自身經歷過的,有個客戶老說他的設備通信不上,后來拍個照我給我,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、一個設備是232,另一個設備是422,沒有轉換設備,怎么辦(232與422互轉的簡單方法);


                    這個情況我遇到過,客戶的設備是422通信的,但是我手上并沒有422設備,只有232通信可以測試。因此就需要把422轉成232進行通信。


                    剛才也講了422和232的接線,因為這兩個都是全雙工的,接收和發送都是分到的,而422只是以一種差分信號進行傳輸。


                    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設備要發送數據的,就可以發送到了232的RX上。232的TX發數據后,由于TX和GND也形成了差分信號給422,422就可以接收到數據了。


                    5、用232通信沒問題,用485通信沒問題,使用232轉485之后就通信不穩定。


                    232和485從通信原理上,最大一個差別是全雙工和半雙工的區別??墒菓脤影l送數據和接收數據才不管底下是全雙工還是半雙工。


                    但是485就得管了。因為既然是半雙工,就得嚴格保證通路上只能有發送或只能有接收的數據,一旦同時有發送和接收,數據就會沖突了。所以解決的辦法就是主站設備,也就是主動命令的一方就需要嚴格控制好發送數據命令的節奏了。當然有些232轉485的設備做的比較好了,可以優化這個,但是主站還是要控制,比較把通信速率調節慢一些(不是調節波特率)。


                    6、485單獨接每個設備都通信正常,多個從站接一塊通信就不穩定。


                    7、要想實現兩個屏或兩個主站通過485訪問modbus設備,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際使用中,有客戶想用兩個屏來訪問一個modbus設備的。目前暫時還沒有好的辦法。等這個功能出來后,再來給大家演示操作吧。


                    8、針對串口通信的弱點,在使用上應該要注意哪些地方?


                    說來串口通信的弱點,那就說來話長了。不過還是長話短說吧。


                    ①信號干擾的問題。建議使用帶屏蔽線,接線要嚴格,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。通信協議上盡量避免長報文的數據通信。


                    ②波特率匹配的問題。因為有些設備的計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。因為接收方是通過時間來計算一個位的。那么如果一個報文過長,就會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定的一些地方,在使用上應注意避免發送太長數據的包。


                    ③在一些可能會存在干擾的情況,在有的選的情況,可以考慮使用奇校驗或者偶校驗。因為雖說出現錯誤的可能性不大,但既然存在干擾,如果加了校驗,至少可以把錯誤的報文過濾掉??偤帽葲]有校驗然后通信數據錯了不知道?;蛘弑M量使用一些帶校驗的協議,防止數據出錯。


                    ④ 串口通信本來就比較慢,請降低對數據響應的要求。


                    因為串口通信本身就比以太網慢。而且,串口通信并不是能像CPU那樣多線程處理。因為就一個口一個線數據出去,即便你應用到程序再怎么用多線程處理數據,但是最底下也只有一個口出去,一次也只能傳一個位,一個字節過去。因為有客戶在使用9600的波特率通信,但是又希望多少的數據可以在多少毫秒內得到響應。


                    但是,串口通信還是要事實求是,所以正確認識串口通信對應用,對開發,對溝通都有著很大的幫助的。


                    好了。關于串口通信方面,就暫時聊到這里了。


                    為什么不用同步通信?


                    剛才提到,同步通信需要依賴于時鐘信號。這就存在一個問題,這個時鐘信號是誰來發起呢?


                    在同步通信中,往往需要一個主設備發起時鐘信號讀從模塊的數據。在實際中,有屏讀PLC,有屏讀屏的數據。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,都可以互發信息,互收信息。而同步通信一般是應用于CPU讀一些模塊,由CPU發起時鐘信號,比如讀SD卡模塊,就可以通過SPI方式,還有一些傳感器模塊。

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