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串口通信

串口通信的兩種基本方式

異步數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送過程

異步通信的數(shù)據(jù)接收過程

9針串口（DB9）

TTL與RS232區(qū)別

TTL:

RS232：

串口通信的數(shù)據(jù)格式

通訊方式

偶校驗(yàn)與奇校驗(yàn)

停止位

波特率（波特率就是每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)）

典型的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)

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• 串口通信

串行接口簡(jiǎn)稱串口，也稱串行通信接口（通常指COM接口）：是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。

• 串口通信的兩種基本方式

1、同步通信（SYNC:synchronous data communication）(有時(shí)鐘信號(hào)來做同步)：

是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致（同步），這樣就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。

同步串行通信SPI(是Serial Peripheral Interface 串行外圍設(shè)備接口簡(jiǎn)稱)，SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行的外設(shè)接口，1它可以是MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。

2、異步通信（ASYNC:asynchronous data communication）：

是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)?#xff0c;字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求，而每個(gè)字符中的各位則以固定的時(shí)間傳送。 異步通信中，收發(fā)雙方取得同步是通過在字符格式中設(shè)置起始位和停止位的方法來實(shí)現(xiàn)的。具體來說就是，在一個(gè)有效字符正式發(fā)送之前，發(fā)送器先發(fā)送一個(gè)起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時(shí)再發(fā)送一個(gè)停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。停止位至下一個(gè)起始位之間是不定長(zhǎng)的空閑位，并且規(guī)定起始位為低電平（邏輯值為0），停止位和空閑位都是高電平（邏輯值為1），這樣就保證了起始位開始處一定會(huì)有一個(gè)下跳沿，由此就可以標(biāo)志一個(gè)字符傳輸?shù)钠鹗肌６鶕?jù)起始位和停止位也就很容易的實(shí)現(xiàn)了字符的界定和同步。

異步串行通信UART(無時(shí)鐘信號(hào))(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，即通用異步接受/發(fā)送。

UART包含TTL和RS232電平。TTL電平是3.3V的；而RS232是負(fù)邏輯電平，它定義+3V~+15V為低電平，而-15~-3為高電平，通常PC機(jī)串口與單片機(jī)串口通信需要電平轉(zhuǎn)換芯片，例如：MAX232。

顯然，采用異步通信時(shí)，發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，可以互不同步。

• 異步數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送過程

發(fā)送數(shù)據(jù)的具體步驟如下：

初始化后或者沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，可以有任意數(shù)量的空閑位；

當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端首先輸出邏輯0，作為起始位；

接著開始輸出數(shù)據(jù)位，發(fā)送端首先輸出數(shù)據(jù)的最低位D0，然后是D1，最后是數(shù)據(jù)的最高位；

如果設(shè)有奇偶檢驗(yàn)位，發(fā)送端輸出檢驗(yàn)位；

最后，發(fā)送端輸出停止位（邏輯1）；

如果沒有信息需要發(fā)送，發(fā)送端輸出邏輯1（空閑位），如果有信息需要發(fā)送，則轉(zhuǎn)入步驟2；

如果是以232電平發(fā)送的，示波器上看到的發(fā)送端信號(hào)應(yīng)是上述數(shù)據(jù)包取反后的結(jié)果（負(fù)邏輯）。

• 異步通信的數(shù)據(jù)接收過程

在異步通信中，接收端以接收時(shí)鐘和波特率因子決定每一位的時(shí)間長(zhǎng)度。下面以波特率因子等于16（接收時(shí)鐘每16個(gè)時(shí)鐘周期使接收移位寄存器移位一次）為例來說明：

開始通信，信號(hào)線為空閑（邏輯1），當(dāng)檢測(cè)到由1到0的跳變時(shí)，開始對(duì)接收時(shí)鐘計(jì)數(shù)；

接收端檢測(cè)到起始位后，隔16個(gè)接收時(shí)鐘對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)；

再隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入；

檢驗(yàn)奇偶檢驗(yàn)位；

接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位之后，通信接口電路希望收到停止位（邏輯1），若此時(shí)未收到邏輯1，說明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯(cuò)誤”標(biāo)志；若沒有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中取出送至數(shù)據(jù)輸入寄存器，若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置“奇偶錯(cuò)”標(biāo)志；

本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位；

當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開始進(jìn)入下一幀的檢測(cè)。
（PS1：接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘與波特率有如下關(guān)系：
f = n × B 這里f 是發(fā)送時(shí)鐘或接收時(shí)鐘的頻率; B 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ?Baud)率； n 稱為波特率因子。設(shè)發(fā)送或接收時(shí)鐘的周期為Tc，發(fā)送一個(gè)波形所需要的傳輸時(shí)間為Td，則： Tc = 1/f , Td = 1/B ，得到： Tc = Td /n，從而n代表發(fā)送一個(gè)波形需要幾個(gè)時(shí)鐘周期。 在實(shí)際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送時(shí)，n = 1，16，64，常采用n = 16，即發(fā)送或接收時(shí)鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高n倍。在同步通信時(shí)，波特率因子n必須等于1。
PS2：波特率與比特率的關(guān)系：
波特率代表1秒鐘發(fā)送波形的個(gè)數(shù)，而比特率代表1秒鐘發(fā)送比特的個(gè)數(shù)。在采用二進(jìn)制傳輸?shù)那闆r下，發(fā)送的波形一共有兩種波形，即高電平和低電平，那么一個(gè)波形代表一個(gè)比特，因此波特率和比特率相等；在采用四進(jìn)制傳輸?shù)那闆r下，發(fā)送的波形一共有4種波形，此處假設(shè)發(fā)送的最高電平為3V，發(fā)送00的波形為0V，發(fā)送01的波形為1V，發(fā)送10的波形為2V，發(fā)送11的波形為3V，那么一個(gè)波形代表兩個(gè)比特，因此比特率是波特率的兩倍；同理，在采用八進(jìn)制傳輸?shù)那闆r下，比特率是波特率的三倍，以此類推。）

• 9針串口（DB9）

1：DCD 載波檢測(cè)

2：RXD 接受數(shù)據(jù)（方向：始終從終端到計(jì)算機(jī)）

3：TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（方向：始終從計(jì)算機(jī)到終端）

4：DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好

5：GND 地線信號(hào)

6：DSR 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好

7：RTS 請(qǐng)求發(fā)送

8： CTS 清除發(fā)送

9：RI??????振鈴指示

• ?TTL與RS232區(qū)別

• ?TTL:

TLL（Transistor-Transistor Logic，晶體管-晶體管邏輯），TTL電平即TTL電路輸出的電平，TTL電路的工作電壓是5V，它的輸出可以是高電平（3.6V）或者低電平（0.3V）。由于電平是一個(gè)連續(xù)變化的電壓范圍，為了用這種模擬量的電壓來表示數(shù)字量的邏輯1和邏輯0，TTL電平規(guī)定：

對(duì)于輸出電路：電壓大于等于（≥）2.4V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.4V為邏輯0；

對(duì)于輸入電路：電壓大于等于（≥）2.0V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.8V為邏輯0；

邏輯高電平==’1‘==Vcc==3.3V或5V

邏輯低電平==’0‘==0V==0V

• RS232：

S232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1962年發(fā)布的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，RS即Recomend Standard，推薦標(biāo)準(zhǔn)，232為標(biāo)示號(hào)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信的物理接口及邏輯電平都做了規(guī)定。最簡(jiǎn)單的RS232通信由三條數(shù)據(jù)線組成，即TXD、RXD和GND。RS232采用負(fù)邏輯電平，即-15V~-3V代表邏輯"1"，+3V~+15V代表邏輯"0"。這里的電平，是TXD線（或者RXD線）相對(duì)于GND的電壓。

邏輯高電平==’0‘==負(fù)電壓== -3V~-25V==常為：-13V

邏輯低電平==’1‘==正電壓== 3V~25V==常為：13V

• 串口通信的數(shù)據(jù)格式

?一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，每個(gè)字符一位一位地傳輸，并且傳輸一個(gè)字符時(shí)，總是以“起始位”開始，以“停止位”結(jié)束，字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求。
????每一個(gè)字符的前面都有一位起始位(低電平)，字符本身由7位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗(yàn)位(檢驗(yàn)位可以是奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長(zhǎng)的空閑位，停止位和空閑位都規(guī)定為高電平。實(shí)際傳輸時(shí)每一位的信號(hào)寬度與波特率有關(guān)，波特率越高，寬度越小，在進(jìn)行傳輸之前，雙方一定要使用同一個(gè)波特率設(shè)置。

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起始位，一般為低電平；

數(shù)據(jù)位（Data Bits）：起始位之后就是傳送數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位一般為8位一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（也有6位、7位的情況），標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0~127（7位），擴(kuò)展的ASCII碼是0~255（8位），低位（LSB）在前，高位（MSB）在后；

奇偶校驗(yàn)位可有可無，如果沒有則表示不采用校驗(yàn)，有則表示加入校驗(yàn)；

停止位，一般位高電平。

• 通訊方式

?單工模式（Simplex Communication）的數(shù)據(jù)傳輸是單向的。通信雙方中，一方固定為發(fā)送端，一方則固定為接收端。信息只能沿一個(gè)方向傳輸，使用一根傳輸線。

半雙工模式（Half Duplex）通信使用同一根傳輸線，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)又可以接收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但是，在任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工模式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。半雙工通信中每端需有一個(gè)收發(fā)切換電子開關(guān)，通過切換來決定數(shù)據(jù)向哪個(gè)方向傳輸。因?yàn)橛星袚Q，所以會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，信息傳輸效率低些。

全雙工模式（Full Duplex）通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。在全雙工模式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳輸線，信息傳輸效率高。

顯然，在其它參數(shù)都一樣的情況下，全雙工比半雙工傳輸速度要快，效率要高。

• 偶校驗(yàn)與奇校驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼中，其最高位(b7)用作奇偶校驗(yàn)位。所謂奇偶校驗(yàn)，是指在代碼傳送過程中用來檢驗(yàn)是否出現(xiàn)錯(cuò)誤的一種方法，一般分奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)兩種。奇校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是奇數(shù)，若非奇數(shù)，則在最高位b7添1；偶校驗(yàn)規(guī)定：正確的代碼一個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)必須是偶數(shù)，若非偶數(shù)，則在最高位b7添1。

• 停止位

停止位是按長(zhǎng)度來算的。串行異步通信從計(jì)時(shí)開始，以單位時(shí)間為間隔（一個(gè)單位時(shí)間就是波特率的倒數(shù)），依次接受所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位，并拼裝成一個(gè)字符的并行字節(jié)；此后應(yīng)接收到規(guī)定長(zhǎng)度的停止位“1”。所以說，停止位都是“1”，1.5是它的長(zhǎng)度，即停止位的高電平保持1.5個(gè)單位時(shí)間長(zhǎng)度。一般來講，停止位有1，1.5，2個(gè)單位時(shí)間三種長(zhǎng)度。

• 波特率（波特率就是每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)）

波特率的單位是每秒比特?cái)?shù)(bps)，常用的單位還有：每秒千比特?cái)?shù)Kbps，每秒兆比特?cái)?shù)Mbps。串口典型的傳輸波特率600bps，1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。

PLC/PC與稱重儀表通訊時(shí)，最常用的波特率是9600bps，19200bps。PLC/PC或儀表與大屏幕通訊時(shí)，最常用的波特率是600bps。

• 典型的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)

EIA RS232(通常簡(jiǎn)稱“RS232”）: 1962年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定。

EIA RS485(通常簡(jiǎn)稱“RS485”）: 1983年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的串口通信的基本原理详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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