串口通信(232,485,422)以及常见问题

EDN电子技术设计 发表于 2018-03-12 08:33:20 收藏 已收藏
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串口通信(232,485,422)以及常见问题

EDN电子技术设计 发表于 2018-03-12 08:33:20 收藏

        下面先讲一讲串口通信的一些基本概念,术语。如果对串口通信比较熟悉的,就当复习复习,如果哪里讲错或不到位,也可以及时指出,当作一块交流交流。

这里并不对串口的编程作讲解,主要是从应用的角度去讲一讲。因为更多的时候,都是产品做好了,比如触摸屏需要和控制器,PLC通信。理想的情况下,一般只要一上电,不需要太多的操作和配置,就可以通信上。

在这里罗列了一些问题,待会对这些问题讲一讲,看是否有类似的情况,也许可以一起交流分享。

1 电脑使用USB转串口可以和设备通信上,换成屏与设备就通信不上了。

2 这A家的屏可以和设备通信,换成B家的屏就通信不上了。

3 以前不接地线可以通信,换个设备为什么需要接地线了。

4 一个设备是232,另一个设备是422,没有转换设备,怎么办。(232与422互转的简单方法)

5 用232通信没问题,用485通信没问题,使用232转485之后就通信不稳定。

6 485单独接每个设备都通信正常,多个从站接一块通信就不稳定。

7 要想实现两个屏或两个主站通过485访问modbus设备,有什么好的办法。

8 针对串口通信的弱点,在使用上应该要注意哪些地方。

当然有可能实际遇到的还不只是这些问题,可能还有一些意想不到的问题,如果你还遇到过什么奇葩奇怪的问题,也可以留言,一块交流探讨,一定会知无不言,言而无尽。

要回答和解决以上这些问题,还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

常见的串口通信一般是指异步串行通信。

这里就要说一下同步和异步的区别了。

算了,还是先讲一下串行通信的概念。那么,与串行通信相对的是什么呢。

与串行通信相对的是并行通信。数据传输一般都是以字节传输的,一个字节8个位。拿一个并行通信举例来说,也就是会有8根线,每一根线代表一个位。一次传输就可以传一个字节,而串口通信,就是传数据只有一根线传输,一次只能传一个位,要传一个字节就需要传8次。就像小虎队那首歌一样,把你的心,我的心,串一串,再烤一烤。。串口通信就是把数据串在一根线上传输,所以就叫串口吧。

与异步通信相对的就是同步通信了。同步通信一般是指有一个时钟信号进行数据信号同步。同步通信对接收方来说就相对简单一些。因为有时钟信号在,每一个高低电平变化一下,就去取一下数据就行了。通信速率可以由发送方或者说是主站设备进行控制。通信速度也相对比串口通信快很多。但是为什么很多设备,屏和plc,控制器不采用这种方式,都使用串口呢。

那么,在很多设备上,不方便接太多线,比如接8根数据线,也不方便接同步时钟信号(这个后面再说),于是一种异步串行通信就诞生了。

相对来说,异步串口通信,就只需要一根线就可以发送数据了。在对速率要求不高的情况,使用一根线发送数据是带来大大的方便和实用价值的。

那么问题来了,怎么样才能保证一根线就能发送正常的数据呢。也就说发送方发送的数据,接收方是怎么知道是什么数据呢。

为了能正常发送数据和接收正确的数据,那异步串口通信就需要满足以下几个条件:

也就是双方必要约定一种暗号。

也许当时发送这个通信的小组是这样讨论的。

经理:我要用一根线就能传输数据,你来给我定个标准。

研发:好。

经理:只有一根线,我怎么知道数据什么时候开始呢。

研发:就一根线,默认是高电平,那就有一个起始位吧。当检测到有低电平的时候,就是开始有一个字节的数据发送了,起始位之后,先是字节的最低位,传送一个字节。

经理:可是,就一根线,过来的数据会不会有干扰,容易出错呀。

研发:行呀,那就在字节数据后再加一个校验位。可以作奇校验,偶校验,1校验,0校验,无校验。

经理:嗯 ,很不错。有起始位就应该有停止位,那我们就再加个停止位在后面吧。

研发:。。。。。。。。。

经理:传输一串数据,对方要怎么知道数据的拆分呢,怎么按时间或频率去解读数据位,校验位呢。

研发:这样吧,双方约定一个波特率吧,定义一个每个位占用多长的时间,这样双方按这个波特率就可以处理了。

经理:这个比特率呀。。。

研发:老板,是波特率。

经理:我知道,是比特率嘛。

研发:这个波特率呢,是指1S钟可以传输多个位,也就知道一个位占用多长时间。这样就解决传输的问题了。

经理:那万一传输过程,数据快太,判断失误停不下来怎么办。

研发:那就把停止位可以调节为1个停止位或者2个停止位。这样就可以停下来了。

经理:嗯,听着不错。就这样办吧。

于是,串口通信就这样出来了。

在串口的通信参数上,就有了波特率,数据位,停止位,校验位这几个参数来确保串口通信的正确性和稳定上。当然,这只是某个方面保证串口通信的正确性和稳定性,不代表设备间通信的正确性和稳定性。

串口通信主要为分232,485,422 通信三种方式。

这三种有什么区别呢。

232:

232 通信主要是由RX,TX,GND三根线组成。

RX与TX,TX接RX,GND接GND。这样还是比较好理解吧。因为发送和接收分别是由不同的线处理的,也就是能同时发送数据和接收数据,这就是所谓的全双工。

在这里扩展一下,串口通信还有一个功能叫做全功能串口通信,也叫标准串口。因为在两个设备间进行数据传输,有些设备处理速度比较快,有些数据比较慢。为了保证数据能正常传输,在RX,TX的基础上,还增加了几个控制引脚,本来好端端就R,T,G,三根线,凑着就凑齐了9个引脚,召唤出了DB9这个东西。

这要怪就怪当时使用电脑的时候,还没有互联网这个概念,但是又想在两台电脑间进行通信。所以才有这样一个东西。

在后来的设备,很多控制器,人机界面,PLC等使用串口通信中,基本上就不使用标准串口,而是就直接使用RX,TX,GND三根线来通信了。

但是这里为什么要提到这个呢。因为只是很多设备这样用,也就是还存在少数设备还保留了标准串口的功能。这就是为什么会遇到明明电脑通信是好的,换成触摸屏通信就不行了。因为很多触摸屏只使用了RX,TX,GND通信,遇到一些还保留标准串口功能的就比较讨厌了。

485:

485是为了解决232通信距离的问题。原理什么之类的就不多讲了。反正232通信距离就是不长。485主要是以一种差分信号进行传输,只需要两根线,+,-两根线,或者也叫A,B两根线。A,B两根线的差分电平信号就是作为数据信号传输。那么问题来了,那是不是就没有RX和TX的概念了。是的,发送和接收就不能分开了。发送和接收都是靠这两根的来传输,也就是每次只能作发送或者只能作接收,这就是半双工的概念了,这在效率上就比232弱很多了。就像对讲机一样,经常是某个人讲完之后,都要说一个over,确保当前说完了,等待对方回复。

485就是这样牺牲了232全双工的效率来达到自己传输距离远的代价。那有没有即保留了232的全双工,又可以像485这样提高传输距离呢,于是,422出来了。

422:

422呢,有些标注为485-4。而485就标注为485-2。有什么区别呢。就是为了好记呢。485-2就是2根线。485-4就是4根线。

422就是把232的RX分成两根线,RX+,RX-,把TX分成TX+,TX-。这样就可以同时发送和同时接收了,还可以像485这样,有较远的传输距离。可是这样一种很有优势的通信方式,为什么用的不多呢。我个人的答案和理解就是:线太多了。特别是像我这样懒得接线的人,超过3根线就头晕的。搞个通信还需要接这么多线,什么TX,RX,正啊负啊。交换来交换去。

因为在很多设备通信中,基本上是属于一问一答式的,因此,232的全双工通信优势其实也并没有发挥出来。就像现在打电话,虽然两个人可以同时说话,但是两个人同时说话,叽叽歪歪的,谁知道说什么呀。特别是一个主站与多个从站通信的时候,485的接线就就方便多了,反正大家就两根线,把+都接一块,把-都接一块。如果是422作一主多从,接线上还要理半天呢,而且通信异常了也不好解决。

好了,串口通信基本就普及到这里吧。下面就对刚上提到的问题进行讲一讲吧,聊一聊吧。

1、电脑使用USB转串口可以和设备通信上,换成屏与设备就通信不上了。

1)有可能电脑USB转串口接到设备上,使用的是标准串口功能,也就是除了RX,TX,GDN外,还使用了其它引脚。比如像欧姆龙PLC,三菱PLC,在实际与屏的通信中,就需要接某些引脚短接的情况。

2)电脑与控制器或PLC通信时,是扫描波特率参数,自适应的,屏通信可能参数没有设备好。在三菱,基恩士等PLC,就存在变化波特率进行通信交互的过程。

3)也有可能是接线方式不对。因为有些DB9,还需要公头,母头。如果不注意的话,也会存在把TX接到TX上,把RX接到RX上,这样需要注意的地方。

4) 在这里补充一下,有时候可能会使用一些串口助手发送测试数据与控制器通信,有些串口助手的奇偶校验是不起作用,这个要提醒一下。

2、这A家的屏可以和设备通信,换成B家的屏就通信不上了。

1) 首先确认一下接线是否正确了,RX和TX是否兼容。

2) 地线是否没有接。

3) 除了RX,TX,GND,是否还有其它引脚需要短接的。

4) 通信协议是否一致或不完善,波特率是否一样。

3、以前不接地线可以通信,换个设备为什么需要接地线了。

1)这个问题和上一个有类似的。因为有些设备使用了隔离电源。以前不接地可以通信,有可能是地线已经在另外一个环路已经共地了,实际地线已经接了,所以才可以通信。可能换了个带隔离电源的,两个设备的地是隔离的,就需要在串口上把地线接起来。这个我是自身经历过的,有个客户老说他的设备通信不上,后来拍个照我给我,他地线没有接,他说以前不接地线可以通信的。于是我就给他科普了一下。

4、一个设备是232,另一个设备是422,没有转换设备,怎么办。(232与422互转的简单方法)

这个情况我遇到过,客户的设备是422通信的,但是我手上并没有422设备,只有232通信可以测试。因此就需要把422转成232进行通信。

刚才也讲了422和232的接线,因为这两个都是全双工的,接收和发送都是分到的,而422只是以一种差分信号进行传输。

把422的Rx+与232的TX接,422的RX-与232的GND接。

把422的TX+与232的RX接,422的TX-与232的GDN接。

这样,422设备要发送数据的,就可以发送到了232的RX上。232的TX发数据后,由于TX和GND也形成了差分信号给422,422就可以接收到数据了。

5、用232通信没问题,用485通信没问题,使用232转485之后就通信不稳定。

232和485从通信原理上,最大一个差别是全双工和半双工的区别。可是应用层发送数据和接收数据才不管底下是全双工还是半双工。

但是485就得管了。因为既然是半双工,就得严格保证通路上只能有发送或只能有接收的数据,一旦同时有发送和接收,数据就会冲突了。所以解决的办法就是主站设备,也就是主动命令的一方就需要严格控制好发送数据命令的节奏了。当然有些232转485的设备做的比较好了,可以优化这个,但是主站还是要控制,比较把通信速率调节慢一些(不是调节波特率)。

6、485单独接每个设备都通信正常,多个从站接一块通信就不稳定。

7、要想实现两个屏或两个主站通过485访问modbus设备,有什么好的办法。

在485通信中,基本上是一主多从。但是遇到一些客户实际使用中,有客户想用两个屏来访问一个modbus设备的。目前暂时还没有好的办法。等这个功能出来后,再来给大家演示操作吧。

8、针对串口通信的弱点,在使用上应该要注意哪些地方。

说来串口通信的弱点,那就说来话长了。不过还是长话短说吧。

1)信号干扰的问题。

建议使用带屏蔽线,接线要严格,比如要接地。有些485通信上,还考虑接上终端电阻来匹配。如果是232,尽量不要让线太长。通信协议上尽量避免长报文的数据通信。

2)波特率匹配的问题。

因为有些设备的计算的波特率是存在误差的,特别是一些控制器,由于使用的晶振不一样。因此在一些波特率比如9600波特率就存在误差。存在误差带来的影响是什么呢。因为接收方是通过时间来计算一个位的。那么如果一个报文过长,就会存在误差积累的问题,算着算着就偏了。所以,这也是串口通信不稳定的一些地方,在使用上应注意避免发送太长数据的包。

3)在一些可能会存在干扰的情况,在有的选的情况,可以考虑使用奇校验或者偶校验。因为虽说出现错误的可能性不大,但既然存在干扰,如果加了校验,至少可以把错误的报文过滤掉。总好比没有校验然后通信数据错了不知道。或者尽量使用一些带校验的协议,防止数据出错。

4) 串口通信本来就比较慢,请降低对数据响应的要求。

因为串口通信本身就比以太网慢。而且,串口通信并不是能像CPU那样多线程处理。因为就一个口一个线数据出去,即便你应用到程序再怎么用多线程处理数据,但是最底下也只有一个口出去,一次也只能传一个位,一个字节过去。因为有客户在使用9600的波特率通信,但是又希望多少的数据可以在多少毫秒内得到响应。

但是串口通信还是要事实求是,所以正确认识串口通信对应用,对开发,对沟通都有着很大的帮助的。

好了。关于串口通信方面,就暂时聊到这里了。

为什么不用同步通信呢。

刚才提到,同步通信需要依赖于时钟信号。这就存在一个问题,这个时钟信号是谁来发起呢。在同步通信中,往往需要一个主设备发起时钟信号读从模块的数据。在实际中,有屏读PLC,有屏读屏的数据。而单纯地从异步串口通信来说,是没有主从之说,双方都是平等的角色,都可以互发信息,互收信息。而同步通信一般是应用于CPU读一些模块,由CPU发起时钟信号,比如读SD卡模块,就可以通过SPI方式,还有一些传感器模块。

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