串口通信握手

串口通信與握手串口通信的基本概念1,什么是串口？2,什么是RS-232？3,什么是RS-422？4,什么是RS-485？5,什么是握手？1,什么是串口？串口是計算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議〔不要與通用串行總線UniversalSerialBus或者USB混淆〕?大多數(shù)計算機(jī)包含兩個基于RS232的串口?串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口.同時,串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù).串口通信的概念非常簡單，串口按位〔bit〕發(fā)送和接收字節(jié)?盡管比按字節(jié)〔byte〕的并行通信慢,但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù).它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信.比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時,規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米,并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言,長度可達(dá)1200米.典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸?通信使用3根線完成：〔1〕地線，〔2〕發(fā)送,〔3〕接收.由于串口通信是異步的,端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù).其他線用于握手,但是不是必須的.串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗.對于兩個進(jìn)行通行的端口,這些參數(shù)必須匹配：波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)?它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)?例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit.當(dāng)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4800波特率，那么時鐘是4800Hz.這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz.通常線的波特率為14400,28800和36600?波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)備的通信.數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)?當(dāng)計算機(jī)發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的,標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位.如何設(shè)置取決于你想傳送的信息.比如,標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0?127〔7位〕?擴(kuò)展的ASCII碼是0?255〔8位〕?如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本〔標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼〕,那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù).每個包是指一個字節(jié),包括開始/停止位,數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位.由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取,術(shù)語"包"指任何通信的情況.C,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(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的,并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘,很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步.因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束,并且提供計算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會.適用于停止位的位數(shù)越多,不同時鐘同步的容忍程度越大,但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢.d,奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式?有四種檢錯方式：偶、奇、高和低.當(dāng)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(shè)置校驗位〔數(shù)據(jù)位后面的一位〕,用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位.例如,如果數(shù)據(jù)是011,那么對于偶校驗,校驗位為0,保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個.如果是奇校驗,校驗位位1,這樣就有3個邏輯高位.高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù),簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗.這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài),有機(jī)會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步.2,什么是RS-232?RS-232〔ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)〕是IBM-PC與其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)?可用于許多用途,比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem,同時也可以接工業(yè)儀器儀表.用于驅(qū)動和連線的改進(jìn)，實際應(yīng)用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標(biāo)準(zhǔn)的值.RS-232只限于PC串□和設(shè)備間點對點的通信.RS-232串□通信最遠(yuǎn)距離是50英尺.DB-9針連接頭從計算機(jī)連出的線的截面.RS-232針腳的功能：數(shù)據(jù)：TXD〔pin3:串□數(shù)據(jù)輸出RXD〔pin23:串□數(shù)據(jù)輸入握手:RTS〔pin7〕:發(fā)送數(shù)據(jù)請求CTS〔pin8〕:清除發(fā)送DSR〔pin6〕:數(shù)據(jù)發(fā)送就緒DCD〔pin1〕:數(shù)據(jù)載波檢測DTR〔pin4〕:數(shù)據(jù)終端就緒地線:GND〔pin5〕:地線其他RI〔pin9〕:鈴聲指示3,什么是RS-422?RS-422〔EIARS-422-AStandard〕是Apple的Macintosh計算機(jī)的串□連接標(biāo)準(zhǔn).RS-422使用差分信號,RS-232使用非平衡參考地的信號.差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號，對比RS-232,它能更好的抗噪聲和有更遠(yuǎn)的傳輸距離.在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個很大的優(yōu)點.4,什么是RS-485？RS-485〔EIA-485標(biāo)準(zhǔn)〕是RS-422的改進(jìn)，因為它增加了設(shè)備的個數(shù)，從10個增加到32個,同時定義了在最大設(shè)備個數(shù)情況下的電氣特性,以保證足夠的信號電壓?有了多個設(shè)備的能力,你可以使用一個單個RS-422口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)?出色抗噪和多設(shè)備能力,在工業(yè)應(yīng)用中建立連向PC機(jī)的分布式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或者其他操作時，串行連接會選擇RS-485.RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設(shè)備可以被RS-485控制.RS-485可以用超過4000英尺的線進(jìn)行串行通行.DB-9引腳連接從計算機(jī)連出的線的截面.RS-485和RS-422的引腳的功能數(shù)據(jù)：TXD+〔pin8〕，TXD-〔pin9〕，RXD+〔pin4〕，RXD-〔pin5〕握手：RTS+〔pin3〕,RTS-〔pin7〕,CTS+〔pin2〕,CTS-〔pin6〕地線：GND〔pin1〕5,什么是握手？RS-232通行方式允許簡單連接三線：Tx、Rx和地線?但是對于數(shù)據(jù)傳輸，雙方必須對數(shù)據(jù)定時采用使用相同的波特率.盡管這種方法對于大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)足夠,但是對于接收方過載的情況這種使用受到限制.這時需要串口的握手功能.在這一部分,我們討論三種最常用的RS-232握手形式：軟件握手、硬件握手和Xmodem.a,軟件握手：我們討論的第一種握手是軟件握手?通常用在實際數(shù)據(jù)是控制字符的情況，類似于GPIB使用命令字符串的方式?必須的線仍然是三根：Tx,Rx和地線，因為控制字符在傳輸線上和普通字符沒有區(qū)別，函數(shù)SetXModem允許用戶使能或者禁止用戶使用兩個控制字符XON和OXFF?這些字符在通信中由接收方發(fā)送,使發(fā)送方暫停.例如：假設(shè)發(fā)送方以高波特率發(fā)送數(shù)據(jù)?在傳輸中，接收方發(fā)現(xiàn)由于CPU忙于其他工作，輸入buffer已經(jīng)滿了?為了暫時停止傳輸，接收方發(fā)送XOFF,典型的值是十進(jìn)制19,即十六進(jìn)制13,直到輸入buffer空了?一旦接收方準(zhǔn)備好接收,它發(fā)送XON,典型的值是十進(jìn)制17,即十六進(jìn)制11,繼續(xù)通信?輸入buffer半滿時丄abWindows發(fā)送XOFF.此外，如果XOFF傳輸被打斷丄abWindows會在buffer達(dá)到75%和90%時發(fā)送XOFF.顯然,發(fā)送方必須遵循此守則以保證傳輸繼續(xù).b,硬件握手：第二種是使用硬件線握手?和Tx和Rx線一樣,RTS/CTS和DTR/DSR一起工作,一個作為輸出，另一個作為輸入?第一組線是RTS(RequesttoSend〕和CTS(CleartoSend〕?當(dāng)接收方準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù),它置高RTS線表示它準(zhǔn)備好了，如果發(fā)送方也就緒，它置高CTS,表示它即將發(fā)送數(shù)據(jù)?另一組線是DTRtDataTerminalReady〕和DSR〔DataSetReady〕.這些現(xiàn)主要用于Modem通信.使得串口和Modem通信他們的狀態(tài).例如：當(dāng)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好接收來自PC的數(shù)據(jù)，它置高DTR線,表示和 線的連接已經(jīng)建立?讀取DSR線置高,PC機(jī)開始發(fā)送數(shù)據(jù)?一個簡單的規(guī)則是DTR/DSR用于表示系統(tǒng)通信就緒，而RTS/CTS用于單個數(shù)據(jù)包的傳輸.在LabWindows,函數(shù)SetCTSMode使能或者禁止使用硬件握手.如果CTS模式使能丄abWindows使用如下規(guī)則：當(dāng)PC發(fā)送數(shù)據(jù)：RS-232庫必須檢測CTS線高后才能發(fā)送數(shù)據(jù).當(dāng)PC接收數(shù)據(jù)：如果端口打開，且輸入隊列有空接收數(shù)據(jù)，庫函數(shù)置高RTS和DTR.如果輸入隊列90%滿，庫函數(shù)置低RTS,但使DTR維持高電平.如果端口隊列近乎空了，庫函數(shù)置高RTS，但使DRT維持高電平.如果端口關(guān)閉，庫函數(shù)置低RTS和DTR.c,XModem握手：最后討論的握手叫做XModem文件傳輸協(xié)議.這個協(xié)議在Modem通信中非常通用.盡管它通常使用在Modem通信中,XModem協(xié)議能夠直接在其他遵循這個協(xié)議的設(shè)備通信中使用?在LabWindows中,實際的XModem應(yīng)用對用戶隱藏了?只要PC和其他設(shè)備使用XModem協(xié)議，在文件傳輸中就使用LabWindows的XModem函數(shù).函數(shù)是XModemConfig,XModemSend和XModemReceive.XModem使用介于如下參數(shù)的協(xié)議：start_of_data、end_of_data、neg_ack、wait_delay、start_delay、max_tries、packet_size.這些參數(shù)需要通信雙方認(rèn)定,標(biāo)準(zhǔn)的XModem有一個標(biāo)準(zhǔn)的定義：然而，可以通過XModemConfig函數(shù)修改,以滿足具體需要?這些參數(shù)的使用方法由接收方發(fā)送的字符neg_ack確定?這通知發(fā)送方其準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù).它開始嘗試發(fā)送，有一個超時參數(shù)start_delay；當(dāng)超時的嘗試超過max_ties次數(shù)，或者收到接收方發(fā)送的start_of_data,發(fā)送方停止嘗試.如果從發(fā)送方收到start_of_data，接收方將讀取后繼信息數(shù)據(jù)包?包中含有包的數(shù)目、包數(shù)目的補碼作為錯誤校驗、packet_size字節(jié)大小的實際數(shù)據(jù)包,和進(jìn)一步錯誤檢查的求和校驗值?在讀取數(shù)據(jù)后,接收方會調(diào)用wait_delay,然后想發(fā)送方發(fā)送響應(yīng).如果發(fā)送方?jīng)]有收到響應(yīng),它會重新發(fā)送數(shù)據(jù)包,直到收到響應(yīng)或者超過重發(fā)次數(shù)的最大值max_tries.如果一直沒有收到響應(yīng)，發(fā)送方通知用戶傳輸數(shù)據(jù)失敗.由于數(shù)據(jù)必須以pack_size個字節(jié)按包發(fā)送，當(dāng)最后一個數(shù)據(jù)包發(fā)送時，如果數(shù)據(jù)不夠放滿一個數(shù)據(jù)包，后面會填充ASCII碼NULL(0〕字節(jié)?這導(dǎo)致接收的數(shù)據(jù)比原數(shù)據(jù)多?在XModem情況下一定不要使用XON/XOFF,因為XModem發(fā)送方發(fā)出包的數(shù)目很可能增加到XON/OFF控制字符的值，從而導(dǎo)致通信故障.串口通信握手協(xié)議--XON/XOFF方法假設(shè)電腦A和電腦B通過RS232串口通信A和B協(xié)商使用軟件握手協(xié)議<dcb.fOutX=TRUE〉，定義XonChar/XoffChar比如XonChar=1,XoffChar=2.現(xiàn)在,A向B發(fā)送字符2,B向A發(fā)送字符串"helloworld".A能收到字符串"helloworld"嗎？不行的.B向A發(fā)送字符1后,A將會收到字符串"helloworld".問題：是A向B發(fā)XoffChar?還是B向A發(fā)XoffChar?舉個形像例子，李四有很多書，現(xiàn)在一本本的傳遞給張三，張三突然要去廁所，想李四暫停一會兒，于是張三對李四說："暫停！"，李四聽到后，就停下來不再把書傳給張三."張三"就是通信的接收端，"李四"是通信的發(fā)送端.XoffChar的傳送方向是接收端 >發(fā)送端當(dāng)張三從廁所回來后，對李四說："我回來了，開始吧"?于是，李四把剩余的書一本一本的傳遞給張三.同理,XonChar的傳送方向也是接收端 >發(fā)送端.問題：發(fā)送端接收到XoffChar之后,還沒有發(fā)送成功的字符由誰保管？答：操作系統(tǒng).串口發(fā)送信息使用WriteFilev>,如果是overlap方式，發(fā)送端收到XoffChar后,WriteFilev>會返回FAILE,GetLastErrorv〉==ERROR_IO_PENDING.如果是非overlap方式，程序會在WriteFilev>在停下來，等待發(fā)送成功，當(dāng)然，還要考慮到Timeout的設(shè)置.接下來繼續(xù)深入WriteFile的Overlap原理.RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(ElectronicIndustryAssociation〕制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)?采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小,通信距離可以增加.傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,因此一般用于20m以內(nèi)的通信.RS-232C規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的,所以它的電平不是+5V和地，而是采用負(fù)邏輯,即邏輯"0"：+5V?+15V；邏輯"1"：-5V?-15V.[TTL電平：邏輯"0：v0.4V；邏輯"1"：+3V?+5V]因此,RS-232C不能和TTL電平直接相連，使用時必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞,實際應(yīng)用時必須注意！一種常用的電平轉(zhuǎn)換電路是使用MAX232一:9針串口〔DB9〕常用信號腳說明1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSRk7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELLW二:.RS232C串口通信接線方法〔三線制〕首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn)：同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連?同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連對9針串口和25針串口，均是2與3直接相連；?兩個不同串口〔不論是同一臺計算機(jī)的兩個串口或分別是不同計算機(jī)的串口〕上面表格是對微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù),只要記住一個原則：接收數(shù)據(jù)針腳〔或線〕與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳〔或線〕相連,彼此交叉,信號地對應(yīng)相接,就能百戰(zhàn)百勝.三：串口通訊流控制Z我們在串行通訊處理中,常常看到RTS/CTSXON/XOFF這兩個選項,這就是兩個流控制的選項,目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對普通RS232編程,了解一點這方面的知識是有好處的?那么，流控制在串行通訊中有何作用,在編制串行通訊程序怎樣應(yīng)用呢？這里我們就來談?wù)勥@個問題.流控制在串行通訊中的作用這里講到的"流",當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流.數(shù)據(jù)在兩個串口之間傳輸時,常常會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,或者兩臺計算機(jī)的處理速度不同,如臺式機(jī)與單片機(jī)之間的通訊,接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿,則此時繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會丟失.現(xiàn)在我們在網(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個問題就尤為突出?流控制能解決這個問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時,就發(fā)出"不再接收"的信號,發(fā)送端就停止發(fā)送,直到收到"可以繼續(xù)發(fā)送"的信號再發(fā)送數(shù)據(jù).因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)程,防止數(shù)據(jù)的丟失.PC機(jī)中常用的兩種流控制是硬件流控制〔包括RTS/CTS、DTR/CTS等〕和軟件流控制XON/XOFF〔繼續(xù)/停止〕，下面分別說明.硬件流控制硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒〕流控制.硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS〔請求發(fā)送/清除發(fā)送〕流控制時，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對應(yīng)相連,數(shù)據(jù)終端設(shè)備〔如計算機(jī)〕使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流,而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備〔如調(diào)制解調(diào)器〕則用CTS來起動和暫停來自計算機(jī)的數(shù)據(jù)流.這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個高位標(biāo)志