串口网络编程

单工模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定 为发送端，另一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传 输，使用一根传输线。单工模式一般用在只向一个方向传输 数据的场合。例如计算机与打印机之间的通信是单工模式， 因为只有计算机向打印机传输数据，而没有相反方向的数据 传输。在某些通信信道中，存在单工无线发送等单工模式。 4
在这里选择COM。
(3) 在弹出的窗口中设置相关的参数，如图3-1所示。
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图3-1 超级终端参数设置
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(4) 单击“确定”按钮后，就会出现一个工作窗口，这说 明已经连接到需要连接的设备上。 设置完成后，会出现连接提示，包括连接时间、终端类 型、连接参数等。如果串口不存在，或已被其他设备使用，
在使用个人计算机或终端设备通过调制解调器和主计算
机进行通信时(例如：对路由器进行基于串口的远程配置的情 况)，一般会采用软硬结合的握手。这种握手同时采用了硬件
握手和软件握手：一方面，个人计算机与调制解调器、主计
算机与调制解调器之间，使用硬件握手方法进行联系；另一 方面，主计算机和个人计算机之间将使用软件握手方法进行
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只有当DSR和DTR都处于有效(ON)状态时，才能在DTE 和DCE之间进行传输操作。若DTE要发送数据，则预先将 DTR线置成有效(ON)状态，等CTS线上收到有效(ON)状态的 回答后，才能在TXD线上发送串行数据。这种顺序的规定对
半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信确定DCE已
由接收端向改为发送端向，这时线路才能开始发送。从计算 机的角度来看这些引脚的通信状况，流进计算机端的，可以
知计算机暂停发送数据。通常，串行通信握手的协议可以是
硬件握手、软件握手或二者的结合，具体如下所述。
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1．硬件握手
在硬件握手中，发送端通过将某一条导线拉到高电平或
者低电平，以表示发送端可以发送数据。接收端已经准备好 接收数据之后，也把某一个导线拉到高电平或者是低电平，
以通知发送端，发送端一直在检测这个信号。接收端可以在
冲突保护特性，扩展了总线共模范围。RS-485协议可以看做
是RS-232协议的替代标准，与传统的RS-232协议相比，其在 通信速率、传输距离、多机连接等方面均有了非常大的提高。
由于RS-485总线是RS-232总线的改良标准，因此在软件设计
上它与RS-232总线基本上一致。
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当两台RS-232串口设备通信距离较近时(小于15 m)，可 以用电缆线直接将两台设备的RS-232端口连接；若通信距离 较远时(大于15 m)，则需要附加Modem。当PC与串口设备的 通信距离较远或PC与多台具有RS-232接口的设备通信时，也
路层，通信协议简单、编程接口函数数量较少，适合作为进
行网络编程技术的入门学习内容。 本章由串口通信的基本原理、接口入手，介绍串口通信
的API函数；并以主机与单片机、主机间的通信为实例，介
绍串口网络编程的方法。
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3.1 串行通信概述
串行总线是一种目前经Leabharlann Baidu使用的通信方式，单片机、
PLC、测试仪器、PC、打印机、交换机、路由器、防火墙、 工业控制设备都带有串口总线。串行接口包括RS-
机)和数据通信设备(DCE，如Modem)的接口标准。RS-232C 是PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，PC上的
COM1和COM2大多是RS-232C接口。
利用RS-232C串行通信接口可实现两台个人计算机之间 点对点的通信；通过RS-232C接口可与其他外设(如打印机、
逻辑分析仪、智能调节仪、PLC等)近距离串行连接
看做数字输入；而流出计算机端的，则可以看做数字输出。
从工业应用的角度来看，所谓的输入就是用来“监测”的， 而输出就是用来“控制”的。
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2．RS-422
RS-422由RS-232发展而来，是为了弥补RS-232的不足而
提出的。为了改进RS-232抗干扰能力差、通信距离短、传输 速度低等缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速
制解调器作为传输用的，因此它的引脚位意义通常也和调制 解调器传输有关。从功能来看，全部信号线分为三类，即数
据线(TXD、RXD)、地线(GND)和联络控制线(DSR、DTR、
RI、DCD、RTS、CTS)。
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表3-1 RS-232各引脚的信号功能
引 脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 符 号 DCD RXD TXD DTR GND DSR TRS CTS RI 通 信 方 向 PC 至 Modem Modem 至 PC PC 至 Modem PC 至 Modem PC 至 Modem Modem 至 PC PC 至 Modem Modem 至 PC Modem 至 PC 功 能 载波信号检测 接收数据 发送数据 数据终端准备好 信号地线 数据装置准备好 请求发送 清除发送 振铃信号指示
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3.2 串口通信程序设计
现在的产品若要自动化，一定要提供一个能与计算机进
行通信的通道。最简单的方式就是在产品内部烧上一颗单芯 片，利用单芯片上的串行通信功能进行自动化的工作，由于
计算机中的串口是必备的通道，且从价格及技术上来说是最
能被厂商所接受的，因此，市面上很多自动化产品也就加上 了串行通信的功能，从而扩大了产品的使用领域，使产品自
2．半双工模式
半双工通信中使用同一根传输线，既可发送数据又可接
收数据，但不能同时进行发送和接收。在任何时刻，只能由 其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既
可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。在半双工通
信中，每一端需装有一个收发切换电子开关，通过切换来决 定数据向哪个方向传输。因为有切换，所以会产生时间延迟，
动化的实现技术变得简单化。
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3.2.1 串行通信软件工具
除了用户自己动手编写串口通信软件之外，目前也有一
些现成的串口通信软件工具。
1．超级终端程序
超级终端程序是Windows操作系统自带的串口通信软件，
用户可以选择“开始/程序/附件/通信/超级终端”命令来调用 它。使用超级终端程序需要对其进行设置，设置步骤如下： (1) 首先按照“开始/程序/附件/通信”顺序，执行“超级 终端”操作(对应系统目录“C:\Program Files\Windows NT”下 的hypertrm.exe应用程序)，
在数据传输中，如果发送端的发送速度大于接收端的接收速
度，同时接收端处理数据的速度不够快，那么接收端的缓冲 区必定在一定时间后溢出，从而造成以后发送过来的数据不 能进入缓冲区而丢失。 15
发送端何时可以继续发送数据，何时必须暂停发送，从而让 接收端有时间处理数据，则必须靠握手信号来解决这个问题。 例如，打印机和计算机进行通信时，一些打印机的打印速度 可能跟不上计算机发送数据的速度，就必须通过握手信号通
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通过RS-232C接口连接调制解调器(Modem)可远距离地与其他 计算机通信；将RS-232C接口转换为RS-422或RS-485接口， 可实现一台个人计算机与多台现场设备之间的通信。 RS-232的每一引脚都有它的作用，也有其信号流动的方向，
各引脚的信号功能描述见表3-1。原来的RS-232是用来连接调
任何时候把这个信号变为无效，甚至是在接收一个数据块的 过程中。当发送端检测到这个信号变为无效之后，就必须停
止本次发送，直到这个信号变为有效为止。
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2．软件握手
在软件握手中，以数据线上特定的数据信号来代替实际
的硬件电路电平变化。这种方法用在直接连接或者通过调制 解调器连接的两台计算机之间进行双向通信的场合。
第3章 串口网络编程
3.1 串行通信概述 3.2 串口通信程序设计
3.3 串口通信程序设计
小结
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串口通信是一种通信条件要求最低却十分重要的网络通 信模式，网络设备调试、极端条件下的网络通信都可以通过 串口来实现，特别是对一些便携式、小型设备，串口通信可 能是它们的唯一通信手段。串口通信处于OSI模型的数据链
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其中RS(Recommended Standard)代表推荐标准，232是标识号， C代表RS-232的最新一次修改，它适合于数据传输速度在0～ 20 kb/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题， 如信号电平、信号线功能、电气特性、机械特性等都作了明
确的规定。目前RS-232C已成为数据终端设备(DTE，如计算
232/422/485，其技术简单成熟，性能可靠，所要求的软硬件
环境和条件都很低，是一种最简单的建立网络连接的方式。
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3.1.1 串行通信的模式
通过单线传输信息是串行数据通信的基础，数据通常是
在两个站(点对点)之间进行传输的。按照数据流的方向，串 行通信可分成三种传输模式：单工、半双工、全双工。
1．单工模式
信息传输效率也较低。
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3．全双工模式
全双工数据通信分别由两根可以在两个不同的站点同时
发送和接收的传输线进行传输，通信双方都能在同一时刻进 行发送和接收操作。在全双工模式中，每一端都有发送器和
接收器，有两条传输线，可在交互式应用和远程监控系统中
使用，信息传输效率较高。
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3.1.2 串口的基本参数与标准
对于软件握手，现在已经建立了一些标准协议，其中最
常用的是通信协议。通信协议是指通信双方的一种约定，包 括对数据格式、同步方式、传输速度、传输步骤、检/纠错方
式以及控制字符定义等问题进行统一规定，通信双方必须共
同遵守，也叫做通信控制规程或传输控制规程，它属于OSI 七层参考模型中的数据链路层。
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3．软硬结合握手
超级终端就无法打开该端口，会显示错误提示。
用超级终端和其他的设备进行连接时，双方互传的数据 以文字数据为主，在正式用程序将计算机和设备联机之前，
最好使用类似超级终端之类的程序先行做一些基本的测试，
以确定使用字符串的通信没有问题，然后再进行控制。
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2．窗口精灵软件
窗口精灵软件是一个极好的串口监视与调试程序，适用
度提高到10 Mb/s，速率低于100 kb/s时的传输距离延长到
4000英尺(1英尺=0.3048 m)，并允许在一条平衡总线上连接 最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、
平衡传输规范。
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3．RS-485
为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定
了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发 送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和
目前，常用的串口标准有RS-232C、RS-422、RS-485标
准。
1．RS-232C
RS-232C是美国电子工业协会(Electronic Industry
Association，EIA)于1962年公布并于1969年修订的串行接口 标准，它已经成为了国际上通用的标准。1987年1月，RS232C经修改后，正式改名为EIA-232D。由于标准修改内容并 不多，因此现在很多厂商仍使用旧的。RS-232C标准(协议)的 全称是EIA-RS-232C标准，
联系。因此，个人计算机向主计算机传输数据时，同时要考
虑硬件和软件握手。
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例如：在个人计算机通过调制解调器向主计算机发送数据时， 只有在调制解调器DSR(有时可能使用CD)线电位变高，且没 有收到来自主计算机的“停止传输”软件信号时，才送出数 据。
一些计算机会自动监测硬件握手信号，所以应用程序只
需要处理软件握手信号即可。但这种情况并不等于硬件握手 不存在，依然是软硬结合的握手。
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会出现一个本次联机的名称设置窗口(第一次使用该应用程序 时，可能还会被要求设置国家、区号等属性参数)，在其中输 入名称并选择一个代表图标。此名称通常应使用易记的名称 来命名，以后再进行联机操作时，只要加载该名称，一切其
它的设置就会恢复。
(2) 然后在出现的界面中选择所要连接的设备。可以根据 需要连接相应的设备，可选得选项包括：COM、TCP/IP等，
可以采用RS-485总线。
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3.1.3 串行通信握手协议
串行通信需要使用握手协议保持数据收发双方的同步，
握手协议靠握手信号实现。握手信号实际上就是控制信号， 用来控制数据的传输。通过握手信号，发送端可以得知接收
端是否有数据要发送。接收端通过握手信号通知发送端它是
否已经准备好了接收信号。握手信号遵循某种协议。当发送 端和接收端处理数据的速度不一样时，可能会造成数据丢失。