串口引腳定義及協議說明

串口通訊，又經常被稱為點對點通訊或者PtP通訊，是工業設備中的一種非常通用的通訊方式，常用于獲取相對遠程采集設備的數據。

串行通信，通常利用RS232C或者RS485電氣接口，實現ASCII碼或者Modbus通訊；其特點是通信線路簡單，成本較低，用于解決不同廠商產品之間節點少、數據量小、通訊速率低、實時性要求不高的場合，如過程儀表、變頻器、連接掃描儀、條碼閱讀器等帶有串行通訊接口的設備，CP卡加載通訊協議后，還可以和支持Modbus協議的現場儀表通訊。

為了實現設備相互通訊，通訊雙方的通訊接口和通訊協議要一致，最基本的串行通訊的數據幀格式和波特率也要匹配。

西門子串行通訊支持的數據幀格式：

• 起始位：1位；
• 數據位：7/8位；
• 校驗位：1位奇/偶校驗位，或者沒有校驗位；
• 停止位：1/2位。

凡是符合這些格式的串行通信設備，理論上都可以相互通信。

支持的通訊接口

常用的串行數據接口有:RS232C 和 RS485/422。RS-232C、RS-422/485 標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。

注意： 接口和協議是兩個概念。

RS232C接口

RS-232C 是低速率的單端串行通訊，RS-232C 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。

1.RS232C 通訊接口特點

• RS-232采取不平衡傳輸方式，其收、發端的數據信號是相對于信號地，抗共模干擾能力差；
• 近距離通訊，最大通信距離15m；
• 只能用于點對點（即一對收/發設備）通訊。

2. RS232C 接口定義

RS232C并未定義連接器的物理特性，不同類型的連接器引腳定義也各不相同，其中9針和25針的引腳定義對照，如圖 1 所示。

圖1 RS232C 串口管腳定義

最為簡單且常用的是三線制接法，即Txd，Rxd和地線三根，如上圖中紅色（2，3）和紫色（5）三個針腳。

RS422/485 接口

RS-422/485 改進 RS-232 通信距離短、速率低的缺點。

1.RS422/485接口特點

• RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸；
• 平衡傳輸抗干擾能力更強，使傳輸距離更遠，通訊距離最長1200米；
• 可以連接多個設備，RS422總線可支持10個節點（單機發送、多機接收的單向傳輸），RS485可支持32個節點（多點、雙向通訊能力）；
• 網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持星型或樹形；
• 傳輸距離超過50米，需要在兩端加終端電阻330歐姆（推薦用LIYCY電纜）；

2.RS422/485接口定義

RS422/485 的端口有9針、15針，CP340/341/440/441的接口是15針，如圖 2 所示。

圖2 RS422/485 串口管腳定義

常用支持協議

常用的協議類型

• ASCII 協議，又稱自由口
• Modbus 協議
  

ASCII 協議

ASCII 協議通過通訊處理器和通訊伙伴之間的點對點連接控制數據傳輸。

由于消息的結構完全由用戶定義，用戶可以以 ASCII 協議為基礎開發自己的消息。在接收方只需要定義接收消息的結束方式，發送接收雙方協商一致。

ASCII 驅動程序允許發送和接收任何結構的數據（所有可打印的 ASCII 碼表字符符以及從 00 到 FFH [帶有 8 個數據位字符幀] 的所有其它字符或從 00 到 7FH [帶有 7 個數據位字符幀]的所有其它字符）。

ASCII協議適用于與支持串行通信的智能儀表、條形碼閱讀器、掃描儀、打印機等設備進行通訊。

MODBUS 協議

MODBUS RTU 通信協議是以主從的方式進行數據傳輸的，主動方發送請求，被動方響應請求，應答的方式。

在傳輸的過程中主站是主動方，即主站發送數據請求報文到從站；從站是被動方，即如果正常從站返回正常響應報文，如果故障從站返回異常響應報文，如圖 3 所示。

圖3 MODBUS 請求響應報文格式

MODBUS 系統中，數據交換需要通過功能代碼（Function Code）來控制的，具體分以下兩類。

有些功能碼是對位操作的，通信的用戶數據是以位為單位的：

• FC01讀輸出位的狀態；
• FC02讀輸入位的狀態；
• FC05寫單個輸出位；
• FC15寫多個輸出位。

有些功能碼是對16位寄存器操作的，通信的用戶數據是以字為單位的：

• FC03讀輸出寄存器；
• FC04讀輸入寄存器；
• FC06寫單個輸出寄存器；
• FC16寫多個輸出寄存器。

這些功能碼是對四個數據區位輸入、位輸出、寄存器輸入、寄存器輸出進行訪問的，如圖 4 所示。

圖4 訪問的數據區

Modbus地址由起始的數據類型代號和地址偏移量組成。功能碼決定對Modbus地址進行操作類型，其可根據需要傳輸的數據類型和個數來決定，如圖 5 所示。

圖5 MODBUS 地址對應關系

注意：在傳輸消息楨中，用戶使用的地址是0為基準，而對應的Modbus地址是1為基準，如FC16功能碼時以16進制的0000為起始地址，對應的寄存器是從40001開始。

MODBUS RTU 傳輸模式：消息楨中的每個8位分成2個4位16進制的字符。

每個字符幀格式（11位），如圖 6 所示。

圖6 字符幀格式

注意：如果無奇偶校驗位，停止位是2位。

消息幀格式，如圖 7 所示。

圖7 消息幀格式