「干货」串口通信常见问题及解决方法

　　什么是串口通信?

　　串口，一般指异步串行接口(Serial port)，主要用于串行式逐位数据传输。串口对于处于嵌入式行业的我们来说，是必不可缺的一部分，在刚开始学习单片机时，我们最先学习的通信接口就是USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)——通用同/异步串行接收/发送器。其中最常见的串口通信的时序如下图：

　　于是在串口通信就有了起始位、数据位、校验位、停止位、波特率这几个参数。

　　另外，串口通信主要分为RS232、RS422、RS485三种通信方式，之前有系统地讲解过，小编这里就不再进行详细地介绍了。

　　二、串口通信常见问题及解决

　　如上所述，串口作为我们日常开发时的非常重要的一个角色，我们也时常会碰到很多问题，深受各种折磨，接下来我们就来说说平时串口通信中常见的问题以及解决方法。

　　通常我们调试串口通信碰到问题时，需要用到一个USB转TTL、杜邦线(导线)等工具，首先我们应当保证自己的工具是正常的，可以通过以下方法自测：

　　1、将USB转TTL中的TX、RX使用杜邦线或是跳线帽短接，打开串口调试工具，例如XCOM、SSCOM等，将波特率、停止位、校验位等参数调至即将需要通信的模块的参数，再去随意发送一些数据，通常笔者是更倾向于使用16进制发送和接收，以此来保证数据中间或者结尾出现一些不可使用ASCII值直观看到的数据，例如数据的结尾多了0x00，0x0a等。若确保自己的工具以及导线没有问题后，即可继续排查通信问题

　　2、发现使用USB转TTL与模块之间明明已经反接了TX、RX，发指令给模块之后却没有任何反应。

　　解决方法：当碰到如上问题时，应当首先自检工具，再检查是否双方共地，GND提供了一个基准0电平，如果没有共地的话，那极有可能会出问题，其次是检查双方的串口参数是否一致，串口通信是一个易于开发并且速度可调的一个的通信协议，其中我们大部分都会使用UART——通用异步传输接收/发送器，串口异步通信也可称为起止式异步通信，是直接以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间要求，每个字符中的每一位以固定的时间传送。这就意味着，如果你使用一个较为高的波特率的速度去与一个较为低的波特率的速度去通信的话，那极大可能会导致低波特率设备无法读取到通信时的空闲信号的跳变信息。在这里我用一个比较极端例子进行说明：

　　当双方串口的参数的数据位都为8bit，停止位为1bit，校验位为0bit时，但是A设备的波特率为9600，B设备为921600，就会出现以下情况：

　　当B设备向A设备发送一个字节的数据时，B设备从发送到结束所需用的时间为1/921600*(8+1+1)=10.8us，而相同的A设备发送/接收一个字节的时间为(8+1+1)/9600=1.04ms，试问，像这种相差数倍的时间，当高波特率发送给低波特率设备时，很有可能低波特率设备压根就不会认为发送过来的数据流是一串数据，因为压根没法解析到。

　　因此串口通信一定要保证双方波特率、停止位等参数一致。反之，低波率向高波特率发送数据就会被认为是错误的数据，也就是所谓的乱码。

　　3、发现双方已经使用了相同的参数进行通信，但是依旧通信有问题，例如收到乱码等。

　　解决方法：首先应该降低波特率先确保模块与USB转TLL均无问题，也要确保模块没有处于透传等特殊情况下，也可以使用逻辑分析仪等工具进行排查，现在的很多逻辑分析仪是自带数据分析的，可以由此来确保模块正常。其实大部分碰到这种问题的时候，更建议优先查看USB转TLL是否支持当前的工作模式。

　　4、串口通信的弱点?

　　1)信号干扰的问题建议使用带屏蔽线，接线要严格，比如要接地。有些485通信上，还考虑接上终端电阻来匹配。如果是232，尽量不要让线太长。通信协议上尽量避免长报文的数据通信。

　　2)波特率匹配的问题因为有些设备的计算的波特率是存在误差的，特别是一些控制器，由于使用的晶振不一样。因此在一些波特率比如9600波特率就存在误差。存在误差带来的影响是什么呢。因为接收方是通过时间来计算一个位的。那么如果一个报文过长，就会存在误差积累的问题，算着算着就偏了。所以，这也是串口通信不稳定的一些地方，在使用上应注意避免发送太长数据的包。

　　3)在一些可能会存在干扰的情况，可以考虑使用奇校验或者偶校验因为虽说出现错误的可能性不大，但既然存在干扰，如果加了校验，至少可以把错误的报文过滤掉。总好比没有校验然后通信数据错了不知道。或者尽量使用一些带校验的协议，防止数据出错。

　　4)串口通信本来就比较慢，请降低对数据响应的要求因为串口通信本身就比以太网慢。而且，串口通信并不是能像CPU那样多线程处理。因为就一个口一个线数据出去，即便你应用到程序再怎么用多线程处理数据，但是最底下也只有一个口出去，一次也只能传一个位，一个字节过去。因为有客户在使用9600的波特率通信，但是又希望多少的数据可以在多少毫秒内得到响应。

　　但是串口通信还是要实事求是，所以正确认识串口通信对应用，对开发，对沟通都有着很大的帮助的。

　　5、为什么不用同步通信?

　　刚才提到，同步通信需要依赖于时钟信号。这就存在一个问题，这个时钟信号是谁来发起呢。在同步通信中，往往需要一个主设备发起时钟信号读从模块的数据。在实际中，有屏读PLC，有屏读屏的数据。而单纯地从异步串口通信来说，是没有主从之说，双方都是平等的角色，都可以互发信息，互收信息。而同步通信一般是应用于CPU读一些模块，由CPU发起时钟信号，比如读SD卡模块，就可以通过SPI方式，还有一些传感器模块。