有线传输方式之串口通信

在之前的文章中小编介绍了什么是CAN总线，包括CAN总线的数据格式和通信特点等方面的内容，今天将分享串口通信相关知识内容。CAN总线、串口通信都属于比较常见的有线传输方式。

有线传输方式

第二期：串口通信

什么是串口通信？

串口通信（Serial Communication），是指外设和计算机之间通过数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式。

特点：数据位的传输按位顺序执行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传输速度慢。串口通信的距离可以从几米到几千米。

串口通信的数据格式

一个完整的串口数据格式包括起始位、数据位、校验位、停止位、波特率等几个参数。

起始位：起始位必须是持续一个bit时间的逻辑0电平，它标志传输一个字符的开始。接收端可通过起始位使自身时钟与发送端的数据同步。

数据位：数据位在起始位的后面，是串口通信的有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定，通常为8个bit。传输数据时先传输字符的低位，后传输字符的高位。

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。该位不是必须有的。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1位、1.5位或2位。必须是逻辑1电平，它标志传输一个字符的结束。

空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示传输线路处于空闲状态，串口空闲时处于高电平。

波特率：波特率是串口通信中最常用的重要参数。它指的是串口通信的速率，也就是串口通信时每秒钟可以传输多少个二进制位。例如波特率为9600，则说明每秒钟可以传输9600个二进制位，即传输一个二进制位需要的时间为1/9600秒。

电平标准

根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为TTL 标准及RS-232 标准，见下表。

我们知道常见的电子电路中常使用TTL的电平标准，理想状态下，使用5V表示二进制逻辑1，使用0V表示逻辑0；而RS232为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，它使用-15V 表示逻辑1，+15V 表示逻辑0。

因为控制器一般使用TTL电平标准，所以常常会使用MA3232芯片对TTL及RS-232电平的信号进行互相转换。

主要的串口通信方式

先简单了解下什么是单双工通讯。

单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输。

半双工：允许数据在两个方向上传输，但某一时刻只允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换方向的单工通信，不需要独立的接收端和发送端，两者可合并为一个端口。

全双工：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方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

串口通信主要分为RS232、RS422、RS485三种通信方式。

RS232

RS-232是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。全双工通信，需要地线、发送线和接收线三条线。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信，抗干扰能力较差，最远通信距离是50英尺。RS-232可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机、工业仪器仪表，也用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。

RS422

RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。采用全双工通讯方式，有4根信号线，收与发是分开的，可以同时进行收和发。RS-422接口的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。

RS-422使用差分信号以及非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号，对比RS-232，它能更好地抗噪声和有更远的传输距离，在工业环境中尤为适用。

RS485

RS-485采用半双工通讯方式，支持多点数据通信。因为它增加了设备的个数，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。RS-485具有出色抗噪和多设备能力，RS-485可用超过4000英尺的线进行串行通行。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。RS-422设备可以被RS-485控制。

串口通信问题排查

我们排查串口通信问题的方向基本为以下几部分，如图所示。