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串口的基本原理
1 串口通讯
串口通讯（Serial Communication），是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。
串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。
2 串口通讯的数据格式
一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。
每一个字符的前面都有一位起始位（低电平），字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在进行传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。
3 通讯方式
单工模式（Simplex Communication）的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。
半双工模式（Half Duplex）通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。
全双工模式（Full Duplex）通信允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。
显然，在其它参数都一样的情况下，全双工比半双工传输速度要快，效率要高。
4 偶校验与奇校验
在标准ASCII码中，其最高位（b7）用作奇偶校验位。所谓奇偶校验，是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法，一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数，若非奇数，则在最高位b7添1；偶校验规定：正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数，若非偶数，则在最高位b7添1。
5 停止位
停止位是按长度来算的。串行异步通信从计时开始，以单位时间为间隔（一个单位时间就是波特率的倒数），依次接受所规定的数据位和奇偶校验位，并拼装成一个字符的并行字节；此后应接收到规定长度的停止位“1”。所以说，停止位都是“1”，1.5是它的长度，即停止位的高电平保持1.5个单位时间长度。一般来讲，停止位有1，1.5，2个单位时间三种长度。
6 波特率
波特率就是每秒钟传输的数据位数。
波特率的单位是每秒比特数（bps），常用的单位还有：每秒千比特数Kbps，每秒兆比特数Mbps。串口典型的传输波特率600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。
PLC/PC与称重仪表通讯时，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或仪表与大屏幕通讯时，最常用的波特率是600bps。
7 典型的串口通讯标准
EIA RS232（通常简称“RS232”）： 1962年由美国电子工业协会（EIA）制定。
EIA RS485（通常简称“RS485”）： 1983年由美国电子工业协会（EIA）制定。
8 RS232串口
RS232是计算机与通信工业应用中最广泛一种串行接口。它以全双工方式工作，需要地线、发送线和接收线三条线。RS232只能实现点对点的通信方式。
8.1 RS232串口缺点
●接口信号电平值较高，接口电路芯片容易损坏。
●传输速率低，最高波特率19200bps。
●抗干扰能力较差。
●传输距离有限，一般在15m以内。
●只能实现点对点的通讯方式。
8.2 RS232串口接口定义
RXD：接收数据，TXD：发送数据，GND/SG：信号地。
8.3 电脑DB9针接口定义
电脑DB9针接口是常见的RS232串口，其引脚定义如下：
2号脚：RXD（接收数据）
3号脚：TXD（发送数据）
5号脚：SG或GND（信号地）
其它脚：我们不用
电脑RS232串口与仪表串口连接图：
9 RS485串口
9.1 RS485串口特点
●RS485采用平衡发送和差分接收，具有良好的抗干扰能力，信号能传输上千米。
●RS485有两线制和四线制两种接线。采用四线制时，只能实现点对多的通讯（即只能有一个主设备，其余为从设备）。四线制现在很少采用，现在多采用两线制接线方式。
●两线制RS485只能以半双式方式工作，收发不能同时进行。
●RS485在同一总线上最多可以接32个结点，可实现真正的多点通讯，但一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
●因RS485接口具有良好的抗干扰能力，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。
10 串口通讯硬件常见的注意事项
●通讯电缆端子一定接牢，不可有任何松动，否则，可能会烧坏仪表或上位机的通讯板。
●不可带电拔插通讯端子，否则，可能会烧坏仪表或上位机的通讯板，一定要关闭仪表电源后才能去拔插通讯端子或接通讯线。
●通讯用的屏蔽电缆最好选用双层隔离型屏蔽电缆，其次选用单层屏蔽电缆，最好不要选用无屏蔽层的电缆，且电缆屏蔽层一定要能完全屏蔽，有些质量差的电缆，屏蔽层很松散，根本起不到屏蔽的作用。单层屏蔽的电缆屏蔽层应一端接地，双层屏蔽的电缆屏蔽层其外层（含铠装）应两端接地，内层屏蔽则应一端接地。
●仪表使用RS232通讯时，通讯电缆长度不得超过15米。
●一般RS485协议的接头没有固定的标准，可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可能不尽相同，用户可以查阅相关产品RS485的引脚图。
●RS485通讯电缆最好选用阻阬匹配、低衰减的RS485专用通讯电缆（双绞线），不要使用普通的双绞电缆或质量较差的通讯电缆。因为普通电缆或质量差的通讯电缆，可能阻抗不匹配、衰减大、绞合度不够、屏蔽层太松散，这样会导致干扰将非常大，会造成通讯不畅，甚至通讯不上。
●仪表使用RS485通讯时，每台仪表必须手牵手地串下去，不可以有星型连接或者分叉，如果有星型连接或者分叉，干扰将非常大，会造成通讯不畅，甚至通讯不上。
●485总线结构理论上传输距离达到1200米，一般是指通讯线材优质达标，波特率9600，只有一台485设备才能使得通讯距离达到1200米，而且能通讯并不代表每次通讯都正常，所以通常485总线实际的稳定通讯距离远远达不到1200米。负载485设备多，线材阻抗不同时，通讯距离更短。
●仪表使用RS485通讯时，必要时，请接入终端电阻，以增强系统的抗干扰性，典型的终端电阻阻值是120欧。
11 串口通讯软件设置要点
11.1 有关通讯的一些基本概念
●主机与从机：在通讯系统中起主要作用、发布主要命令的称为主机，接受命令的称为从机。
●连续方式：指主机不需要发布命令，从机就能自动地向主机发送数据。
●指令方式：指主机向从机发布命令，从机根据指令执行动作，并将结果“应答”给主机的模式。
●输出数据类型：指在连续方式通讯时，从机输出给主机的数据类型。
●通讯协议：指主机与从机通讯时，按哪一种编码规则来通讯。
●波特率：主从机之间通讯的速度。
●数据位：每次传输数据时，数据由几位组成。
●校验位：数据传输错误检测，可以是奇校验、偶校验或无校验。
●地址：每一台从机的编号。
11.2 主从机之间通讯设置要点
●要点一：主/从RS232/485硬件有无设置正确，通讯线有无接对。有些通讯板卡是RS422与RS485共用的，依靠板上跳线来实现的，有些仪表RS232/485也需要通讯跳线来实现。
●要点二：主机上的通讯端口有无设置正确；超时（一般设置为2s）、通讯延时（一般设置为5～20ms）、ACK信号延时（一般设置为0ms）有无设置正确。
●要点三：主/从机通讯协议有无选择正确。
●要点四：主/从机波特率有无选择正确。
●要点五：主/从机数据位有无选择正确。数据位可以选择7位，8位。
●要点六：主/从机校验位有无选择正确。校验位一般可选择偶校验、奇校验、无校验。
●要点七：主/从机停止位有无选择正确。停止位可以选择1位、1.5位还是2位。
●要点八：从机地址有无选择正确。
●要点九：主/从机的通讯方式有无选择正确。
进行通讯测试的时候经常会进行线路测试，测试所用的串口线是否可用，方法有二如下：
1》 把串口线接到不同的串口，用串口调试工具从一个串口发数据，另一个能正常收到说明串口线是OK的。
2》 把串口线的一端短接（用金属把2，3号脚连通），用万用表测另一端的2，3号如果正常的话会有嘀嘀的短接报警声。
二、linux下串口的基本操作
1、串口的操作
1.1打开：fd = open（“/dev/ttySAC1”， O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY）;
O_RDWR 读写方式打开；
O_NOCTTY 不允许进程管理串口（不太理解，一般都选上）；
O_NDELAY 非阻塞（默认为阻塞，打开后也可以使用fcntl（）重新设置）
1.2写入：n = write（fd， “linux”， 5）;
n实际写入字节数；
1.3读取：res = read（fd，buf，len）;
res 读取的字节数；
1.4设置：fcntl（fd， F_SETFL， FNDELAY）; //非阻塞
fcntl（fd， F_SETFL， 0）; // 阻塞
1.5关闭：close（fd）;
2、串口配置
struct termios options; // 串口配置结构体
tcgetattr（fd，&options）; //获取当前设置
bzero（&options，sizeof（options））;
options.c_cflag |= B115200 | CLOCAL | CREAD; // 设置波特率，本地连接，接收使能
options.c_cflag &= ~CSIZE; //屏蔽数据位
options.c_cflag |= CS8; // 数据位为 8 ，CS7 for 7
options.c_cflag &= ~CSTOPB; // 一位停止位， 两位停止为 |= CSTOPB
options.c_cflag &= ~PARENB; // 无校验
//options.c_cflag |= PARENB; //有校验
//options.c_cflag &= ~PARODD // 偶校验
//options.c_cflag |= PARODD // 奇校验
options.c_cc［VTIME］ = 0; // 等待时间，单位百毫秒 （读）。后有详细说明
options.c_cc［VMIN］ = 0; // 最小字节数 （读）。后有详细说明
tcflush（fd， TCIOFLUSH）; // TCIFLUSH刷清输入队列。
TCOFLUSH刷清输出队列。
TCIOFLUSH刷清输入、输出队列。
tcsetattr（fd， TCSANOW， &options）; // TCSANOW立即生效；
TCSADRAIN：Wait until everything has been transmitted；
TCSAFLUSH：Flush input and output buffers and make the change
3、VTIME 和 VMIN
VTIME 定义要求等待的零到几百毫秒的值（通常是一个8位的unsigned char变量）。
VMIN 定义了要求等待的最小字节数， 这个字节数可能是0。
只有设置为阻塞时这两个参数才有效，仅针对于读操作。
说起来比较复杂，举个例子吧，设置为阻塞状态，写操作未进行实验，这里仅讨论读操作，
read（fd，&buf，8）; // 读串口
3.1
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 0;
VMIN = 0，当缓冲区字节数 》= 0 时进行读操作，实际上这时读串口操作并未被阻塞，因为条件始终被满足。
3.2
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 1;
VMIN = 1，当缓冲区字节数 》= 1 时进行读操作，当没有数据时读串口操作被阻塞。
3.3
options.c_cc［VTIME］ = 0;
options.c_cc［VMIN］ = 4;
VMIN = 4，当缓冲区字节数 》= 4 时进行读操作，否则读串口操作被阻塞。每次读出的最大字节数由read函数中第三个参数决定。直到缓冲区剩下的数据《 read 第三个参数 并且《 4 （如果这时read第三参数为 1 则进行4次读操作直至读完缓冲区，如read第三参数为2，连续进行读操作，直至缓冲区空或还剩一个字符）。没有设置VTIME，剩下的字符没有确定的期限，直到下次满足读条件的时候才被读出。
----------------------------------考虑VTIME-----------------------------
3.4
options.c_cc［VTIME］ = 10; //单位百毫秒
options.c_cc［VMIN］ = 4;
同3.3的区别就是，没满足条件或读缓冲区中剩下的数据会在1秒（10百毫秒）后读出。另外特别注意的是当设置VTIME后，如果read第三个参数小于VMIN ，将会将VMIN 修改为read的第三个参数，即使用read（fd，&buf，2）;，以上设置变为：
options.c_cc［VTIME］ = 10;
options.c_cc［VMIN］ = 2;
1》打开串口函数open_port（）中要实现的函数：
（1）open（“/dev/ttys0”，O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY）;/*打开串口0*/
（2）fcntl（fd，F_SETFL，0）/*恢复串口为阻塞状态*/
（3）isatty（STDIN_FILENO） /*测试是否为中断设备 非0即是中断设备*/
2》 配置串口参数函数set_opt（）中要实现的函数：
（1）保存原先有串口配置
tcgetattr（fd，&oldtio）;
（2）先将新串口配置清0
bzore（&newtio，sizeof（newito））;
（3）激活选项CLOCAL和CREAD 并设置数据位大小
newtio.c_cflag |=CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
newtio.c_cflag |=CS8;
（4）设置奇偶校验
奇校验：
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
偶校验：
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
newtio.c_cflag |= PAREND;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
无奇偶校验：
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
（5） 设置停止位
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB; /*停止位为1*/
newtio.c_cflag |= CSTOPB;/*停止位为0*/
（6）设置波特率：
cfsetispeed（&newtio，B115200）;
cfsetospeed（&newtio，B115200）;
（7）设置等待时间和最小接受字符：
newtio.c_cc［VTIME］ = 0;
newtio.c_cc［VMIN］ = 0;
（8）处理为接收字符：
tcflush（fd，TCIFLUSH）;
（9）激活新配置：
tcsetattr（fd，TCSANOW，&newtio）;
3.读写串口
write（fd，buff，8）;
read（fd，buff，8）;
三、串口编程实例：
［cpp］ view plain copy#include 《stdio.h》
#include 《string.h》
#include 《sys/types.h》
#include 《errno.h》
#include 《sys/stat.h》
#include 《fcntl.h》
#include 《unistd.h》
#include 《termios.h》
#include 《stdlib.h》
int set_opt（int fd，int nSpeed， int nBits， char nEvent， int nStop）
{
/* 五个参量 fd打开文件 speed设置波特率 bit数据位设置 neent奇偶校验位 stop停止位 */
struct termios newtio，oldtio;
if （ tcgetattr（ fd，&oldtio） ！= 0） {
perror（“SetupSerial 1”）;
return -1;
}
bzero（ &newtio， sizeof（ newtio ） ）;
newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;
newtio.c_cflag &= ~CSIZE;
switch（ nBits ）
{
case 7：
newtio.c_cflag |= CS7;
break;
case 8：
newtio.c_cflag |= CS8;
break;
}
switch（ nEvent ）
{
case ‘O’：
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag |= PARODD;
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
break;
case ‘E’：
newtio.c_iflag |= （INPCK | ISTRIP）;
newtio.c_cflag |= PARENB;
newtio.c_cflag &= ~PARODD;
break;
case ‘N’：
newtio.c_cflag &= ~PARENB;
break;
}
switch（ nSpeed ）
{
case 2400：
cfsetispeed（&newtio， B2400）;
cfsetospeed（&newtio， B2400）;
break;
case 4800：
cfsetispeed（&newtio， B4800）;
cfsetospeed（&newtio， B4800）;
break;
case 9600：
cfsetispeed（&newtio， B9600）;
cfsetospeed（&newtio， B9600）;
break;
case 115200：
cfsetispeed（&newtio， B115200）;
cfsetospeed（&newtio， B115200）;
break;
default：
cfsetispeed（&newtio， B9600）;
cfsetospeed（&newtio， B9600）;
break;
}
if（ nStop == 1 ）
newtio.c_cflag &= ~CSTOPB;
else if （ nStop == 2 ）
newtio.c_cflag |= CSTOPB;
newtio.c_cc［VTIME］ = 0;
newtio.c_cc［VMIN］ = 0;
tcflush（fd，TCIFLUSH）;
if（（tcsetattr（fd，TCSANOW，&newtio））！=0）
{
perror（“com set error”）;
return -1;
}
printf（“set done！ ”）;
return 0;
}
int open_port（int fd，int comport）
{
/* fd 打开串口 comport表示第几个串口 */
char *dev［］={“/dev/ttyS0”，“/dev/ttyS1”，“/dev/ttyS2”};
long vdisable;
if （comport==1）
{ fd = open（ “/dev/ttyS0”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can‘t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS0 。。.。。 ”）;
}
else if（comport==2）
{ fd = open（ “/dev/ttyS1”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can’t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS1 。。.。。 ”）;
}
else if （comport==3）
{
fd = open（ “/dev/ttyS2”， O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY）;
if （-1 == fd）{
perror（“Can‘t Open Serial Port”）;
return（-1）;
}
else
printf（“open ttyS2 。。.。。 ”）;
}
if（fcntl（fd， F_SETFL， 0）《0）
printf（“fcntl failed！ ”）;
else
printf（“fcntl=%d ”，fcntl（fd， F_SETFL，0））;
if（isatty（STDIN_FILENO）==0）
printf（“standard input is not a terminal device ”）;
else
printf（“isatty success！ ”）;
printf（“fd-open=%d ”，fd）;
return fd;
}
int main（void）
{
int fd;
int nread，i;
char buff［］=“Hello ”;
if（（fd=open_port（fd，1））《0）{
perror（“open_port error”）;
return;
}
if（（i=set_opt（fd，115200，8，’N‘，1））《0）{
perror（“set_opt error”）;
return;
}
printf（“fd=%d ”，fd）;
// fd=3;
nread=read（fd，buff，8）;
printf（“nread=%d，%s ”，nread，buff）;
close（fd）;
return;
}
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