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串口通信基本原理介绍
一、什么是串口通信?
串行通信是指仅用一根接收线和一根发送线就能将数据以位进行传输的一种通
讯方式。尽管串行通信的速度比按字节传输的并行通信慢,但是串口可以在仅仅
使用两根线的情况下就能实现数据的传输。
典型的串口通信使用3根线完成,分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异
步的,所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信
最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。对于两个需要进行串口
通信的端口,这些参数必须匹配,这也是能够实现串口通讯的前提。
二、串口通信协议
最初数据是利用模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口出现了RS232
通信,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网
功能,这就促生了RS485通信。
我们知道串口通信的数据传输都是0和1,在单总线、I2C、UART中都
是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0,但这种信号线的
GND再与其他设备形成共地模式的通信,这种共地模式传输容易产生干
扰,并且抗干扰性能也比较弱。所以差分通信、支持多机通信、抗干扰
强的RS485通信就被广泛的使用了。
RS485通信最大特点就是传输速度可以达到10Mb/s以上,传输距离可
以达到3000米左右。大家需要注意的是虽然485最大速度和最大传输
距离都很大,但是传输的速度是会随距离的增加而变慢的,所以两者是
不可以兼得的。
三、串口通信的物理层
串口通信的物理层有很多标准,这里我们注意讲解RS232标准。
在上面的通讯方式中,两个通讯设备的在上面的通讯方式中,两个通讯设备的接口接口之间通过串口信号线建立起连
接,串口信号线中使用接,串口信号线中使用标准标准传输数据信号。由于RS-232电平标准的信
号不能直接被控制器直接识别,所以这些信号会经过一个号不能直接被控制器直接识别,所以这些信号会经过一个电平转换芯片电平转换芯片转换成
控制器能识别的控制器能识别的校准校准的电平信号,才能实现通讯。
下图为DB9标准串口通讯接口:
DB9引脚说明:
上表中的是计算机端的DB9公头标准接法,由于两个通讯设备之间的收发信号
(RXD与TXD)应交叉相连,所以调制调解器端的DB9母头的收发信号接法一般与
公头的相反,两个设备之间连接时,只要使用公头的相反,两个设备之间连接时,只要使用直通型直通型的串口线连接起来即可。
串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号,使用逻辑1表示信号有效,逻
辑0表示信号无效。例如,当计算机端控制DTR信号线表示为逻辑1时,它是
为了告知远端的调制调解器,本机已准备好接收数据,0则表示还没准备就绪。
四、波特率
波特率是指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变的次
数来表示;
比如波特率为9600bps;代表的就是每秒中传输9600bit,也就是相当
于每一秒中划分成了9600等份。
因此,那么每1bit的时间就是1/9600秒=104.1666...us。约0.1ms。既
然是9600等份,即每1bit紧接着下一个比特,不存在额外的间隔。两台设
备要想实现串口通讯,这收发端设置的波特率必须相同,否则是没办法实现
通讯的。
五、串口通信的数据结构
起始位:起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平,标志传输一
个字符的开始,接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。
数据位:数据位紧跟在起始位之后,是通信中的真正有效信息。数据位
的位数可以由通信双方共同约定。传输数据时先传送字符的低位,后传送字
符的高位。
奇偶校验位:奇偶校验位仅占一位,用于进行奇校验或偶校验,奇偶检
验位不是必须有的。如果是奇校验,需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑
高位;如果是偶校验,需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。
停止位:停止位可以是是1位、1.5位或2位,可以由软件
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