前兩篇文章我們對(duì)工業(yè)上的串口通信（RS232RS422RS485）進(jìn)了簡(jiǎn)單介紹，知道了通信的甲乙雙方如何在物理層面上建立起通信的鏈路。是不是有了這些條件通信的甲乙雙方就可以進(jìn)行溝通了呢？

其實(shí)還是不夠的。這就好比兩個(gè)人打電話，電話線路是通暢的，但是兩個(gè)人說(shuō)的不是同一種語(yǔ)言，一個(gè)人說(shuō)中文，一個(gè)人說(shuō)德文，說(shuō)了半天一句沒聽懂，“你這是弄啥勒”？啪，電話掛掉了。

兩個(gè)講著不同語(yǔ)言的人是無(wú)法進(jìn)行交流的，要想交流，就必須對(duì)語(yǔ)言進(jìn)行統(tǒng)一，比如都用英文，這樣兩個(gè)人就能夠進(jìn)行溝通，愉快的玩耍了。

工業(yè)上的通信和日常說(shuō)話其實(shí)是一樣一樣的，當(dāng)我們把物理上的線路都正確的連接后，還需要對(duì)相互的之間數(shù)據(jù)的發(fā)送接收進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定，這種規(guī)定稱為通信協(xié)議。

通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行了明確的定義，比如：幀的起始信號(hào)，結(jié)束信號(hào)，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，校驗(yàn)碼等等。工業(yè)上的通信協(xié)議非常多，比如：Modbus總線協(xié)議；ProfiBus總線協(xié)議，ProfiNet總線協(xié)議，S7 通信協(xié)議；Interbus總線協(xié)議；汽車上用的最廣泛的CAN協(xié)議；及很多基于CAN協(xié)議的如DeviceNet,CanOpen等等。有了這些協(xié)議，通信的甲乙雙方（總線協(xié)議可以有很多通信小伙伴）就可以建立起連接，愉快的交換數(shù)據(jù)了。

今天我們要著重說(shuō)的是串口通信的協(xié)議，稱之為ASCII協(xié)議。該協(xié)議有這樣一些參數(shù)：波特率，起始位，數(shù)據(jù)位，停止位，校驗(yàn)位。

1）波特率（baud rate）：是指每秒鐘所傳輸?shù)淖址ㄒ卜Q為碼元）的個(gè)數(shù)。注意這里的字符不是字節(jié)，不一定是8位。波特率的單位是 “Baud”。

很多小伙伴容易把“波特率”和“比特率”進(jìn)行混淆。比特是英文的"bit"的翻譯，表示二進(jìn)制的“位”。比特率是指每秒鐘所傳輸?shù)奈坏膫€(gè)數(shù)，單位為bps(bit per second)。假設(shè)一秒鐘傳輸2個(gè)字節(jié)(一個(gè)字節(jié)有八個(gè)位)，比特率就是2*8=16bps。

再回到波特率，假如波特率中的字符（碼元）是這樣定義的：1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，8個(gè)數(shù)據(jù)位 。那么碼元的總位數(shù)(bit)=1+1+8=10。在波特率等于9600的情況下，傳輸?shù)谋忍芈?9600*10=96000 bps。

2）起始位：串行通信在空閑的時(shí)候，總線上的電平為高電平（邏輯1），開始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，要先把總線上的電平拉低一個(gè)時(shí)間單位（邏輯0），稱為1個(gè)起始位。時(shí)間單位是與波特率相關(guān)的，波特率越高，時(shí)間單位的寬度越窄。起始位不需要設(shè)置，默認(rèn)為1，是包含在數(shù)據(jù)位里的。

2）數(shù)據(jù)位：表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù)，范圍是5-8，通常是8位；注意，8位數(shù)據(jù)由于包含了一個(gè)起始位，其有效的數(shù)據(jù)位數(shù)為7位。

3）校驗(yàn)位：

校驗(yàn)是數(shù)據(jù)傳送時(shí)采用的一種校正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的一種方式，通常分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，串行通信中可以有如下幾種校驗(yàn)位的選擇：

3.1）奇校驗(yàn)(Odd)：數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，為1的位（bit）的總數(shù)應(yīng)為奇數(shù)；若不是奇數(shù)，則校驗(yàn)位=1；若是，則校驗(yàn)位=0；

3.2）偶校驗(yàn)(Even)：數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，為1的位（bit）的總數(shù)應(yīng)為偶數(shù)；若不是偶數(shù)，則校驗(yàn)位=1；若是，則校驗(yàn)位=0；

3.3）空位校驗(yàn)(Space)：校驗(yàn)位=0

3.4）標(biāo)記校驗(yàn)(Mark)：校驗(yàn)位=1

3.5）無(wú)校驗(yàn)(no parity)：不使用校驗(yàn)位

4.停止位：當(dāng)一個(gè)字符的數(shù)據(jù)傳輸完成后，要把總線的電平拉高。停止位也是以時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)衡量的，通常可以選擇“1”，“1.5”，“2”。以1.5為例，它表示停止位的高電平要保持1.5個(gè)時(shí)間單位的長(zhǎng)度（取決于波特率）。停止位之后總線就轉(zhuǎn)入空閑狀態(tài)等待下次的起始信號(hào)。

下圖就是方正智芯的串口調(diào)試軟件“Como”的串口配置界面（我們后續(xù)文章將會(huì)講到這個(gè)軟件）。

這里注意的是“串口名稱”這一項(xiàng)，計(jì)算機(jī)上可能有很多串口，COM1，COM2等，在這里選擇你要使用的是哪個(gè)串口。

細(xì)心的小伙伴可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在上圖的界面中，有個(gè)"RTS/CTR使能"的選項(xiàng)，這是什么東東呢？這就要說(shuō)到串行通信的“流控制”（handshaking）了。

這里所說(shuō)的“流”，是指數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個(gè)串口之間進(jìn)行傳輸時(shí)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。因?yàn)殡m然我們配置好了波特率，數(shù)據(jù)位等相關(guān)的信息，但是兩個(gè)串口各自的數(shù)據(jù)處理速度很多時(shí)候是不一樣的。比如臺(tái)式機(jī)與單片機(jī)的通信，當(dāng)單片機(jī)來(lái)不及處理臺(tái)式機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)造成數(shù)據(jù)緩存區(qū)滿的情況。如果此時(shí)臺(tái)式機(jī)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)就無(wú)法接收這些數(shù)據(jù)，從而造成數(shù)據(jù)丟失。

為了解決串行通信中甲乙雙方數(shù)據(jù)處理速度不同造成的數(shù)據(jù)丟失的情況，聰明的工程師們提出了“流控制”的概念。流控制有兩種：一種是硬件流控制，一種是軟件流控制。

1）硬件流控制。所謂硬件流控制，是指利用硬件線路的電氣信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收的控制，硬件流控制必須用電纜將相應(yīng)的控制引腳進(jìn)行連接。例如當(dāng)使用RTSCTS這一對(duì)硬件流控制，首先要將通信甲乙雙方的RTS和CTS進(jìn)行連接（如果你不清楚RTS和CTS是什么含義，請(qǐng)參考文章：工業(yè)串口通信之掀起串口的蓋頭）。

下圖是Datalog 掃碼槍硬件流控制（RTSCTS）的示意圖：

當(dāng)掃碼槍要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將RTS的電平拉高，然后檢測(cè)CTS的電平，如果CTS為高電平，則啟動(dòng)數(shù)據(jù)的發(fā)送。如果CTS為低電平，則暫停數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)，將RTS的電平拉低。

硬件流控制還可以使用DTR和DSR這一對(duì)連線的信號(hào)，和RTSCTS類似，不再贅述。

2）軟件流控制

硬件流控制由于需要相應(yīng)的電纜接線，會(huì)增加項(xiàng)目的成本。在某些對(duì)控制要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合，可以使用軟件進(jìn)行流控制。軟件流控制一般通過(guò)XOFF和XON來(lái)實(shí)現(xiàn)。還以Datalog的掃碼槍為例，如下圖：

當(dāng)上位機(jī)或PLC（Host）的輸入緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的上限值時(shí)（比如緩沖區(qū)大小的75%），上位機(jī)發(fā)送XOFF字符（13 Hex，表示16進(jìn)制的13）。掃碼槍收到XOFF字符即停止數(shù)據(jù)的發(fā)送。當(dāng)上位機(jī)或PLC（Host）的輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)恢復(fù)到正常范圍時(shí)，上位機(jī)發(fā)送XON字符（11 Hex,表示16進(jìn)制的11），掃碼槍收到XON字符時(shí)，就繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

軟件流控制可以減少布線的成本，但是在設(shè)計(jì)程序時(shí)必須謹(jǐn)慎使用0x13(13 Hex）和0x11(11 Hex)這兩個(gè)字符作為數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，否則很有可能引起軟件的誤操作。

這篇文章我們?cè)敿?xì)介紹了工業(yè)串口通信中各通信參數(shù)的含義及如何配置，并對(duì)通信過(guò)程的“流”控制進(jìn)行了講解，相信到目前為止，你已經(jīng)對(duì)串口通信有了不錯(cuò)的理解了。下一篇文章我們將講解PLC是如何接收發(fā)送串行數(shù)據(jù)的，敬請(qǐng)期待“工業(yè)串口通信之PLC的串口模塊”

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