RS232串口通信的程序编码及实验过程分析

一、实验环境

• 硬件：计算机（带RS232串口或USB转串口适配器）、串口线（直连或交叉线）
• 软件：Python 3.x + PySerial库
• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 接线示意：
  • Tx（发送端） ↔ Rx（接收端）
  • GND（接地） ↔ GND

二、Python程序编码

1. 串口数据发送程序

import serial

# 配置串口参数
port = 'COM1'        # Windows端口号（Linux如'/dev/ttyS0'）
baudrate = 9600      # 波特率
bytesize = 8         # 数据位
parity = 'N'         # 无校验
stopbits = 1         # 停止位
timeout = 1          # 超时时间（秒）

try:
    # 创建串口对象
    ser = serial.Serial(
        port=port,
        baudrate=baudrate,
        bytesize=bytesize,
        parity=parity,
        stopbits=stopbits,
        timeout=timeout
    )

    print(f"串口已打开：{ser.name}")

    # 发送数据
    while True:
        data = input("输入要发送的数据 (输入exit退出)：")
        if data.lower() == 'exit':
            break
        ser.write(data.encode('utf-8'))  # 字符串转二进制并发送
        print(f"已发送: {data}")

except Exception as e:
    print(f"错误: {e}")

finally:
    if 'ser' in locals() and ser.is_open:
        ser.close()
        print("串口已关闭")

2. 串口数据接收程序

import serial

# 配置参数（需与发送端一致）
config = {
    'port': 'COM2',      # 接收端串口号
    'baudrate': 9600,
    'bytesize': 8,
    'parity': 'N',
    'stopbits': 1,
    'timeout': None      # 阻塞模式等待数据
}

try:
    ser = serial.Serial(**config)
    print(f"监听串口: {ser.name}")

    while True:
        data = ser.read_until(b'\n')  # 读取直到换行符
        if data:
            decoded_data = data.decode('utf-8').strip()
            print(f"收到数据: {decoded_data}")

except KeyboardInterrupt:
    print("\n程序终止")

except Exception as e:
    print(f"错误: {e}")

finally:
    if 'ser' in locals() and ser.is_open:
        ser.close()
        print("串口已关闭")

三、实验过程分析

1. 硬件连接

• 设备A（发送端）：将串口的Tx引脚接设备B的Rx引脚，GND互连。
• 设备B（接收端）：确保使用正确的COM端口（Windows设备管理器查看）。
• 电压检查：用万用表测量Tx-GND电压（逻辑1：-3V~-15V，逻辑0：+3V~+15V）。

2. 参数配置一致性检查

• 双端需保持相同的通信参数：
  • 波特率误差 ≤ 5%（常用9600/115200）
  • 数据位（通常8位）
  • 停止位（通常1位）
  • 校验位（None/Even/Odd）

3. 数据传输流程

sequenceDiagram
    participant 发送端
    participant 接收端
    发送端->>接收端: 发送字节流(ASCII编码)
    接收端->>发送端: (可选)返回ACK响应

4. 典型问题分析

5. 关键调试技巧

1. 环回测试：短接Tx-Rx引脚自发自收，验证端口正常。
2. 示波器监控：观察波形时序和电平质量。
3. 十六进制显示：添加print(data.hex())检查原始数据。
4. 流量控制：若需硬件流控，启用rtscts=True参数。

四、实验结论

1. RS232通信成功的关键在于物理连接正确性和参数一致性。
2. 长距离传输时（>15米）需考虑信号衰减，建议使用RS485替代。
3. 现代嵌入式系统更倾向使用USB-CDC或TCP/IP协议，但RS232在工业控制中仍有不可替代性。
4. PySerial库提供跨平台操作支持，但Linux/macOS需注意端口权限（sudo chmod a+rw /dev/ttyXXX）。

扩展建议：实现Modbus协议可基于此框架扩展，添加CRC校验和功能码解析逻辑。