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  • 异步同步通信数据帧格式

    千次阅读 2020-07-10 13:52:52
    1. 异步通信的特点及信息帧格式: 以起止式异步协议为例,下图显示的是起止式一帧数据的格式: 图1 起止式异步通信的特点是:一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,总是以"起始位"开始,以...
    串口扫盲六:异步通信方式
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    串行通信可以分为两种类型:同步通信、异步通信.

    1. 异步通信的特点及信息帧格式:

    以起止式异步协议为例,下图显示的是起止式一帧数据的格式:

    图1

    起止式异步通信的特点是:一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,总是以"起始位"开始,以"停止位"结束,字符之间没有固定的时间间隔要求.每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值),字符本身由5-7位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),最后是一位或一位半或二位停止位,停止位后面是不定长的空闲位.停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值1),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿.

    从图中可看出,这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起止式协议.

    异步通信可以采用正逻辑或负逻辑,正负逻辑的表示如下表所示:

     

    逻辑0

    逻辑1

    正逻辑

    低电平

    高电平

    负逻辑

    高电平

    低电平

    异步通信的信息格式如下边的表所示:

    起始位

    逻辑0

    1位

    数据位

    逻辑0或1

    5位、6位、7位、8位

    校验位

    逻辑0或1

    1位或无

    停止位

    逻辑1

    1位,1.5位或2位

    空闲位

    逻辑1

    任意数量

    注:表中位数的本质含义是信号出现的时间,故可有分数位,如1.5.

    例:传送8位数据45H(0100,0101B),奇校验,1个停止位,则信号线上的波形象图2所示那样:异步通信的速率:若9600bps,每字符8位,1起始,1停止,无奇偶,则实际每字符传送10位,则960字符/秒.

    图2

    2. 异步通信的接收过程

    接收端以"接收时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.下面以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期,使接收移位寄存器移位一次),正逻辑为例说明,如图3所示.

    图3

    1. 开始通信时,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由1到0的跳变时,开始对"接收时钟"计数.
    2. 当计到8个时钟时,对输入信号进行检测,若仍为低电平,则确认这是"起始位"B,而不是干扰信号.
    3. 接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D0位数据.若为逻辑1, 作为数据位1;若为逻辑0,作为数据位0.
    4. 再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D1位数据.….,直到全部数据位都输入.
    5. 检测校验位P(如果有的话).
    6. 接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1),若此时未收到逻辑1,说明出现了错误,在状态寄存器中置"帧错误"标志.若没有错误,对全部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器.若校验错,在状态寄存器中置奇偶错标志.
    7. 本幀信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为空闲位.

    当信号再次变为低时,开始进入下一幀的检测.

    3. 异步通信的发送过程

    发送端以"发送时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.

     

    1. 当初始化后,或者没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.
    2. 当需要发送时,发送端首先输出逻辑0,作为起始位.
    3. 接着,发送端首先发送D0位,直到各数据位发送完.
    4. 如果需要的话,发送端输出校验位.
    5. 最后,发送端输出停止位(逻辑1).
    6. 如果没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.如果还有信息需要发送,转入第(2)步.

    对于以上发送、接收过程应注意以下几点:

    1. 接收端总是在每个字符的头部(即起始位)进行一次重新定位,因此发送端可以在字符之间插入不等长的空闲位,不影响接收端的接收.
    2. 发送端的发送时钟和接收端的接收时钟,其频率允许有一定差异,当频率差异在一定范围内,不会引起接收端检测错位,能够正确接收.并且这种频率差异不会因多个字符的连续接收而造成误差累计(因为每个字符的开始(起始位处)接收方均重新定位).只有当发送时钟和接收时钟频率差异太大,引起接收端采样错位,才造成接收错误.
    3. 起始位,校验位,停止位,空闲位的信号,由"发送移位寄存器"自动插入.在接收方,"接收移位寄存器"接收到一帧完整信息(起始,数据,校验,停止)后,仅把数据的各位送至"数据输入寄存器",即CPU从"数据输入寄存器"中读得的信息,只是有效数字,不包含起始位,校验位,停止位信息.
    展开全文
  • QT5串口通信(Hex格式传输)

    千次阅读 2018-10-25 10:38:29
    博客园-菜头大大:QT串口通信 CSDN-宗师之路:QT实现串口通信(附源码下载) CSDN-xz-c:C++将10进制字符串转为16进制字符串 QT实现串口通信 在工程文件(.pro)中添加串口通信相关运行库:QT += serialport 在...

    参考博客:

    1. 博客园-菜头大大:QT串口通信
    2. CSDN-宗师之路:QT实现串口通信(附源码下载)
    3. CSDN-xz-c:C++将10进制字符串转为16进制字符串

    本文改进

    1. 在前辈们的代码基础上进行改进,使操作更符合逻辑
    2. 优化代码结构,提高了代码的可移植性

    QT实现串口通信

    1. 在工程文件(.pro)中添加串口通信相关运行库:QT += serialport
    2. 在头文件中添加
      #include <QtSerialPort/QSerialPort>
      #include <QtSerialPort/QSerialPortInfo>
      
    3. 在头文件中定义全局的串口对象:QSerialPort *serial;

    串口通讯步骤

    1. 设置串口名称
      • 寻找可用串口
        void control::scanPort()
        {
            this->ui->cb_port->clear();
            int isHavePort = 0;
            foreach(const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts())
            {
                QSerialPort serial;
                serial.setPort(info);
                //判断端口能否打开
                if(serial.open(QIODevice::ReadWrite))
                {
                    this->ui->cb_port->addItem(serial.portName());
                    isHavePort ++;
                }
                if(isHavePort == 0){
                    QMessageBox::information(NULL, "警告", "没有可用串口");
                }
            }
        }
        
      • 设置串口名
        serial = new QSerialPort;
        //设置串口名
        serial->setPortName(this->ui->cb_port->currentText());
        
    2. 打开串口
      serial->open(QIODevice::ReadWrite);
      
    3. 设置波特率
      serial->setBaudRate(QSerialPort::Baud115200);//设置波特率为115200
      
    4. 设置数据位
      serial->setDataBits(QSerialPort::Data8);//设置数据位8
      
    5. 设置校验位
      serial->setParity(QSerialPort::NoParity); //无校验位
      
    6. 设置停止位
      serial->setStopBits(QSerialPort::OneStop);//停止位设置为1
      
    7. 设置流控制
      serial->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);//设置为无流控制
      

    通过上述操作,串口的基本设置就设置好了,接下来需要实现数据的接收和发送:

    1. 在打开串口按钮中执行的操作中添加槽函数,当下位机中有数据发送过来时就会相应这个槽函数
      connect(serial, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(readData()));
      
    2. 从上位机发送数据到下位机,发送内容位ASII码值或者为Hex格式;根据自身需求,我将数据进行了转换和格式化,此处为Hex格式。
      serial->write(QString2Hex(formatInput(hexStr)));
      

    进制转换及格式化

    由于下位机需求,需要两帧将数据发送过去,经过多番考虑,最终决定将十进制转换为16进制,然后以Hex进行发送

    1. 十进制转换为16进制字符串
      //将十进制int转换为十六进制字符串
      QString control::decInt2HexStr(int dec)
      {
          //保证数据在两帧范围内
          if(dec > 65535)
          {
              QMessageBox::information(NULL, "警告", "输入超出规定范围(input < 65535)");
              return "0";
          }
          QString hexStr;
          int temp = dec / 16;
          int left = dec % 16;
          if(temp > 0)
              hexStr += decInt2HexStr(temp);
          if(left < 10)
              hexStr += (left + '0');
          else
              hexStr += ('A' + left - 10);
          return hexStr;
      }
      
    2. 将字符串转换为Hex格式
      //字符串转Hex(QByteArray)类型
      QByteArray control::QString2Hex(QString hexStr)
      {
          QByteArray senddata;
          int hexdata, lowhexdata;
          int hexdatalen = 0;
          int len = hexStr.length();
          senddata.resize(len/2);
          char lstr, hstr;
          for(int i = 0; i < len; )
          {
              //将第一个不为' '的字符赋给hstr;
              hstr = hexStr[i].toLatin1();
              if(hstr == ' ')
              {
                  i++;
                  continue;
              }
              i++;
              //当i >= len时,跳出循环
              if(i >= len)
                  break;
              //当i < len时,将下一个字符赋值给lstr;
              lstr = hexStr[i].toLatin1();
              //将hstr和lstr转换为0-15的对应数值
              hexdata = ConvertHexChar(hstr);
              lowhexdata = ConvertHexChar(lstr);
              //
              if((hexdata == 16) || (lowhexdata == 16))
                  break;
              else
                  hexdata = hexdata * 16 + lowhexdata;
              i++;
              senddata[hexdatalen] = (char)hexdata;
              hexdatalen++;
          }
          senddata.resize(hexdatalen);
          return senddata;
      }
      
      //将单个字符串转换为hex
      //0-F -> 0-15
      char control::ConvertHexChar(char c)
      {
          if((c >= '0') && (c <= '9'))
              return c - 0x30;
          else if((c >= 'A') && (c <= 'F'))
              return c - 'A' + 10;//'A' = 65;
          else if((c >= 'a') && (c <= 'f'))
              return c - 'a' + 10;
          else
              return -1;
      }
      
    3. 输出形式格式化
      //将输入格式化,补满四位:0XFFFF
      QString control::formatInput(QString hexStr)
      {
          int strlen = hexStr.length();
          switch(strlen)
          {
              case 0:
                  hexStr = "0000";
                  break;
              case 1:
                  hexStr = "000" + hexStr;
                  break;
              case 2:
                  hexStr = "00" + hexStr;
                  break;
              case 3:
                  hexStr = "0" + hexStr;
                  break;
              case 4:
                  hexStr = hexStr;
                  break;
              default:
                  break;
          }
          return hexStr;
      }
      

    UI展示

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  • 深入剖析串口通信数据格式

    万次阅读 多人点赞 2017-11-05 21:20:00
    串口是**串行接口...串口通信是指采用串行通信协议(serial communication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。 串口按电气标准及协议来划分,包括**RS-232-C**、RS-422、RS485等。

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    串口

    串口是串行接口(serial port)的简称,也称为串行通信接口或COM接口。串口通信是指采用串行通信协议(serial communication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。 串口按电气标准及协议来划分,包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

    在串行通信中,数据在1位宽的单条线路上进行传输,一个字节的数据要分为8次,由低位到高位按顺序一位一位的进行传送。串行通信的数据是逐位传输的,发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔,这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅如此,接收方还必须能够确定一个信息组的开始和结束。常用的两种串行通信方式包括同步通信和异步通信。

    #TTL电平和RS232电平
    TTL电平:+5V等价于逻辑"1",0V等价于逻辑"0";

    RS232电平: 串口的一个标准,采用负逻辑。

    1. 在TXD和RXD上:逻辑"1" = -15V ~ -3V,逻辑"0" = +3V ~ +15V

    2. 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:信号有效(接通,ON状态,正电压,高电平)= +3V~+15V,信号无效(断开,OFF状态,负电压,低电平) = -3V~-15V

    #9针串口(DB9)
    这里写图片描述

    管脚功能说明如下:
    这里写图片描述
    #串行同步通信与串行异步通信
    (PS:本节中电平为TTL电平)

    同步通信(SYNC:synchronous data communication)是指在约定的通信速率下,发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致(同步),这样就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。

    异步通信(ASYNC:asynchronous data communication),是以字符为单位进行传输的,字符之间没有固定的时间间隔要求,而每个字符中的各位则以固定的时间传送。 异步通信中,收发双方取得同步是通过在字符格式中设置起始位和停止位的方法来实现的。具体来说就是,在一个有效字符正式发送之前,发送器先发送一个起始位,然后发送有效字符位,在字符结束时再发送一个停止位,起始位至停止位构成一帧。停止位至下一个起始位之间是不定长的空闲位,并且规定起始位为低电平(逻辑值为0),停止位和空闲位都是高电平(逻辑值为1),这样就保证了起始位开始处一定会有一个下跳沿,由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据起始位和停止位也就很容易的实现了字符的界定和同步。
    显然,采用异步通信时,发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收,这两个时钟源彼此独立,可以互不同步。
    #异步通信的数据格式
    (PS:本节电平为TTL电平)

    一个数据帧包括:1个起始位(低电平),8个数据位,1个校验位,1个停止位(高电平,表示数据帧结束),如下图所示。
    这里写图片描述

    1. 在信号线上共有两种状态,可分别用逻辑1(高电平)和逻辑0(低电平)来区分。在发送器空闲时,数据线应该保持在逻辑高电平状态

    2. 起始位(Start Bit):发送器是通过发送起始位而开始一个字符传送,起始位使数据线处于逻辑0状态,提示接受器数据传输即将开始;

    3. 数据位(Data Bits):起始位之后就是传送数据位。数据位一般为8位一个字节的数据(也有6位、7位的情况),标准的ASCII码是0127(7位),扩展的ASCII码是0255(8位),低位(LSB)在前,高位(MSB)在后

    4. 校验位(parity Bit):校验位一般用来判断接收的数据位有无错误,分为NONE(无校验位)/ODD(奇校验)/EVEN(偶校验)/MASK(标志位,校验位一直为1)/SPACE(空白,校验位一直为0),例如,如果数据是1011,那么对于偶校验,校验位为1,保证逻辑高的位数是偶数个,如果是奇校验,校验位为0,保证逻辑低的位数是奇数个。一般是奇偶校验,在使用中,该位常常取消;

    5. 停止位:停止位在最后,用以标志一个字符传送的结束,它对应于逻辑1状态

    6. 位时间:即每个位的时间宽度,起始位、数据位、校验位的位宽度是一致的,停止位有1位、1.5位、2位格式,一般为1位。
      #异步数据的数据发送过程
      发送数据的具体步骤如下:

    7. 初始化后或者没有数据需要发送时,发送端输出逻辑1,可以有任意数量的空闲位;

    8. 当需要发送数据时,发送端首先输出逻辑0,作为起始位;

    9. 接着开始输出数据位,发送端首先输出数据的最低位D0,然后是D1,最后是数据的最高位;

    10. 如果设有奇偶检验位,发送端输出检验位;

    11. 最后,发送端输出停止位(逻辑1);

    12. 如果没有信息需要发送,发送端输出逻辑1(空闲位),如果有信息需要发送,则转入步骤2;

    13. 如果是以232电平发送的,示波器上看到的发送端信号应是上述数据包取反后的结果(负逻辑)。
      #异步通信的数据接收过程
      在异步通信中,接收端以接收时钟和波特率因子决定每一位的时间长度。下面以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期使接收移位寄存器移位一次)为例来说明:

    14. 开始通信,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由1到0的跳变时,开始对接收时钟计数;

    15. 接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟对输入信号检测一次,把对应的值作为D0位数据;

    16. 再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D1位数据,直到全部数据位都输入;

    17. 检验奇偶检验位;

    18. 接收到规定的数据位个数和校验位之后,通信接口电路希望收到停止位(逻辑1),若此时未收到逻辑1,说明出现了错误,在状态寄存器中置“帧错误”标志;若没有错误,对全部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器中取出送至数据输入寄存器,若校验错,在状态寄存器中置“奇偶错”标志;

    19. 本帧信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为空闲位;

    20. 当信号再次变为低时,开始进入下一帧的检测。
      (PS1:接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系:
      f = n × B 这里f 是发送时钟或接收时钟的频率; B 是数据传输的波特(Baud)率; n 称为波特率因子。设发送或接收时钟的周期为Tc,发送一个波形所需要的传输时间为Td,则: Tc = 1/f , Td = 1/B ,得到: Tc = Td /n,从而n代表发送一个波形需要几个时钟周期。 在实际串行通信中,波特率因子可以设定。在异步传送时,n = 1,16,64,常采用n = 16,即发送或接收时钟的频率要比数据传送的波特率高n倍。在同步通信时,波特率因子n必须等于1。
      **PS2:**波特率与比特率的关系:
      波特率代表1秒钟发送波形的个数,而比特率代表1秒钟发送比特的个数。在采用二进制传输的情况下,发送的波形一共有两种波形,即高电平和低电平,那么一个波形代表一个比特,因此波特率和比特率相等;在采用四进制传输的情况下,发送的波形一共有4种波形,此处假设发送的最高电平为3V,发送00的波形为0V,发送01的波形为1V,发送10的波形为2V,发送11的波形为3V,那么一个波形代表两个比特,因此比特率是波特率的两倍;同理,在采用八进制传输的情况下,比特率是波特率的三倍,以此类推。)

    #串口助手通过DB9串口发送数据剖析
    波特率115200bps,每个比特时间:1s/115200 = 1000000us/115200=8.68us。
    ##发送5C4E,偶校验
    1.串口调试助手

    这里写图片描述

    2.5C4E对应二进制:0101_1100_0100_1110,分别对2个字节加起始位、校验位、停止位(data的LSB先发):
          b |<–data–>| ps
    0101_1100:0_0011_1010_0_1

    b |<–data–>| ps
    0100_1110:0_0111_0010_0_1
    合起来为:0_0011_1010_0_1_0_0111_0010_0_1
    3.转换为负逻辑:1_1100_0101_1_0_1_1000_1101_1_0,波形如下图,可以看到数据流的1逻辑为-11V,0逻辑为+11V:
    这里写图片描述
    ##发送7B3D2A,无奇偶校验位
    1.串口调试助手
    这里写图片描述

    2.7B3D2A对应二进制:0111_1011_0011_1101_0010_1010,分别对3个字节加起始位、停止位(data的LSB先发):
           b |<–data–>| s
    0111_1011:0__11011110__1

    b |<–data–>| s
    0011_1101:0__10111100__1

    b |<–data–>| s
    0010_1010:0__01010100__1
    合起来为:0_1101_1110_1_0_1011_1100_1_0_0101_0100_1
    3.转换为负逻辑:1_0010_0001_0_1_0100_0011_0_1_1010_1011_0,波形如下图,可以看到数据流的1逻辑为-11V,0逻辑为+11V:
    这里写图片描述
    #参考文献
    https://wenku.baidu.com/view/83fc202b19e8b8f67d1cb93e.html
    https://wenku.baidu.com/view/681e210aba1aa8114431d9d4.html

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  • 在编写PC与串口通信帧时或单片机与单片机通信时,经常会因为结构体对齐模式花费大量的时间进行调试,如声明一个结构体: typedef struct { unsigned char Start;//表头 unsigned char Address;//从机地址 ...

    在编写PC与串口通信帧时或单片机与单片机通信帧时,经常会因为结构体对齐模式花费大量的时间进行调试,如声明一个结构体:

    typedef struct
    {
    unsigned char Start;//表头
    unsigned char Address;//从机地址
    unsigned char Command;//命令号
    unsigned int CRC;//循环校验码

    }StructA;

    常用方法:首先将结构体逐个赋值,然后编写一个程序调用结构体内部所有的数据并逐个按照协议发送出去。

    缺点是复杂化,且极容易出现违法协议规则。

    较好的使用方法是:

    在声明结构体前部加上pack(1),VS2008上为“#pragma pack(1),从而使结构体对齐模式改为单字节对齐模式,而非编译器的优化

    对齐模式,然后在函数内部直接将结构体用memcpy拷贝到发送缓冲器buffer中。

    附录memcpy使用方法:

    函数原型

    void *memcpy(void*dest, const void *src, size_t n);

    功能

    由src指向地址为起始地址的连续n个字节的数据复制到以destin指向地址为起始地址的空间内。

    头文件

    #include<string.h>

    返回值

      函数返回一个指向dest的指针。

    说明

      1.source和destin所指内存区域不能重叠,函数返回指向destin的指针。

      2.与strcpy相比,memcpy并不是遇到'\0'就结束,而是一定会拷贝完n个字节。

    memcpy用来做内存拷贝,你可以拿它拷贝任何数据类型的对象,可以指定拷贝的数据长度;

    例:

      char a[100], b[50];

      memcpy(b, a,sizeof(b)); //注意如用sizeof(a),会造成b的内存地址溢出。

      strcpy就只能拷贝字符串了,它遇到'\0'就结束拷贝;例:

      char a[100], b[50];

    strcpy(a,b);

      3.如果目标数组destin本身已有数据,执行memcpy()后,将覆盖原有数据(最多覆盖n)。如果要追加数据,则每次执行memcpy后,要将目标数组地址增加到你要追加数据的地址。

      //注意,source和destin都不一定是数组,任意的可读写的空间均可。

    程序例

    example1

      作用:将s中的字符串复制到字符数组d中。

      //memcpy.c

      #include<stdio.h>

      #include<string.h>

      intmain()

      {

      char*s="Golden Global View";

      chard[20];

      clrscr();

      memcpy(d,s,strlen(s));

      d[strlen(s)]='\0';//因为从d[0]开始复制,总长度为strlen(s),d[strlen(s)]置为结束符

      printf("%s",d);

      getchar();

      return0;

      }

      输出结果:GoldenGlobal View

    example2

      作用:将s中第14个字符开始的4个连续字符复制到d中。(从0开始)

      #include<string.h>

      intmain()

      {

      char*s="Golden Global View";

      chard[20];

      memcpy(d,s+14,4);//从第14个字符(V)开始复制,连续复制4个字符(View)

      //memcpy(d,s+14*sizeof(char),4*sizeof(char));也可

      d[4]='\0';

      printf("%s",d);

      getchar();

      return0;

      }

      输出结果: View

    example3

      作用:复制后覆盖原有部分数据

      #include<stdio.h>

      #include<string.h>

      intmain(void)

      {

      charsrc[] = "******************************";

      chardest[] = "abcdefghijlkmnopqrstuvwxyz0123as6";

      printf("destinationbefore memcpy: %s\n", dest);

      memcpy(dest,src, strlen(src));

      printf("destinationafter memcpy: %s\n", dest);

      return0;

      }

      输出结果:

      destinationbefore memcpy:abcdefghijlkmnopqrstuvwxyz0123as6

      destinationafter memcpy: ******************************as6




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空空如也

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串行通信字符帧格式