串行接口是一种可以将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。
串口通信结构
串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。大多数计算机（不包括笔记本电脑）包含两个基于RS-232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。
串口通信
串口通信是在工程应用中很常见。在上位机与下位机通讯过程中常通过有线的串口进行通信，在低速传输模式下串口通信得到广泛使用。在说个之前先来简单解释一下上位机与下位机的概念。
上位机与下位机设计
通常上位机指的是PC，下位机指的是单片机或者带微处理器的系统。下位机一般是将模拟信号经过AD采集将模拟量转换为数字量，下位机再经过数字信号处理以后将数字信号通过串口发送到上位机，相反上位机可以给下位机发送一些指令或者信息。常见的通信串口包括RS232、RS485、RS422等。这些串口只是在电平特性有所不同，在上位机与下位机进行数据通信时可以不考虑电平特性，而且现在在硬件上有各种转接接口，使用起来也很方便。 当然在通常做简单的串口UART实验时我们可以使用各种各样的串口助手小软件，但是这些串口小工具有时候并不能很好满足需求，那就尝试着自己写一套属于自己的串口助手？接下来说说如何使用java实现上位机与下位机之间的RS485串口通信。 step 1：下载支持java串口通信的jar包，这里给出下载地址： http://files.cnblogs.com/files/Dreamer-1/mfz-rxtx-2.2-20081207-win-x86.zip（32bit 下载地址） http://files.cnblogs.com/files/Dreamer-1/mfz-rxtx-2.2-20081207-win-x64.zip （64位下载地址） 对以上的版本解释一下，因为本人在这里踩了一个坑，32位或者64位是与ecplise/myecplise一致，要是版本弄错了会报错。 step 2：下载了那个jar包解压后会出现以下内容：这个文件夹里面需要注意两点：jar包RXTXcomm需要导入到java工程里面去。另外就是需要将rxtxParallel.dll与rxtxSerial.dll复制在安装JDK的bin文件下和jre的bin文件夹下面，这样才能保证能够正常使用这个jar包。以下是将两个dll文件复制的位置： C：\Program Files （x86）\Java\jdk1.8.0_25\bin\ C：\Program Files （x86）\Java\jdk1.8.0_25\jre\bin\12 怎么讲jar包导入java工程里面就是比较简单的操作，可以参考：http://jingyan.baidu.com/arTIcle/ca41422fc76c4a1eae99ed9f.html 接下来就是使用该导入jar包进行编码实现串口通信的功能了。在编码之前先来理一理串口通信的主要环节，本人总结主要分为以下几点： 1）计算机首先需要进行硬件check，查找是否有可用的COM端口，并对该对端口进行简要判断，包括这些端口是否是串口，是否正在使用。以下是部分主要代码： public staTIc final ArrayList《String》 uartPortUseAblefind（） //由CommPorTIdenTIfier类提供方法 Enumeration《CommPortIdentifier》 portList=CommPortIdentifier.getPortIdentifiers（）; ArrayList《String》 portNameList=new ArrayList（）; while（portList.hasMoreElements（）） String portName=portList.nextElement（）.getName（）; portNameList.add（portName）; }123456789101112131415161718 ArrayList《String》 arraylist=UARTParameterSetup.uartPortUseAblefind（）; int useAbleLen=arraylist.size（）; System.out.println（“没有找到可用的串口端口，请check设备！”）; System.out.println（“已查询到该计算机上有以下端口可以使用：”）; for（int index=0;index《arraylist.size（）;index++） System.out.println（“该COM端口名称：”+arraylist.get（index））; 2）通过计算机对串口的自检后，可以对串口参数进行简单的配置。常见的配置可以从常见的串口助手中得到启发。以下是一个串口助手的人机交换界面： * 2）设置波特率 根据单板机的需求可以设置为57600 。。。 * 5）对以上条件进行check以后返回一个串口设置对象new UARTParameterSetup（） * 6）return：返回一个SerialPort一个实例对象，若判定该com口是串口则进行参数配置 * 若不是则返回SerialPort对象为null public static final SerialPort portParameterOpen（String portName，int baudrate） SerialPort serialPort=null; CommPortIdentifier portIdentifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier（portName）; //打开端口并设置端口名字 serialPort和超时时间 2000ms CommPort commPort=portIdentifier.open（portName，1000）; //进一步判断comm端口是否是串口 instanceof if（commPort instanceof SerialPort） System.out.println（“该COM端口是串口！”）; serialPort=（SerialPort）commPort; //设置baudrate 此处需要注意：波特率只能允许是int型 对于57600足够 serialPort.setSerialPortParams（baudrate， SerialPort.DATABITS_8，SerialPort.STOPBITS_1， SerialPort.PARITY_NONE）; System.out.println（“串口参数设置已完成，波特率为”+baudrate+“，数据位8bits，停止位1位，无奇偶校验”）; System.out.println（“该com端口不是串口，请检查设备！”）; //将com端口设置为null 默认是null不需要操作 catch （NoSuchPortException e） catch （PortInUseException e） catch （UnsupportedCommOperationException e） }12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455 以上代码就是返回一个对象，同时也返回了对象属性，因为对象在java里面是属于传值引用。对以上需要说明的是：在实验时需要连接串口才能让计算机检测到才能让程序工作，这里使用的是RS485转接线：3）通过以上两个步骤后基本对串口的设置也完成了，对于串口类型的确认例如：RS232/RS485/RS422等，可以作为进一步确认的条件。RS485可以在gnu.io中找到。 接下来就是上位机与下位机之间的双向通信的功能实现了。该部分主要是利用java的输入输出流来实现。以下是主要代码：public static void uartSendDatatoSerialPort（SerialPort serialPort，byte［］ dataPackage）out=serialPort.getOutputStream（）;System.out.println（“数据已发送完毕！”）;public static byte［］ uartReceiveDatafromSingleChipMachine（SerialPort serialPort）byte［］ receiveDataPackage=null;in=serialPort.getInputStream（）;int bufferLength=in.available（）;receiveDataPackage=new byte［bufferLength］;in.read（receiveDataPackage）;bufferLength=in.available（）;return receiveDataPackage;} 12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970 通过以上关于Uart两个基本类实现对底层Uart的功能封装，其中一个类主要负责Uart串口自检和基本设置，另外一个类主要has数据传输的两个方法。接下来以一个实例说一说通过RS485串口通信将系统当前时间发送至单板机系统。step 4：实现实时系统时间的数据包传输至下位机 这一步可以分为以下两个步骤：首先实现获取系统时间，将时间进行封装成帧；另外就是通过RS485串口将时间数据包发送至单板机系统进行解析。 根据java面对对象设计思想，这里将有关系统时间的方法归为一类。public static String getCurrentDateTime（）Calendar calendar=Calendar.getInstance（）;int year = calendar.get（Calendar.YEAR）;//获取年份int month=calendar.get（Calendar.MONTH）;//获取月份int day=calendar.get（Calendar.DATE）;//获取日期int minute=calendar.get（Calendar.MINUTE）;//分int hour=calendar.get（Calendar.HOUR）;//小时int second=calendar.get（Calendar.SECOND）;//秒String curerentDateTime = year + “ ” + （month + 1 ）+ “ ” + day + “ ”+ （hour+12） + “ ” + minute + “ ” + second + “ ”;timeCheckSum=year+（month+1）+day+（hour+12）+minute+second;java 提供了calender类，该类提供了一些与时间有关方法。至于Calendar.getInstance（）使用单例模式获取一个Calendar实例对象，单例模式就是一个类在任何时候只允许有一个实例化对象。获取系统时间除了使用Calendar还可以使用Date类，通过创建对象也可以实现系统当前时间的获取。timeCheckSum作为时间数据的校验和发送至单板机作为自定义协议的一部分。 由于发送的数据包通常是以字节（byte）为单位进行发送和传输的，因此需要将int型的时间转换为byte使用byte［］进行存储，作为一个数据包发送。public static byte［］ dateTimeBytesGet（String currenDateTime）byte［］ dateTimeBytes=new byte［rawDataSize+1］;String［］ currentDateTimeSplit=currenDateTime.split（“ ”）;if（currentDateTimeSplit.length==rawDataSize）//使用byte［］进行存储时需要 -128~+127for（int dataIndex=0;dataIndex《rawDataSize;dataIndex++）int dateTemp=Integer.parseInt（currentDateTimeSplit［dataIndex］）;byte H8bits=（byte）（（dateTemp）》》8）;byte L8bits=（byte）（（dateTemp）&0xff）;dateTimeBytes［dataIndex］= H8bits;dateTimeBytes［dataIndex+1］= L8bits;dateTimeBytes［dataIndex+1］=（byte）dateTemp;System.out.println（“当前时间获取出现异常数据”）;}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536 以上数据可以使用7个byte对时间数据进行存储，因为年份需要使用两个字节来存储，格式为高字节在前，低字节在后，之后依次存放。 将时间数据存放在byte［］数组以后接下来就是添加自己的协议部分了。该部分具有较大的随意性，因为该协议可以根据不同的风格有不同的形式。为了简单起见，只需要在时间数据byte［］之前添加head、CMD、时间数据长度length这三个字节进行补充，时间数据byte［］后面依次添加校验和高低字节以及tail指令即可。以上基本实现了一个简单的时间数据package。以下是本模块的代码：* 3）数据个数 length of data 7* 4）校验和 H8/L8 byte of check sum（高字节在前 低字节在后）public static byte［］ makeCurrentDateTimefromStringtoFramePackage（byte［］ dateTimeBytes）//在时间byte［］前后添加一些package校验信息byte［］ terimalTimePackage=new byte［dataLength］;terimalTimePackage［0］=0x2F;terimalTimePackage［1］=0X5A;for（int dataIndex=0;dataIndex《dateTimeBytes.length;dataIndex++）terimalTimePackage［dataIndex+3］=dateTimeBytes［dataIndex］;byte sumH8bits=（byte）（（timeCheckSum）》》8）;byte sumL8bits=（byte）（（timeCheckSum）&0xff）;terimalTimePackage［10］=sumH8bits;//高字节在前terimalTimePackage［11］=sumL8bits;//低字节在后terimalTimePackage［12］=0X30;return terimalTimePackage;}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435 下面给出了将时间数据byte数组进行解析的debug代码，一方面是确定上位机本部分模块的程序可靠性，另外也可以直接移植到下位机对数据包的解析之中。在下位机解析过程中需要注意一点：因为在java中8大基本类型都是带符号，年份时间和时间校验和拆分为高低字节时，低字节是二进制无符号的，但是计算机却是按照有符号数（补码方式）进行读取，例如在2016年转换为二进制数为：11111100000，那么高字节为00000111，低字节为11100000。计算机读取为：高字节为7，低字节为-32。其实由两个byte真实还原的过程应为：7《《8+（低字节二进制数字）=7*256+224=2016，因此在debug解析时间数据包时需要将有符号数字转换为无符号数字。public static String dateTimeBytesfromTostring（byte［］ currentDateTime）if（currentDateTime.length==7）string=（（currentDateTime［0］《《8）+bytetoUnsigendInt（currentDateTime［1］））+“ ”+currentDateTime［2］+“ ”+currentDateTime［3］+“ ”+currentDateTime［4］+“ ”+currentDateTime［5］+“ ”+public static int bytetoUnsigendInt（byte aByte）String s=String.valueOf（aByte）;for（int i=0;i《s.length（）;i++）bytetoUnsigendInt+=1《《（7-i）;return bytetoUnsigendInt;}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536372）将最后的时间数据包通过RS485串口发送至下位机 结合前面的串口程序就可以使用串口发送程序了。在程序debug的前期可以在程序的关键位置输出日志就是打印log的方法可以提高程序调试的效率。以下是主类的测试代码：SerialPort serialPort=UARTParameterSetup.portParameterOpen（arraylist.get（0）， 57600）;//退出程序 后续不需要监测 因为transimit一直需要保证连接状态DataTransimit.uartSendDatatoSerialPort（serialPort， dataFrame）;String currentDateTime=SystemDateTimeGet.getCurrentDateTime（）;System.out.println（currentDateTime）;byte［］ bytes=SystemDateTimeGet.dateTimeBytesGet（currentDateTime）;//System.out.println（Arrays.toString（bytes））;String str=SystemDateTimeGet.dateTimeBytesfromTostring（bytes）;//System.out.println（SystemDateTimeGet.bytetoUnsigendInt（（byte） -32））;byte［］ terimalTimeByte=SystemDateTimeGet.makeCurrentDateTimefromStringtoFramePackage（bytes）;System.out.println（Arrays.toString（terimalTimeByte））;DataTransimit.uartSendDatatoSerialPort（serialPort， terimalTimeByte）;123456789101112131415
以下是测试结果：
当RS485设备接入计算机时，控制台打印消息如下：通过以上几个步骤基本实现了上位机与下位机串口通信的功能，接下来还可以对程序进行改进： 1）添加界面，可以类比串口助手界面根据自身需要设计独具风格的人机交互界面。 2） 在程序中添加线程，在以上程序中对于系统时间的获取可以通过线程的方式进行获取，这样上位机就可以一直往下位机发送数据包，而不是仅仅发一次。 3）对于上位机数据接收，除了以上最基本的接收功能外，还可以使用JDBC与mysql等数据进行存储，并绘画数据曲线实现特性分析。
End
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