STM32-串口通信

串口通信

串口通信基本常识

在计算机设备与设备之间或与集成电路之间常常需要进行数据传输，这也是在单片机学习中重要的一环，基本控制各种各样的外设都是通过不同的通信协议进行控制。开始学习吧⭐

一.串口与并行通信

串行通讯：是指设备之间通过少 量数据信号线(一般是 8 根以下)，地线以及控制信号线，按数据位形式一位一位地传输数据 的通讯方式。

并行通讯：一般是指使用 8、16、32 及 64 根或更多的数据线进行传输的通讯 方式，它们的通讯传输对比：并行通讯就像多个车道的公路，可以同时传输 多个数据位的数据，而串行通讯，而串行通讯就像单个车道的公路，同一时刻只能传输一 个数据位的数据。

图解：并行与串行之间的区别

常用的串口通信：usart通信，I2C通信，SPI通信

并行通信：SDIO，ESMC，W5100

串行与并行通信的特性对比

特性	串行通讯	并行通讯
通讯距离	较远	较近
抗干扰能力	较强	较弱
传输速率	较慢	较高
成本	较低	较高

不过由于并行传输对同步要求较高，且随着通讯速率的提高，信号干扰的问题会显著 影响通讯性能，现在随着技术的发展，越来越多的应用场合采用高速率的串行差分传输。

二.全双工、半双工与单工

根据数据通信方向可将通讯分为：为全双工、半双工及单工通讯

通讯方式	说明
全双工	在同一时刻，两个设备之间可以同时手法数据
半双工	两个设备之间可以收发数据，但不能在同一时刻进行
单工	在任何时刻都只能进行一个方向的通讯

图解：

三.同步与异步

根据数据的同步方式又可分为：同步与异步

区分：可以根据通讯过程中是否有使用 到时钟信号进行简单的区分

同步通讯:

在同步通讯中，收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号，在时钟信号的驱动下 双方进行协调，同步数据。通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或 下降沿对数据线进行采样。

在这种通讯情况下对时钟的要求较高，穿线时钟信号不稳定时，就会出现数据收发丢失。

异步通讯：

在异步通讯中不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些同步用 的信号位，或者把主体数据进行打包，以数据帧的格式传输数据，某些通讯中 还需要双方约定数据的传输速率，以便更好地同步

对比

在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝大部分就是有效数据，而异步通讯中会包含 有帧的各种标识符，所以同步通讯的效率更高，但是同步通讯双方的时钟允许误差较小， 而异步通讯双方不需要时钟。

四.通信的速率

比特率

衡量通讯性能的一个非常重要的参数就是通讯速率，通常以比特率(Bitrate)来表示，即 每秒钟传输的二进制位数，单位为比特每秒(bit/s)。

波特率

它表示每秒钟传输了多少个码元。而码元是通讯信号调制的概念，通讯中常用 时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的信号称为码元。

列如：

常见的通讯传输中， 用 0V 表示数字 0，5V 表示数字 1，那么一个码元可以表示两种状态 0 和 1，所以一个码元 等于一个二进制比特位，此时波特率的大小与比特率一致；如果在通讯传输中，有 0V、 2V、4V 以及 6V 分别表示二进制数 00、01、10、11，那么每个码元可以表示四种状态，即 两个二进制比特位，所以码元数是二进制比特位数的一半，这个时候的波特率为比特率的 一半。因为很多常见的通讯中一个码元都是表示两种状态，

一般直接以波特率来表示比特率，虽然严格来说没什么错误，但两者之间还是存在区别的。

串口通信协议

协议简介

物理层

规定通讯系统中具有 机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。

• RS232标准

• USB转串口

• 原生的串口到串口

RS-232与TTL电平的区别

RS232标准串口通讯结构图

用于：工业设备进行直接通信，-15v：0 +15v：1 容错率大

电平转换芯片：MAX3232,SP3232

• TTL电平：从单片机或芯片中出来

没有外接RS-232接口 需要自己买模块进行拓展┮﹏┭

• USB转串口主要用于设备与电脑通信
• 电平转芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232
• 使用的时候需要电脑端安装驱动

原生的串口到串口

• 原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用ttl电平通信
• 使用原生串口通信的模块：GPS模块，GSM模块，串口转WIFI模块，HC04蓝牙模块

协议层

规定通讯逻辑， 统一收发双方的数据打包、解包标准。（即为软件层）

简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流， 协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

串口数据包的基本组成

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在 串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位 组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据

起始位：由1个逻辑0的数据位表示

结束位：由1.5，1，1.5或2个逻辑1的数据位表示

有效数据：在起始位后紧接着的就是有效数据，有效数据的长度常被约定位5，6，7，或8位长

校验位：可选，增强数据的抗干扰性

校验方法分为：

1：奇校验 2：偶校验 3:0校验

4：1校验 5：无校验

奇校验（odd）：要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数

比如：一个 8 位长的有效数据为： 01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据 将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。

偶校验（even）：要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数

比如:数据帧为11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。

0校验：不管有效数据中的内容是说明，校验位总为 "0"

1校验：校验位总为1

无校验：数据包中不包含校验位