零、寫在前面 串口是
單片機(jī) 重要的片上資源,通過串口搭配不同的電平轉(zhuǎn)換芯片,可以實(shí)現(xiàn)不同的通訊協(xié)議/接口,如RS232、RS485等,通過與模組的AT指令還可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙、wifi等通訊,所以學(xué)會(huì)單片機(jī)的串口很重要。我是小舒,和大家分享單片機(jī)串口的基本知識(shí)。
一、什么是串口通訊? 串行通訊是指僅用一根接收線和一根發(fā)送線就能將數(shù)據(jù)以位進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通訊方式。盡管串行通訊的比按字節(jié)傳輸?shù)牟⑿型ㄐ怕谴诳梢栽趦H僅使用兩根線的情況下就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 典型的串口通信 使用3根線完成,分別是地線、發(fā)送、接收。由于串口通信是異步的,所以端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶的校驗(yàn)。對于兩個(gè)需要進(jìn)行串口通信的端口,這些參數(shù)必須匹配,這也是能夠?qū)崿F(xiàn)串口通訊的前提。 圖1:串行通訊示數(shù)據(jù)傳輸意圖 二、串口通訊的通訊協(xié)議? 最初數(shù)據(jù)是模擬信號輸出簡單過程量,后來儀表接口出現(xiàn)了RS232接口,這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式,但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能,這就促生了RS485。 我們知道串口通信的數(shù)據(jù)傳輸都是0和1,在單總線、I2C、UART中都是通過一根線的高低電平來判斷邏輯1或者邏輯0,但這種信號線的GND再與其他設(shè)備形成共地模式的通信,這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾,并且抗干擾性能也比較弱。所以差分通信、支持多機(jī)通信、抗干擾強(qiáng)的RS485就被廣泛的使用了。 RS485通信最大特點(diǎn)就是傳輸速度可以達(dá)到10Mb/s以上,傳輸距離可以達(dá)到3000米左右。大家需要注意的是雖然485最大速度和最大傳輸距離都很大,但是傳輸?shù)乃俣仁菚?huì)隨距離的增加而變慢的,所以兩者是不可以兼得的。 三、串口通訊的物理層 串口通訊的物理層有很多標(biāo)準(zhǔn),例如上面提到的,我們主要講解RS-232標(biāo)準(zhǔn),RS-232標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了信號的用途、通訊接口以及信號的電平標(biāo)準(zhǔn)。 在上面的通訊方式中,兩個(gè)通訊設(shè)備的"DB9接口"之間通過串口信號線建立起連接,串口信號線中使用"RS-232標(biāo)準(zhǔn)"傳輸數(shù)據(jù)信號。由于RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)的信號不能直接被控制器直接識(shí)別,所以這些信號會(huì)經(jīng)過一個(gè)"電平轉(zhuǎn)換芯片"轉(zhuǎn)換成控制器能識(shí)別的"TTL校準(zhǔn)"的電平信號,才能實(shí)現(xiàn)通訊。 下圖為DB9標(biāo)準(zhǔn)串口通訊接口: DB9引腳說明: 上表中的是計(jì)算機(jī)端的DB9公頭標(biāo)準(zhǔn)接法,由于兩個(gè)通訊設(shè)備之間的收發(fā)信號(RXD與TXD)應(yīng)交叉相連,所以調(diào)制調(diào)解器端的DB9母頭的收發(fā)信號接法一般與公頭的相反,兩個(gè)設(shè)備之間連接時(shí),只要使用"直通型"的串口線連接起來即可。 串口線中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信號,使用邏輯 1表示信號有效,邏輯0表示信號無效。例如,當(dāng)計(jì)算機(jī)端控制DTR信號線表示為邏輯1時(shí),它是為了告知遠(yuǎn)端的調(diào)制調(diào)解器,本機(jī)已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù),0則表示還沒準(zhǔn)備就緒。 四、波特率 波特率是指數(shù)據(jù)信號對載波的調(diào)制速率,它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示; 比如波特率為9600bps;代表的就是每秒中傳輸9600bit,也就是相當(dāng)于每一秒中劃分成了9600等份。 因此,那么每1bit的時(shí)間就是1/9600秒=104.1666...us。約0.1ms。既然是9600等份,即每1bit緊接著下一個(gè)比特,不存在額外的間隔。兩臺(tái)設(shè)備要想實(shí)現(xiàn)串口通訊,這收發(fā)端設(shè)置的波特率必須相同,否則是沒辦法實(shí)現(xiàn)通訊的。 收發(fā)波特率一致可以實(shí)現(xiàn)通訊: 收發(fā)波特率不一致,導(dǎo)致RX端不能正常接收: 五、串口通訊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 起始位: ?起始位必須是持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯0電平,標(biāo)志傳輸一個(gè)字符的開始,接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與發(fā)送方的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)位: ?數(shù)據(jù)位緊跟在起始位之后,是通信中的真正有效信息。數(shù)據(jù)位的位數(shù)可以由通信雙方共同約定。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)先傳送字符的低位,后傳送字符的高位。奇偶校驗(yàn)位: ?奇偶校驗(yàn)位僅占一位,用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn),奇偶檢驗(yàn)位不是必須有的。如果是奇校驗(yàn),需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有奇數(shù)個(gè)邏輯高位;如果是偶校驗(yàn),需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有偶數(shù)個(gè)邏輯高位。停止位: ?停止位可以是是1位、1.5位或2位,可以由軟件設(shè)定。它一定是邏輯1電平,標(biāo)志著傳輸一個(gè)字符的結(jié)束。空閑位: ?空閑位是指從一個(gè)字符的停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位開始,表示線路處于空閑狀態(tài),必須由高電平來填充。六、單雙工通訊 單工: ?數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸;半雙工: ?允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸,但某一時(shí)刻只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸,實(shí)際上是一種切換方向的單工通信,不需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端,兩者可合并為一個(gè)端口;全雙工: ?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)單工方式的結(jié)合,需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端。七、STM32中的串口通訊 STM32串口通信接口有兩種,分別是:UART(通用異步收發(fā)器)、USART(通用同步異步收發(fā)器),對于大容量STM32F10x系列芯片,分別由3個(gè)USART和兩個(gè)UART。 TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳;RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳 對于兩芯片的間的連接,兩個(gè)芯片GND共地,同時(shí)TXD和RXD交叉連接,這樣兩個(gè)芯片間可進(jìn)行TTL電平通信。 但如果對于芯片和PC機(jī)相連,除了共地條件外,不能使用如上的直接交叉連接,雖然兩者都有TXD和RXD引腳,但通常PC機(jī)使用的是RS232接口(9針),通常是TXC和RXD經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換得到,故如果要使芯片與PC機(jī)的RS232接口直接通信,需要將芯片的輸入輸出端口也電平轉(zhuǎn)換為RS232類型,再交叉連接,二者的電平標(biāo)準(zhǔn)不同: 單片機(jī)的點(diǎn)評標(biāo)準(zhǔn)(TTL電平): 5V表示1,0V表示0; RS232電平標(biāo)準(zhǔn): 15/ 13V表示0,-15/-13表示1。 因此單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行串口通信 應(yīng)該遵循:在單片機(jī) 串口與上位機(jī)給出的RS232口之間,通過電平轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平間的轉(zhuǎn)換. 如果使用USB轉(zhuǎn)串口也可以實(shí)現(xiàn)串口通訊,USB轉(zhuǎn)串口電路圖如下所示 STM32串口通訊代碼 STM32中串口通訊已經(jīng)給大家建好了相應(yīng)的庫函數(shù),大家在使用和配置串口的時(shí)候直接進(jìn)行調(diào)用庫函數(shù)和配置就行了,請大家參照一下代碼: 1、初始化結(jié)構(gòu)體代碼 typedef?struct?{ ?uint32_t?USART_BaudRate;?//?波特率 ?uint16_t?USART_WordLength;?//?字長 ?uint16_t?USART_StopBits;?//?停止位 ?uint16_t?USART_Parity;?//?校驗(yàn)位 ?uint16_t?USART_Mode;?//?USART?模式 ?uint16_t?USART_HardwareFlowControl;?//?硬件流控制 ?}?USART_InitTypeDef;
2、NVIC配置中斷優(yōu)先級 NVIC_Configuration(void) { ??NVIC_InitTypeDef?NVIC_InitStructure; ?? ??/*?嵌套向量中斷控制器組選擇?*/ ??NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); ?? ??/*?配置USART為中斷源?*/ ??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel?=?DEBUG_USART_IRQ; ??/*?搶斷優(yōu)先級*/ ??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority?=?1; ??/*?子優(yōu)先級?*/ ??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority?=?1; ??/*?使能中斷?*/ ??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd?=?ENABLE; ??/*?初始化配置NVIC?*/ ??NVIC_Init(