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一、串口相关参数介绍
1、端口#xff08;COM口#xff09;
2、波特率#xff08;Baud rate#xff09;
3、起始位
4、停止位#xff08;StopBits#xff09;
5、数据位
6、校验位
7、缓存区
二、串口通信助手
三、虚拟串口工具
四、进阶扩展
1、位运算…目录
一、串口相关参数介绍
1、端口COM口
2、波特率Baud rate
3、起始位
4、停止位StopBits
5、数据位
6、校验位
7、缓存区
二、串口通信助手
三、虚拟串口工具
四、进阶扩展
1、位运算
2、负数、浮点数存储方式
3、数据校验算法
3.1、奇偶校验
3.2、LRC
3.3、累加和校验
3.4、CRC
介绍
常用多项式表
CRC-8
CRC-16
CRC-32
CRC-USB
4、Modbus通信协议
4.1、介绍
4.2、Modbus-RTU 串口通讯(Serial Communication)是指外设和计算机间通过数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种双向通讯方式。
串口是一种接口标准它规定了接口的电气标准没有规定接口插件电缆以及使用的通信协议通信协议很多可根据实际情况选择和自定义。 一、串口相关参数介绍
1、端口COM口
CMO口Communication Module Outlet是一种用于连接计算机和外部设备的接口也称为串行端口简称CMO口常见串口通讯有一般电脑应用的RS-232使用 25 针或 9 针连接器和工业电脑应用的半双工RS-485与全双工RS-422。
电脑端口查看设置-系统-关于-设备管理器-端口
2、波特率Baud rate
波特率是一个电子信号上的术语用于描述信道的数据传输速度。
单位是bit/s,常见的9600波特率表示每秒传输9600个比特位1个字节8位9600/81200代表每秒钟串口可传输1200个字节不考虑起始位、停止位、校验位的情况下注意
波特率如果太高会导致传输数据不稳定一般使用9600 发送端与接收端波特率不一致会导致数据不一致
3、起始位
起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平标志传输一个字符的开始接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步
C#开发中一般不需要设置起始位。
4、停止位StopBits
停止位可以是是1位、1.5位或2位可以由软件设定它一定是逻辑1电平标志着传输一个字符的结束
C#开发中一般通过StopBits枚举类型设置停止位枚举值包括None、One、Two、OnePointFive四种通常若设备不指定默认停止位为1位。
5、数据位
数据位紧跟在起始位之后是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定一般可以是5位、7位或8位
C#开发中若设备不指定默认数据位为8位。
6、校验位
校验位仅占一位用于进行奇校验或偶校验检验位不是必须有的。如果是奇校验需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位如果是偶校验需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位
C#开发中通常使用Parity枚举类型来设置校验位有五种日常开发中使用最多的是None无校验、Odd奇校验、Even偶校验。
7、缓存区
串口包括两个缓存区发送缓存区和接收缓存区 发送缓存区(软件)发送数据时将数据先存在发送缓存区再通过(硬件)串口发送出去; 接收缓存区接收数据时先将数据存在接收缓存区(软件)再从中读取数据 二、串口通信助手
串口通信助手是用于测试和调试串口通信的工具可通过串口与外部设备通信提供界面来监视和控制串口数据的接收和发送从而验证串口通信是否正常工作。
实现一个串口通信助手示例C#Wpf-实现串口通信助手
分享一个串口通信助手下载地址友善串口通信助手 提取码: h64y 三、虚拟串口工具
当电脑无COM口时使用该工具虚拟出COM口。
下载地址VSPD
提取码a2cp
破解说明运行vspd.exe 安装安装后先不运行将 vspdctl.dll 文件放入工程目录中覆盖原文件即完成破解。
使用说明点击Add Pair按钮添加虚拟COM口连接对即可。 四、进阶扩展
1、位运算
符号意义逻辑介绍示例~逻辑非取反~a逻辑与清0ab|逻辑或置1a|b按位左移超出舍掉乘以2的n次方an按位右移超出舍掉除以2的n次方an^异或不同置1相同清0a^b 三次异或可使变量值互换示例如下
int a 13;
int b 20;
a ^ b;
b ^ a;
a ^ b;
Console.WriteLine($a:{a}b:{b});
2、负数、浮点数存储方式
负数在计算机中是以补码的形式存储补码计算方式
最高位为符号位负数符号位为1正数为0除符号位所有位取反得到反码反码1得到补码
浮点数一般分为单精度与双精度两种在计算机中的存储方式通常分为三部分
符号位正数为0负数为1指数位用于存储科学计数法中的指数部分小数位用于表示小数部分不足补0
单精度float格式
符号位指数位小数位1bit8bits23bits
双精度double格式
符号位指数位小数位1bit11bits52bits
float示例 8.25转化为二进制表示为整数部分除2取余小数部分乘2取整得到1000.01 科学计数法表示为1.00001*2的3次方指数为3指数范围为-126-127为消除负数影响得到的指数127得130即指数1000 0010小数00001存储格式如下 符号位指数位小数位01000 0010000 0100 0000 0000 0000 0000 3、数据校验算法
由于数据传输距离的因素影响计算机和受控设备间的通信数据常常出现不可预知的错误为了避免错误带来的影响通常会在通信时对数据进行校验。
3.1、奇偶校验 每8位加一个奇偶校验位 奇校验若数据位中1的数量为偶数则校验位置1凑齐奇数个1反之置0 偶校验若数据为中1的数量为奇数则校验位置1凑齐偶数个1反之置0 缺点减慢传输速率偶数个错误时检测不出出错率五五开 3.2、LRC 纵向冗余校验Longitudinal Redundancy CheckLRC又称逐字节奇偶校验将数据依字节为单位纵向排列所有字节相同位全部异或奇数个1为1反之为0计算出一个字节的结果。 缺点纵向偶数个错误时检测不出 3.3、累加和校验 将数据的每个字节的值相加其结果减去255的倍数控制在0-255区间然后放在数据最后接收方接收数据后累加和后与校验值比对 单个字符出错率1/256 3.4、CRC
介绍 CRC循环冗余校验使用的算法思想为除法将余数作为校验值放在数据末尾 模二除法二进制的除法CRC实际就是模二除法的升级版通过借位位移将余数补在原数据末尾以此来消掉余数。接收端将修改后的数据与生成项模二相除没有余数即代表数据无误 CRC除数叫生成多项式又称生成项不同的生成项有不同的CRC如CRC8、CRC16、CRC-USB、CRC32……。二进制转多项式数字中多少位1代表的是x的多少次方 模二除法举例 模二借位举例 常用多项式表 CRC-8
CRC-88位校验码适用于对数据简单校验的场景常见的应用领域包括遥控器、智能家居等示例如下 public static byte CalcCrc8(byte[] data){byte crc 0x00;byte polynomial 0x8C; // CRC-8 多项式foreach (byte b in data){crc ^ b;for (int i 0; i 8; i){if ((crc 0x80) ! 0){crc (byte)((crc 1) ^ polynomial);}else{crc 1;}}}return crc;}
CRC-16
CRC-1616位校验码适用于中等程度校验场景常见的应用领域包括Modbus通信协议、SD卡存储等示例如下 public static ushort CalcCrc16(byte[] data){ushort crc 0xFFFF;ushort polynomial 0xA001; // CRC-16 多项式foreach (byte b in data){crc ^ (ushort)(b 8);for (int i 0; i 8; i){if ((crc 0x01) 0x01){crc 1;crc ^ polynomial;}else{crc 1;}}}return crc;}
CRC-32
CRC-3232位校验码适用于对数据需高强度校验的场景常见的应用领域包括网络通信、文件传输、数据库存储等示例如下 public static uint CalcCrc32(byte[] data){uint crc 0xFFFFFFFF;uint polynomial 0xEDB88320; // CRC-32 多项式foreach (byte b in data){crc ^ b;for (int i 0; i 8; i){if ((crc 0x00000001) ! 0){crc (crc 1) ^ polynomial;}else{crc 1;}}}return ~crc;}
CRC-USB
CRC-USBCRC特殊算法之一适用于USB接口例如USB 1.1、USB 2.0等协议中的数据校验示例如下 public static uint CalcCrcUsb(byte[] data){uint crc 0xFFFFFFFF;uint polynomial 0x04C11DB7; // USB 多项式foreach (byte b in data){crc ^ (uint)(b 24);for (int i 0; i 8; i){if ((crc 0x80000000) ! 0){crc (crc 1) ^ polynomial;}else{crc 1;}}}return ~crc;}
4、Modbus通信协议
4.1、介绍
Modbus串行通信协议属于OSI七层模型中的应用层最初设计用于可编程逻辑控制器PLCModbus是一种开放式协议物理层支持使用RS232/RS485/RS422协议的串行设备同时还支持调制解调器
Modbus通过设备之间的串行线进行数据传输最简单的设置是使用一根串行电缆连接两个设备主设备和从设备上的串行端口
Modbus遵循主从模式通信实现主站与一个(单播)或多个(广播)从站交换报文数据通信由主机发起一问一答式从设备无法主动向主机发送数据。
常用类别有Modbus-RTU、Modbus-ASCII、Modbus-TCP这里主要介绍Modbus-RTU
4.2、Modbus-RTU
报文格式
地址码功能码数据CRC-161字节1字节n字节2字节
地址码0为主机广播地址1-247为从机地址248-255保留
功能码常用功能码如下表 代码 名称 作用 01 读取线圈状态 取得一组逻辑线圈的当前状态ON/OFF) 02 读取输入状态 取得一组开关输入的当前状态(ON/OFF) 03 读取保持寄存器 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值 04 读取输入寄存器 在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 05 强置(写)单线圈 强置一个逻辑线圈的通断状态 06 预置(写)单寄存器 放置一个特定的二进制值到一个单寄存器中 07 读取异常状态 取得8个内部线圈的通断状态 15 强置(写)多线圈 强置一串连续逻辑线圈的通断 16 预置(写)多寄存器 放置一系列特定的二进制值到一系列多寄存器中 17 报告从机标识 可使主机判断编址从机的类型及该从机运行指示灯的状态
数据通常包括起始地址、数据长度或数据都为大端模式低位存于高地址
CRC校验通常使用16位校验码采用小端模式低位存于低地址
Modbus-Rtu报文封装示例仅供参考 /// summary/// MODEBUS_RTU通信数据/// /summary/// param namedevadress地址码/param/// param namefunccode功能码/param/// param nameparaadress读/写参数代号地址起始地址/param/// param namevalue读取数据长度或写数据值/param/// returns/returnspublic static Listbyte GetModbusData(byte devadress, byte funccode, int paraadress, int value){Listbyte data new Listbyte(){devadress,funccode,};var high (paraadress 0xFF00) 8;//高8位var low paraadress 0xFF;//低8位data.Add(Convert.ToByte(high));data.Add(Convert.ToByte(low));high (value 0xFF00) 8;low value 0xFF;data.Add(Convert.ToByte(high));data.Add(Convert.ToByte(low));var res Crc16.CRC16(data.ToArray());//16位校验high (res 0xFF00) 8;low res 0xFF;data.Add(Convert.ToByte(low));data.Add(Convert.ToByte(high));return data;}
