串口通信的原理及协议区别

智能汽车电子与软件 2022-09-23 17:09

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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。