嵌入式09STM32串口通信协议

Posted 2021-11-08 噗噗的罐子

本文主要描述串口协议和RS-232标准，RS232电平与TTL电平的区别，以及"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。

• 一、串口协议
• • 1、设备之间的通信方式
  • 2、STM32串口通信基础
  • • UART引脚连接方法
  • 3、RS-232通信协议
  • • RS-232串口简介
  • 4、USB转串口CH340接线
• 二、STM32的USART串口通信（查询方式）
• • 1、题目要求
  • 2、
• 三、keil观察串口输出波形
• 总结

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一、串口协议

根据百度百科的定义：
串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。

1、设备之间的通信方式

一般情况下，设备之间的通信方式分为串行通信和并行通信。

	并行通信	串行通信
传输原理	数据各个位同时传输	数据按位顺序传输
优点	速度快	占用引脚资源少
缺点	占用引脚资源多	速度相对较慢

按照数据的传输方向，串口通信分为：

• 单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输；
• 半双工：允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口；
• 全双工：允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

按照通信方式，分为

• 同步通信：带时钟同步信号传输。比如：SPI，IIC通信接口。
• 异步通信：不带时钟同步信号。比如：UART(通用异步收发器)，单总线。

在同步通信中，收发设备上方会使用一根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据。例如，通信中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进行采样。

在异步通信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用于同步的信号位，或者将主题数据进行打包，以数据帧的格式传输数据。通信中还需要双方规约好数据的传输速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

在同步通信中，数据信号所传输的内容绝大部分是有效数据，而异步通信中会则会包含数据帧的各种标识符，所以同步通讯效率高，但是同步通讯双方的时钟允许误差小，稍稍时钟出错就可能导致数据错乱，异步通讯双方的时钟允许误差较大。

常见串口通信的接口

通信标准	引脚说明	通信方式	通信方向
UART 通用异步收发器	TXD：发送端 RXD：接收端 GND：共地	异步通信	全双工
1-wire 单总线	DQ：发送/接收端	异步通信	半双工
SPI	SCK：同步时钟 MISO：主机输入，从机输出 MOSI：主机输出，从机输入	同步通信	全双工
I2C	SCK：同步时钟 SDA：数据输入/输出端	同步通信	半双工

2、STM32串口通信基础

STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART（通用异步收发器）、USART（通用同步异步收发器）。
对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。

UART引脚连接方法

RXD：数据输入引脚，数据接受；
TXD：数据发送引脚，数据发送。

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

3、RS-232通信协议

若是芯片与PC机（或上位机）相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。

尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。

RS232接口是9针（或引脚），通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。因此，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型，再交叉连接。

经过电平转换后，芯片串口和rs232的电平标准是不一样的：

• 单片机的电平标准（TTL电平）：+5V表示1，0V表示0；
• Rs232的电平标准：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1。

RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：

因此，单片机串口与PC串口通信遵循下面的连接方式：
在单片机串口与上位机给出的rs232口之间，通过电平转换电路，实现TTL电平与RS232电平之间的转换。

RS-232串口简介

台式机电脑后面的9针接口就是com口(串口) 在工业控制、数据采集上应用广泛。

RS232接口（封装D89）

通信过程中只有两个脚参与通信，电路连接时，连接三个脚即可。

• 2脚：电脑的输入RXD
• 3脚：电脑的输出TXD 通过2 ，3 脚就可以实现全双工(可同时收发)的串行异步通信
• 5脚：接地

PC串口与单片机串口连接方式：
其中，DB91是在电脑上的 DB92是在单片机实验板上焊接着的

如果电脑没有rs232口，只有USB口，可以用串口转接线转出串口，在电脑上位机上需要安装驱动程序。

用串口通信比USB简单，因为串口通信没有协议，使用方便简单。

4、USB转串口CH340接线

USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电，需要将跳线帽进行安装。

可以对USB转串口模块进行测试，将USB的电压引脚用跳帽接上，然后将RXD和TXD两个引脚用跳帽或者杜邦线接上。

然后打开串口终端，点击“手动发送”或者“自动发送”，如果在接收区可以接收到数据，说明USB转串口模块工作正常，否则需要检查接线是否正确、电路板元器件是否损坏。

下图是USB转串口模块的一些功能模块的标示，USB转串口电路板背后还预留了一些全信号输出的接口，可以将电线直接焊接在这些引脚上来使用预留的功能。
即便管脚没有这么多，但功能都是差不多的。

USB转串口电路板与单片机的接线图，VCC接线是为了单片机供电，USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，两者的GND引脚直接相连。

二、STM32的USART串口通信（查询方式）

1、题目要求

1）设置波特率为115200，1位停止位，无校验位；
2）STM32系统给上位机（win10）连续发送“hello windows！”。win10采用“串口助手”工具接收。

2、

三、keil观察串口输出波形

在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

总结

本文学习了描述串口协议和RS-232标准，RS232电平与TTL电平的区别，以及"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理，受益匪浅。

参考
[1] https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/79887200
[2] https://blog.csdn.net/wangjiaweiwei/article/details/49612207