电脑通信

使用电脑和机器人进行通信，首先我们需要接触的部件是计算机 的接口，计算机接口属于机器人的神经通路。目前，用于计算机出输 入/输出接口有串行接口和并行接口两类。两种串口的主要区别是并 行接口一次传输多个字节，串行接口一次则只能传送一个字节。计算 机上面的串行接口有 RS-232 型(COM)接口，通用串行总线接口 (USB)，IEEE 1394 接口。并行接口有 LPT 打印机接口等。各种不同 类型的接口有不同的传输速率，用于不同的通信要求。

RS-232 串口也就是 COM 接口，是采用串行通信协议的扩展接口，

数据传输率是 115kbps~230kbps。USB 是英文 Universal Serial BUS 的缩 写，是一种高速串行接口。目前电脑上面使用的 USB 接口属于 USB2.0，

最高速度可以达到 480Mbps。

在自主移动机器人中，计算机可以利用 RS232 串口与下层的控制 系统进行通信，传输所需要的控制指令并且可以接受反馈信息。但是 通常现在的笔记本都去掉了 RS232 接口，但是我们必须要用，那么我 们该怎么办呢？其实我们可以很方便的使用 USB 接口进行串口转换。

我们需要的是一根 USB 转 RS-232 串口线和其驱动程序，串口线如图

所示：

我们将串口线的 USB 端插到电脑的 USB 接口上，这时电脑会显 示无法找到驱动程序。我们必须要做的工作是安装此串口线的驱动程 序，相应的程序会在购买串口线时附带的光盘中有，也可以从相关网 站上下载。安装好驱动程序之后，我们就可以使用此串口进行串口通 信了。

查看我们使用的是几号 COM 端口的方法是：右键点击我的电脑，

选择管理，选择左侧栏的设备管理器，然后我们就可以在右边的选项 中找到我们使用的端口是几号端口了。这个号码在写串口通信程序的 时候会用到，在用串口调试软件或者进行单片机烧录的时候都要用到。

了解了 RS232 串口以及 USB 转串口的相关内容，下面我们介绍 一下电平转换的知识，将串口 RS232 输出的 EIA 电平转换成 TTL 电 平。

TTL 电平信号数据表示通常采用二进制规定，+5V 等价于逻辑

“1”，0V 等价于逻辑“0”，这被称做 TTL（Transistor-Transistor Logic 晶 体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内

部各部分之间通信的标准技术。另外，TTL 型通信大多数情况下，是 采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过 10 英尺的距离就 不适合了。这是由于可靠性和成本两方面的原因。因为在并行接口中 存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。

TTL 输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出 高电平是 3.5V，输出低电平是 0.2V。TTL 电路是电流控制器件，TTL 电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。TTL 器件输 出低电平要小于 0.8V，高电平要大于 2.4V。输入，低于 1.2V 就认为 是 0，高于 2.0V 就认为是 1。

RS-232-C 是 美 国 电 子 工 业 协 会 EIA （ Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。采用 150pF/m 的通信电 缆时，最大通信距离为 15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可 以增加。传输距离短的另一原因是 RS-232 属单端信号传送，存在共 地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 20m 以内的通信。

RS-232C 规定了自己的电气标准，由于它是在 TTL 电路之前研 制的，所以它的电平不是+5 V 和地，而是采用负逻辑，即逻辑“0”：

+5 V～+15 V；逻辑“1”：-5 V～-15 V。（相比之下，TTL 电平：逻辑

“0：<0.4V；逻辑“1”：+3 V～+5 V ）。因此，RS-232C 不能和 TTL 电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使 TTL 电路烧坏，

实际应用时必须注意！

按照串行数据的同步方式，串行通信可以分为同步通信和异步通

信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收 的，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。

同步通信的数据传输速率较高，通常可达56Mb/s或更高。同步通 信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，故发送时钟除和 发送波特率保持一致外，还要求把它同时传送到接收端去。异步通信，

发送端和接收端可以有各自的时钟来控制数据的发送和接收，两个时 钟源彼此独立，互不同步。平时，发送线为高电平，每当接收端检测 到传输线上发送过来的低电平时，就知道发送端已开始发送，每当接 收端接收到字符桢中的停止位时，就知道一桢字符信息已发送完毕。

实验中采用的串口是9针串口（DB9），通信距离较近时(<12m)，

可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422,RS485较远)，若距离较 远，需附加调制解调器（MODEM）。最为简单且常用的是三线制接 法，即地、接收数据和发送数据三脚相连。

（1）DB9的常用信号脚说明

表4-1 DB9的常用信号脚及说明

针号 功能说明 缩写

1 数据载波检测 DCD

2 接收数据 RXD

3 发送数据 TXD

4 数据终端准备 DTR

5 信号地 GND

6 数据设备准备好 DSR

7 请求发送 RTS

8 清除发送 CTS

9 振铃指示 DELL

（2）RS232C串口通信接线方法（三线制）

首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：

同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串 口和多个串口相连。同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 ， 对9针串口，是2与3直接相连；两个不同串口（不论是同一台计算机 的两个串口或分别是不同计算机的串口）。只要记住一个原则：接收 数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号地 对应相接。三线制最基本的意思就是虽然串口是有9个引脚，但是我 们只使用其中的三个，即TXD、RXD和GND，其他的引脚在串口通 信中不使用。

（3）串口调试中要注意的几点：

串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口 精灵等，有事半功倍之效果； 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时 至少有一端是断电的，否则串口易损坏。

（4）单工、半双工和全双工的定义

如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，

则称为单工。如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，

但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。如果在任意时刻，

线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。

（5）奇偶校验

串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，我们称 为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发 现错误后，如何消除错误，叫“纠错”。最简单的检错方法是“奇偶 校验”，即在传送字符的各位之外，再传送 1 位奇/偶校验位。可采 用奇校验或偶校验。奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码

（1 位误码能检出，2 位及 2 位以上误码不能检出），同时，它不能 纠错。在发现错误后，只能要求重发。

计算机在运动控制中承载者一定的上层决策指挥的作用，因此被 称为上位机，机器人上面的控制芯片可以接受计算机传输的指令信号，

在这里可以称为下位机。上下位机之间的通信可以按照一定的格式编 排。我们可以按照这样的格式：开始位—>数据位—>结束位。如我们 设置开始位为 B，结束位是 S，数据位为 01,22,02,55。约定数据位的 01 指机器人正向转动，22 指转动的速度；02 指机器人右轮反向转动，

55 指转动的速度。当然机器人还有其他的指令，我们可以根据实际 的要求扩大指令位的长度。当然了，这仅仅是一种指令的传输格式，

我们也可以采取其他的方式。