STM32驱动开发--串口原理与开发实践

Posted 2021-08-29 同人与野

STM32驱动开发（一）–串口原理与开发实践

  参考：野火嵌入式《STM32库开发实战指南》、韦东山《STM32MP157 M4 用户手册》
一、简介
  在工业现场目前用的最多的对外通信就是串口（UART）通信和CAN通信。两种通信一样重要并且使用广泛，本文先介绍串口通信，后续介绍CAN通信。
二、概念
  2.1、串行通信与并行通信。
  串行通信一次只能传一位，并行通信一次可传多位数据。图片来源：韦东山《STM32MP157 M4 用户手册》

  串行通信优点：成本小，使用线少，后续发展的差分平衡信号传输技术，使得传输速度加快，同时不像并行传输一样，各线容易相互干扰。所以目前工业现场用的都是串行通信，也就是串口。
  2.2、串口按电平标准分类
  按电平标准，串口分为TTL、RS232、RS422\\485标准，稳定性和传输距离依次增加，所以工业现场一般是用RS485标准（注：此三类标准指的都是串行异步通信）。MCU引脚支持的是TTL标准，要在不同电平标准的串口之间通信，需要使用相应的电平转换芯片。其电平标准如下：图片来源：韦东山《STM32MP157 M4 用户手册》

由表可见，
  1）TTL电平标准适配MCU芯片的芯片电压3.3V，所以不需要转换电路，节约电路，需要TX, RX, GND三根通信线。用于厘米级别的短距离传输，一般用于调试口，例如调试烧录口或者打印log调试信息，不会用在工业现场长距离传输；
  2）RS232为了增加传输距离，提高了电平（15V），因此需要加电平转换芯片，例如MA3232芯片，需要TX, RX, GND三根通信线。目前台式机一般默认带RS232串口，为DB9形态，在开发中可用此串口经过相应的转换电路，连接单板，与其进行串口通信。
  RS232也存在一定问题，比如电平过高（15V），增加烧坏电路的风险，依然使用共地线的方式，会产生共模干扰（电气概念，指接受双方的基准地不一致产生的干扰），所以传输距离仍然有限，最长15米，对于工业现场来说也是不够的。
  3）RS485标准采用差分信号传输的方式，即检测的电平取决与A\\B两线的电势差，因此去除了地线的共模干扰。所以RS485只需要A\\B两根信号线传输。
  RS485与前两种电平的最大差异是采用差分信号的方式，一个位的信号传输需要两根线共同作用，不像TTL，RS232一根线负责一种传输。因此同一时间只能处于收或者发的一个状态，需要芯片引出一个控制引脚，控制处于收还是发的状态。这叫半双工。TTL和RS232标准属于全双工。目前工业现场用的最多的串口标准是RS485标准。
  2.3、不同电平标准对驱动编程的差异
  TTL和RS232标准，在驱动编程上无差异，由外部的硬件转换芯片做电路转换即可。对于芯片来说，对应TX,RX两个引脚即可。
  RS485和前两种标准，在驱动编程上有差异，除了芯片的A\\B两个串口引脚外，还需要一个GPIO控制引脚（需要编程者在收发过程中手动调用），外接到RS485转换芯片上，控制当前处于收还是发状态。芯片的三个引脚如下图的左边：图片来源：韦东山《STM32MP157 M4 用户手册》

  因此，TTL和RS232标准的串口，芯片上对应两个收发引脚，而对于RS485标准的串口来说，除了A\\B两个引脚之外，还需要GIOP控制引脚，一共三个引脚。后续引入MODBUS协议的编程实例来说明RS485的编程和TTL的差异。

未完待续==