硬件基礎：理解串口通信以及232，485，422常見問題

這里并不對串口的編程作講解，主要是從應用的角度去講一講。因為更多的時候，都是產品做好了，比如觸摸屏需要和控制器，PLC通信。理想的情況下，一般只要一上電，不需要太多的操作和配置，就可以通信上。

在這里羅列了一些問題，待會對這些問題講一講，看是否有類似的情況，也許可以一起交流分享。

1.電腦使用USB轉串口可以和設備通信上，換成屏與設備就通信不上了。

2.在A家的屏可以和設備通信，換成B家的屏就通信不上了。

3.以前不接地線可以通信，換個設備為什么需要接地線了。

4. 一個設備是232，另一個設備是422，沒有轉換設備，怎么辦（232與422互轉的簡單方法）。

5.用232通信沒問題，用485通信沒問題，使用232轉485之后就通信不穩定。

6.485單獨接每個設備都通信正常，多個從站接一塊通信就不穩定。

7.要想實現兩個屏或兩個主站通過485訪問modbus設備，有什么好的辦法。

8.針對串口通信的弱點，在使用上應該要注意哪些地方。

當然有可能實際遇到的還不只是這些問題，可能還有一些意想不到的問題，如果你還遇到過什么奇葩奇怪的問題，也可以留言，一塊交流探討，一定會知無不言，言而無盡。

要回答和解決以上這些問題，還需要先了解一下什么是串口通信，232，485，422等

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什么是串口通信???

常見的串口通信一般是指異步串行通信。這里就要說一下同步和異步的區別了。

在此之前，還是先講一下串行通信的概念。那么，與串行通信相對的是什么呢？

與串行通信相對的是并行通信。數據傳輸一般都是以字節傳輸的，一個字節8個位。拿一個并行通信舉例來說，也就是會有8根線，每一根線代表一個位。一次傳輸就可以傳一個字節，而串口通信，就是傳數據只有一根線傳輸，一次只能傳一個位，要傳一個字節就需要傳8次。就像小虎隊那首歌一樣，把你的心，我的心，串一串，再烤一烤。。串口通信就是把數據串在一根線上傳輸，所以就叫串口吧。

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與異步通信相對的就是同步通信了。同步通信一般是指有一個時鐘信號進行數據信號同步。同步通信對接收方來說就相對簡單一些。因為有時鐘信號在，每一個高低電平變化一下，就去取一下數據就行了。通信速率可以由發送方或者說是主站設備進行控制。通信速度也相對比串口通信快很多。但是為什么很多設備，屏和plc，控制器不采用這種方式，都使用串口呢。

那么，在很多設備上，不方便接太多線，比如接8根數據線，也不方便接同步時鐘信號（這個后面再說），于是一種異步串行通信就誕生了。

?相對來說，異步串口通信，就只需要一根線就可以發送數據了。在對速率要求不高的情況，使用一根線發送數據是帶來大大的方便和實用價值的。

?那么問題來了，怎么樣才能保證一根線就能發送正常的數據呢？也就說發送方發送的數據，接收方是怎么知道是什么數據呢？

為了能正常發送數據和接收正確的數據，那異步串口通信就需要滿足以下幾個條件：

也就是雙方必要約定一種暗號。

也許當時發送這個通信的小組是這樣討論的。

經理：我要用一根線就能傳輸數據，你來給我定個標準。

研發：好。

經理：只有一根線，我怎么知道數據什么時候開始呢。

研發：就一根線，默認是高電平，那就有一個起始位吧。當檢測到有低電平的時候，就是開始有一個字節的數據發送了,起始位之后，先是字節的最低位,傳送一個字節。

經理：可是，就一根線，過來的數據會不會有干擾，容易出錯呀。

研發：行呀，那就在字節數據后再加一個校驗位。可以作奇校驗，偶校驗，1校驗，0校驗，無校驗。

經理：嗯?，很不錯。有起始位就應該有停止位，那我們就再加個停止位在后面吧。

研發：。。。。。。。。。

經理：傳輸一串數據，對方要怎么知道數據的拆分呢，怎么按時間或頻率去解讀數據位，校驗位呢。研發：這樣吧，雙方約定一個波特率吧，定義一個每個位占用多長的時間，這樣雙方按這個波特率就可以處理了。

經理：這個比特率呀。。。

研發：老板，是波特率。

經理：我知道，是比特率嘛。

研發：這個波特率呢，是指1S鐘可以傳輸多個位，也就知道一個位占用多長時間。這樣就解決傳輸的問題了。

經理：那萬一傳輸過程，數據太快，判斷失誤停不下來怎么辦。

研發：那就把停止位可以調節為1個停止位或者2個停止位。這樣就可以停下來了。

經理：嗯，聽著不錯。就這樣辦吧。

于是，串口通信就這樣出來了。

在串口的通信參數上，就有了波特率，數據位，停止位，校驗位這幾個參數來確保串口通信的正確性和穩定性。當然，這只是某個方面保證串口通信的正確性和穩定性，不代表設備間通信的正確性和穩定性。

串口通信主要為分232，485，422 通信三種方式。

這三種有什么區別呢。

232：

232 通信主要是由RX,TX,GND三根線組成。

RX與TX，TX接RX，GND接GND。這樣還是比較好理解吧。因為發送和接收分別是由不同的線處理的，也就是能同時發送數據和接收數據，這就是所謂的全雙工。

在這里擴展一下，串口通信還有一個功能叫做全功能串口通信，也叫標準串口。因為在兩個設備間進行數據傳輸，有些設備處理速度比較快，有些數據比較慢。為了保證數據能正常傳輸，在RX,TX的基礎上，還增加了幾個控制引腳，本來好端端就R，T，G，三根線，湊著就湊齊了9個引腳，召喚出了DB9這個東西。

這要怪就怪當時使用電腦的時候，還沒有互聯網這個概念，但是又想在兩臺電腦間進行通信。所以才有這樣一個東西。

在后來的設備，很多控制器，人機界面，PLC等使用串口通信中，基本上就不使用標準串口，而是就直接使用RX，TX，GND三根線來通信了。

但是這里為什么要提到這個呢。因為只是很多設備這樣用，也就是還存在少數設備還保留了標準串口的功能。這就是為什么會遇到明明電腦通信是好的，換成觸摸屏通信就不行了。因為很多觸摸屏只使用了RX，TX，GND通信，遇到一些還保留標準串口功能的就比較討厭了。

485：

485是為了解決232通信距離的問題。原理什么之類的就不多講了。反正232通信距離就是不長。485主要是以一種差分信號進行傳輸，只需要兩根線，+,-兩根線，或者也叫A，B兩根線。A，B兩根線的差分電平信號就是作為數據信號傳輸。那么問題來了，那是不是就沒有RX和TX的概念了。是的，發送和接收就不能分開了。發送和接收都是靠這兩根的來傳輸，也就是每次只能作發送或者只能作接收，這就是半雙工的概念了，這在效率上就比232弱很多了。就像對講機一樣，經常是某個人講完之后，都要說一個over，確保當前說完了，等待對方回復。

485就是這樣犧牲了232全雙工的效率來達到自己傳輸距離遠的代價。那有沒有即保留了232的全雙工，又可以像485這樣提高傳輸距離呢，于是，422出來了。

422：

422呢，有些標注為485-4。而485就標注為485-2。有什么區別呢。就是為了好記呢。485-2就是2根線。485-4就是4根線。

422就是把232的RX分成兩根線，RX+，RX-，把TX分成TX+,TX-。這樣就可以同時發送和同時接收了，還可以像485這樣，有較遠的傳輸距離。可是這樣一種很有優勢的通信方式，為什么用的不多呢。我個人的答案和理解就是：線太多了。特別是像我這樣懶得接線的人，超過3根線就頭暈的。搞個通信還需要接這么多線，什么TX,RX，正啊負啊。交換來交換去。

因為在很多設備通信中，基本上是屬于一問一答式的，因此，232的全雙工通信優勢其實也并沒有發揮出來。就像現在打電話，雖然兩個人可以同時說話，但是兩個人同時說話，嘰嘰歪歪的，誰知道說什么呀。特別是一個主站與多個從站通信的時候，485的接線就就方便多了，反正大家就兩根線，把+都接一塊，把-都接一塊。如果是422作一主多從，接線上還要理半天呢，而且通信異常了也不好解決。

好了，串口通信基本就普及到這里吧。下面就對剛上提到的問題進行講一講!

1、電腦使用USB轉串口可以和設備通信上，換成屏與設備就通信不上了：

①有可能電腦USB轉串口接到設備上，使用的是標準串口功能，也就是除了RX，TX，GDN外，還使用了其它引腳。比如像歐姆龍PLC，三菱PLC，在實際與屏的通信中，就需要接某些引腳短接的情況。

②電腦與控制器或PLC通信時，是掃描波特率參數，自適應的，屏通信可能參數沒有設備好。在三菱，基恩士等PLC，就存在變化波特率進行通信交互的過程。

③也有可能是接線方式不對。因為有些DB9，還需要公頭，母頭。如果不注意的話，也會存在把TX接到TX上，把RX接到RX上，這樣需要注意的地方。

④ 在這里補充一下，有時候可能會使用一些串口助手發送測試數據與控制器通信，有些串口助手的奇偶校驗是不起作用，這個要提醒一下。

2、在A家的屏可以和設備通信，換成B家的屏就通信不上了：

① 首先確認一下接線是否正確了，RX和TX是否兼容。

② 地線是否沒有接。

③除了RX，TX，GND，是否還有其它引腳需要短接的。

④通信協議是否一致或不完善，波特率是否一樣。

3、以前不接地線可以通信，換個設備為什么需要接地線了：

這個問題和上一個有類似的。因為有些設備使用了隔離電源。以前不接地可以通信，有可能是地線已經在另外一個環路已經共地了，實際地線已經接了，所以才可以通信。可能換了個帶隔離電源的，兩個設備的地是隔離的，就需要在串口上把地線接起來。這個我是自身經歷過的，有個客戶老說他的設備通信不上，后來拍個照我給我，他地線沒有接，他說以前不接地線可以通信的。于是我就給他科普了一下。

4、一個設備是232，另一個設備是422，沒有轉換設備，怎么辦（232與422互轉的簡單方法）;

這個情況我遇到過，客戶的設備是422通信的，但是我手上并沒有422設備，只有232通信可以測試。因此就需要把422轉成232進行通信。

剛才也講了422和232的接線，因為這兩個都是全雙工的，接收和發送都是分到的，而422只是以一種差分信號進行傳輸。

把422的Rx+與232的TX接，422的RX-與232的GND接。

把422的TX+與232的RX接，422的TX-與232的GDN接。

這樣，422設備要發送數據的，就可以發送到了232的RX上。232的TX發數據后，由于TX和GND也形成了差分信號給422，422就可以接收到數據了。

5、用232通信沒問題，用485通信沒問題，使用232轉485之后就通信不穩定。

232和485從通信原理上，最大一個差別是全雙工和半雙工的區別。可是應用層發送數據和接收數據才不管底下是全雙工還是半雙工。

但是485就得管了。因為既然是半雙工，就得嚴格保證通路上只能有發送或只能有接收的數據，一旦同時有發送和接收，數據就會沖突了。所以解決的辦法就是主站設備，也就是主動命令的一方就需要嚴格控制好發送數據命令的節奏了。當然有些232轉485的設備做的比較好了，可以優化這個，但是主站還是要控制，比較把通信速率調節慢一些（不是調節波特率）。

6、485單獨接每個設備都通信正常，多個從站接一塊通信就不穩定。

7、要想實現兩個屏或兩個主站通過485訪問modbus設備，有什么好的辦法。

在485通信中，基本上是一主多從。但是遇到一些客戶實際使用中，有客戶想用兩個屏來訪問一個modbus設備的。目前暫時還沒有好的辦法。等這個功能出來后，再來給大家演示操作吧。

8、針對串口通信的弱點，在使用上應該要注意哪些地方。

說來串口通信的弱點，那就說來話長了。不過還是長話短說吧。

①信號干擾的問題。建議使用帶屏蔽線，接線要嚴格，比如要接地。有些485通信上，還考慮接上終端電阻來匹配。如果是232，盡量不要讓線太長。通信協議上盡量避免長報文的數據通信。

②波特率匹配的問題。因為有些設備的計算的波特率是存在

誤差的，特別是一些控制器，由于使用的晶振不一樣。因此在一些波特率比如9600波特率就存在誤差。存在誤差帶來的影響是什么呢。因為接收方是通過時間來計算一個位的。那么如果一個報文過長，就會存在誤差積累的問題，算著算著就偏了。所以，這也是串口通信不穩定的一些地方，在使用上應注意避免發送太長數據的包。

③在一些可能會存在干擾的情況，在有的選的情況，可以考慮使用奇校驗或者偶校驗。因為雖說出現錯誤的可能性不大，但既然存在干擾，如果加了校驗，至少可以把錯誤的報文過濾掉。總好比沒有校驗然后通信數據錯了不知道。或者盡量使用一些帶校驗的協議，防止數據出錯。

④ 串口通信本來就比較慢，請降低對數據響應的要求。

因為串口通信本身就比以太網慢。而且，串口通信并不是能像CPU那樣多線程處理。因為就一個口一個線數據出去，即便你應用到程序再怎么用多線程處理數據，但是最底下也只有一個口出去，一次也只能傳一個位，一個字節過去。因為有客戶在使用9600的波特率通信，但是又希望多少的數據可以在多少毫秒內得到響應。

但是串口通信還是要事實求是，所以正確認識串口通信對應用，對開發，對溝通都有著很大的幫助的。

好了。關于串口通信方面，就暫時聊到這里了。

為什么不用同步通信呢？？？

剛才提到，同步通信需要依賴于時鐘信號。這就存在一個問題，這個時鐘信號是誰來發起呢。在同步通信中，往往需要一個主設備發起時鐘信號讀從模塊的數據。在實際中，有屏讀PLC，有屏讀屏的數據。而單純地從異步串口通信來說，是沒有主從之說，雙方都是平等的角色，都可以互發信息，互收信息。而同步通信一般是應用于CPU讀一些模塊，由CPU發起時鐘信號，比如讀SD卡模塊，就可以通過SPI方式，還有一些傳感器模塊。

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