串口通信的原理及协议区别

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来源:电控知识搬运工




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。
     

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通信


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通信

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通信

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。

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。



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