串口通信協(xié)議

1、1串口Universal串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal2串行通信的傳輸方向單工單工是指數據傳輸僅能沿一個方向，不能實現反向傳輸。半雙工半雙工是指數據傳輸可以沿兩個方向，但需要分時進行。全雙工是指數據可以同時進行雙向傳輸。全雙工全雙工全雙工是指數據可以同時進行雙向傳輸。全雙工3重要參數串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配。波特率這是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要480

2、0波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數據線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。常用的波特率有,1200，2400,4800,9600,19200,38400,115200等。數據位這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發(fā)送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0127（7位）。擴展的ASCII碼是0255（8位）。如果數據使用簡單

3、的文本（標準ASCII碼），那么每個數據包使用7位數據。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。由于實際數據位取決于通信協(xié)議的選取，術語“包”指任何通信的情況。停止位用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數據傳輸率同時也越慢。奇偶校驗位了通信或者是否傳輸和接收數據是否不同步。4RS-232/422/485標準在串口通信中一種簡單的檢錯方式

4、。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數據位后面的一位），用一個值確保傳輸的數據有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數據是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗，校驗位位1了通信或者是否傳輸和接收數據是否不同步。4RS-232/422/485標準RS-232、RS-422與RS-485最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的。RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E,作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。RS-422是由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出

5、的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kbps時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前

6、綴，所以在通訊工業(yè)領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。但由于PC上的串行數據通訊是通過UART芯片（較老版本的PC采用I8250芯片或Z8530芯片）來處理的，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數據單元的格式（8-N-1格式）：1位邏輯0的起始位，6/7/8位數據位，1位可選擇的奇（ODD）/（禺（EVEN）校驗位，1/2位邏輯1的停止位?；赑C的RS-232、RS-422與RS-485標準均采用同樣的通訊協(xié)議。4.1RS-232標準RS-232被定義為一種

7、在低速率、近距離串行通訊的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。RS-232的電氣標準：電平為邏輯“0”時：+3V+15V；電平為邏輯“1”時：-3V-15V；未定義區(qū)：3V+3V。在此區(qū)域內的信號處理將由通訊接口的RS-232收發(fā)器決定。.2RS-485標準電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1983年制訂并發(fā)布RS-485標準，并經通訊工業(yè)協(xié)會（TIA）修訂后命名為TIA/EIA-485-A,習慣地稱之為RS-485標準。RS-485標準是為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點而產生的。RS-485標準只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應用層通信協(xié)

8、議。RS-485標準與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式（DifferentialDriverMode）,也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A,另一線定義為B,如圖所示。的T27鬲常發(fā)送器示意圖通常情況下，發(fā)送發(fā)送器A、B之間的正電平在+2+6V,是一個邏輯狀態(tài)；負電平在-2-6V,是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C。在RS-485器件中，一般還有一個使能控制信號。使能信號用于控制發(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當使能端起作用時，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作第三態(tài)，它是有別于邏輯1與0的第三種狀態(tài)。對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將

9、A-A與B-B對應相連。當在接收端A-B之間有大于+200mV的電平時，輸出為正邏輯電平；小于-200mV時，輸出為負邏輯電平。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常任OOmV至6V之間。參見下圖所示。接收器示意圖定義邏輯1（正邏輯電平）為BA的狀態(tài)，邏輯0（負邏輯電平）為AB的狀態(tài)，A、B之間的壓差不小于200mV。接線方式RS232通訊連接方式示意圖5.2RS485通訊連接方式示意圖25.2RS485通訊連接方式示意圖2臺連接方式：多臺連接組成主從網絡：多臺連接組成主從網絡：主設A備主設A備B1A從設B備!a從設B備AA從設B備6通信方式演示.1RS232通信演示通過串口助手實現演示全雙

10、工串口設置6.2RS485通信演示通過485助手和地址表軟件模擬演示半雙工串口設置地址表從機地址ModBus上層協(xié)議RS485通訊協(xié)議RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議；因此，用戶需要在RS-485應用網絡的基礎上建立自己的應用層通信協(xié)議。很多具有RS-485接口電路的用戶設備采用自己制定的簡單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus協(xié)議（AscII/RTU模式）中的一部分功能；ModBus通訊協(xié)議Modbus協(xié)議已經成為一種通用工業(yè)標準。Modbus在串行鏈路上的協(xié)議幀格式如下所示：ModbusADU地址域（8bit）功能碼（8bit）數據域（n*8bit）CR

11、C域（16bit）MModbusPDUModbus協(xié)議幀格式PDU：Modbus的一個簡單協(xié)議數據單元；ADU：Modbus在總線或者網絡上的應用數據單元。Modbus協(xié)議使用主從通信技術，采用查詢-回應形式實現通信，主機可對各從機尋址，發(fā)出廣播信息，從機返回信息作為對查詢的響應，具體過程如下所示：Modbus查詢-回應形式通信當通信或者操作出錯的時候，從機同樣會給主機回應異常幀，其格式和正常響應的數據格式相似，只是回應時的功能碼和數據響應區(qū)域變成Modbus定義的異常功能碼和異常碼。Modbus協(xié)議支持兩種數據傳輸模式：ASCII格式和RTU格式，控制器主要采用RTU模式實現數據傳輸。在RT

12、U傳輸模式下Modbus信息幀格式如下所示：RTU傳輸模式下Modbus信息幀格式起始位設備地址功能碼數據CRC結束符三3.5字符8bit8bitN*8bit16bit三3.5字符CRC區(qū)域為循環(huán)冗余錯誤校驗區(qū)，采用CRC-16校驗，傳輸時先是CRC低字節(jié)，然后是CRC高字節(jié)；在RTU模式下每個字節(jié)傳輸是從最低位到最高位（即LSB-MSB）連續(xù)傳輸。地址表參照普樂特標準地址表來描述地址表含義。命令字普樂特地址表主要涉及到協(xié)議中的03和06命令幀。03查詢幀查詢幀主要用來查詢讀取一個或者連續(xù)多個指定寄存器的值。舉例如下：查詢幀：010300000002c40b01從機（從站）地址03功能碼00起

13、始寄存器高位00起始寄存器低位00寄存器個數高位02寄存器個數低位C4CRC校驗低位0bCRC校驗高位該條查詢指令意義：讀取地址為1的從站數據，所查詢數據從寄存器0000H開始，查詢2個寄存器的值，也即查詢地址為0000H和0001H兩個寄存器的值。響應幀：01030400060005da3101從機（從站）地址03功能碼04字節(jié)總個數00數值（0000H）高位06數值（0000H）低位00數值（0001H）高位05數值（0001H）低位daCRC校驗低位31CRC校驗高位該條查詢指令意義：從站響應查詢幀，一共返回4個字節(jié)的查詢結果（地址表中一個寄存器2個字節(jié)，所以查詢兩個寄存器就會返回4個字節(jié)），其中0000H寄存器的值為0006H,0001H寄存器的值為0005H。06命令幀06命令幀主要用來寫一個單個寄存器，也即給從站發(fā)送控制指令或者改變從站地址表的某些數值。主機命令字：110600010