一、什么是串口通訊？

串行通訊是指僅用一根接收線(xiàn)和一根發(fā)送線(xiàn)就能將數據以位進(jìn)行傳輸的一種通訊方式。盡管串行通訊的比按字節傳輸的并行通信慢，但是串口可以在僅僅使用兩根線(xiàn)的情況下就能實(shí)現數據的傳輸。

典型的串口通信使用3根線(xiàn)完成，分別是地線(xiàn)、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(xiàn)上發(fā)送數據同時(shí)在另一根線(xiàn)上接收數據。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶的校驗。對于兩個(gè)需要進(jìn)行串口通信的端口，這些參數必須匹配，這也是能夠實(shí)現串口通訊的前提。

圖1：串行通訊示數據傳輸意圖

二、串口通訊的通訊協(xié)議？

最初數據是模擬信號輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量，后來(lái)儀表接口出現了RS232接口，這種接口可以實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現聯(lián)網(wǎng)功能，這就促生了RS485。

我們知道串口通信的數據傳輸都是0和1，在單總線(xiàn)、I2C、UART中都是通過(guò)一根線(xiàn)的高低電平來(lái)判斷邏輯1或者邏輯0，但這種信號線(xiàn)的GND再與其他設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、支持多機通信、抗干擾強的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到10Mb/s以上，傳輸距離可以達到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，但是傳輸的速度是會(huì )隨距離的增加而變慢的，所以?xún)烧呤遣豢梢约娴玫摹?/span>

三、串口通訊的物理層

串口通訊的物理層有很多標準，例如上面提到的，我們主要講解RS-232標準，RS-232標準主要規定了信號的用途、通訊接口以及信號的電平標準。

在上面的通訊方式中，兩個(gè)通訊設備的"DB9接口"之間通過(guò)串口信號線(xiàn)建立起連接，串口信號線(xiàn)中使用"RS-232標準"傳輸數據信號。由于RS-232電平標準的信號不能直接被控制器直接識別，所以這些信號會(huì )經(jīng)過(guò)一個(gè)"電平轉換芯片"轉換成控制器能識別的"TTL校準"的電平信號，才能實(shí)現通訊。

下圖為DB9標準串口通訊接口：

DB9引腳說(shuō)明：

上表中的是計算機端的DB9公頭標準接法，由于兩個(gè)通訊設備之間的收發(fā)信號(RXD與TXD)應交叉相連，所以調制調解器端的DB9母頭的收發(fā)信號接法一般與公頭的相反，兩個(gè)設備之間連接時(shí)，只要使用"直通型"的串口線(xiàn)連接起來(lái)即可。

串口線(xiàn)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(wú)效。例如，當計算機端控制DTR信號線(xiàn)表示為邏輯1時(shí)，它是為了告知遠端的調制調解器，本機已準備好接收數據，0則表示還沒(méi)準備就緒。

四、波特率

波特率是指數據信號對載波的調制速率，它用單位時(shí)間內載波調制狀態(tài)改變的次數來(lái)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(zhù)下一個(gè)比特，不存在額外的間隔。兩臺設備要想實(shí)現串口通訊，這收發(fā)端設置的波特率必須相同，否則是沒(méi)辦法實(shí)現通訊的。

收發(fā)波特率一致可以實(shí)現通訊：

收發(fā)波特率不一致，導致RX端不能正常接收：

五、串口通訊的數據結構

起始位： 起始位必須是持續一個(gè)比特時(shí)間的邏輯0電平，標志傳輸一個(gè)字符的開(kāi)始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與發(fā)送方的數據同步。

數據位： 數據位緊跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。數據位的位數可以由通信雙方共同約定。傳輸數據時(shí)先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。

奇偶校驗位： 奇偶校驗位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗或偶校驗，奇偶檢驗位不是必須有的。如果是奇校驗，需要保證傳輸的數據總共有奇數個(gè)邏輯高位；如果是偶校驗，需要保證傳輸的數據總共有偶數個(gè)邏輯高位。

停止位： 停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由軟件設定。它一定是邏輯1電平，標志著(zhù)傳輸一個(gè)字符的結束。

空閑位： 空閑位是指從一個(gè)字符的停止位結束到下一個(gè)字符的起始位開(kāi)始，表示線(xiàn)路處于空閑狀態(tài)，必須由高電平來(lái)填充。

六、單雙工通訊

單工： 數據傳輸只支持數據在一個(gè)方向上傳輸；

半雙工： 允許數據在兩個(gè)方向上傳輸，但某一時(shí)刻只允許數據在一個(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： 允許數據同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此全雙工通信是兩個(gè)單工方式的結合，需要獨立的接收端和發(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：數據發(fā)送引腳；RXD：數據輸入引腳

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機使用的是RS232接口（9針），通常是TXC和RXD經(jīng)過(guò)電平轉換得到，故如果要使芯片與PC機的RS232接口直接通信，需要將芯片的輸入輸出端口也電平轉換為RS232類(lèi)型，再交叉連接，二者的電平標準不同：

單片機的點(diǎn)評標準(TTL電平）：+5V表示1，0V表示0；

RS232電平標準：+15/+13V表示0，-15/-13表示1。

因此單片機與PC機進(jìn)行串口通信應該遵循：在單片機串口與上位機給出的RS232口之間，通過(guò)電平轉換電路實(shí)現TTL電平與RS232電平間的轉換.

如果使用USB轉串口也可以實(shí)現串口通訊，USB轉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)給大家建好了相應的庫函數，大家在使用和配置串口的時(shí)候直接進(jìn)行調用庫函數和配置就行了，請大家參照一下代碼：

1、初始化結構體代碼

typedef struct {
uint32_t USART_BaudRate; // 波特率uint16_t USART_WordLength; // 字長(cháng)uint16_t USART_StopBits; // 停止位uint16_t USART_Parity; // 校驗位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(&NVIC_InitStructure);}

3、USART配置函數

void DEBUG_USART_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;/* 第一步：初始化GPIO */// 打開(kāi)串口GPIO的時(shí)鐘DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);// 將USART Tx的GPIO配置為推挽復用模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);// 將USART Rx的GPIO配置為浮空輸入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); /* 第二步：配置串口的初始化結構體 */// 打開(kāi)串口外設的時(shí)鐘DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);// 配置串口的工作參數// 配置波特率USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;// 配置 針數據字長(cháng)USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;// 配置停止位USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;// 配置校驗位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;// 配置硬件流控制USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;// 配置工作模式，收發(fā)一起USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;// 完成串口的初始化配置USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);/*--------------------------------------------------------*/// 串口中斷優(yōu)先級配置NVIC_Configuration();// 使能串口接收中斷USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);/*--------------------------------------------------------*//* 第三步：使能串口 */ // 使能串口USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE); }