第2章串口通信基础

第二讲：串口通信基础——RS232/RS485物理层、数据帧格式、波特率与校验位

各位同学，咱们今天聊串口通信。说实话，这玩意儿在工业现场太常见了。我做了十几年PLC，跟串口打交道的次数，比跟老婆说话的次数还多（开个玩笑）。但你别看它老，它可靠啊。很多老工程师，包括我，对串口都有一种特殊的感情。

这一讲，咱们把RS232、RS485的物理层、数据帧格式、波特率和校验位这几个核心概念掰开揉碎了讲。你把这些搞懂了，以后调试串口设备，心里就有底了。

先说说RS232。这玩意儿是早期PC的标准配置，9针串口，你肯定见过。它的传输距离，说实话，不太行。我实测过，稳定通信也就15米左右，再远信号就衰减得厉害。而且它是全双工的，能同时收发，但电平是±12V，跟现在主流的3.3V/5V逻辑电平不兼容，所以现在新设备上越来越少见了。

那RS485呢？它才是工业现场的主角。为什么？因为它能跑远，1200米没问题。而且它是差分信号传输，抗干扰能力强。你想想看，工厂里电机一启动，电磁干扰满天飞，RS232早挂了，RS485还能稳稳地传数据。我有个项目，在钢厂里做数据采集，现场温度高、干扰大，最后全靠RS485扛下来的。

还有个关键点：RS485是半双工的。什么意思？就是同一时刻只能发或者只能收，不能同时干。这跟RS232不一样。很多新手在这里栽跟头，写程序时忘了切换收发状态，结果数据发不出去也收不回来。

核心区别速记：

好，物理层搞定了，咱们看看数据是怎么打包的。串口通信里，一个数据帧通常包含这么几部分：起始位、数据位、校验位、停止位。

我习惯用8位数据位、无校验、1位停止位，也就是常说的8N1。这是最常用的格式，兼容性最好。但有些老设备，比如一些温控仪表，它可能用7位数据位加偶校验。这时候你就要小心了，配置不对，通信就失败。

举个例子，你发一个字节0x55（二进制01010101），在8N1格式下，它实际在线上是这样的：

起始位(0) + 数据位(01010101) + 停止位(1)
实际波形：0 01010101 1

注意，数据位是低位在前。也就是说，你先发最低位，再发最高位。这个顺序别搞反了，否则数据全错。

我的小技巧：调试时用示波器看波形，数一下起始位和停止位，就能判断出数据格式对不对。我曾经靠这招，半小时就找到了一个通信不稳定的原因——原来是停止位设成了2位，而设备只支持1位。

波特率，说白了就是每秒传多少个bit。9600、19200、115200，这些是常见值。波特率越高，传得越快，但距离越短，抗干扰能力也越差。

我建议，在工业现场，能用9600就别用115200。为什么？稳定啊。你想想看，现场干扰那么多，高速传输很容易出错。我有个项目，一开始用了115200，结果数据经常丢包，后来降到9600，稳如老狗。

还有一点，通信双方的波特率必须一致，误差不能超过±2%。否则就会出现数据错位。我曾经遇到过一台国产仪表，标称9600，实际测出来是9650，跟PLC对不上，折腾了半天才发现是仪表晶振不准。

校验位是用来检查数据在传输过程中有没有出错的。常见的有无校验、奇校验、偶校验。

无校验，就是不加校验位，数据帧最短，效率最高。但可靠性最低。奇校验，就是让数据位加上校验位里1的个数为奇数。偶校验，就是让1的个数为偶数。

说实话，奇偶校验只能检测奇数个bit的错误，如果两个bit同时出错，它就检测不出来了。所以它只能算是一种简单的检错手段。在要求高的场合，比如Modbus RTU，人家用的是CRC校验，那才叫可靠。

避坑指南：我曾经在一个项目里，用了偶校验，但设备说明书上写的是奇校验。结果通信时好时坏，查了两天才发现是校验位配反了。所以，拿到新设备，第一件事就是确认它的通信参数，别想当然。

好了，理论讲完了，我分享几点实战经验：

先确认物理连接。 用万用表量一下A、B线（RS485）或者TX、RX（RS232）有没有电压。没电压，多半是线断了或者设备没供电。
用串口助手先测。 别一上来就写PLC程序。用电脑串口助手发几个字节，看设备有没有回应。能回应，说明通信参数基本对了。
注意终端电阻。 RS485在长距离或高速时，需要在总线两端加120欧姆的终端电阻，否则信号反射会导致数据错误。我见过有人不加电阻，通信距离一超过100米就乱码。
接地很重要。 特别是RS232，地线不接，通信可能不稳定。RS485虽然抗干扰强，但最好也把屏蔽层单端接地。

嗯，这一讲就到这里。串口通信看似简单，但细节很多。你把这些基础打牢了，后面学Modbus、Profibus这些协议，就会轻松很多。下一讲，咱们聊聊Modbus RTU协议，那可是工业通信的常青树。