串口通讯（上）——基础概念

Posted 2020-10-31 fire909090

 

 

通讯协议

通讯协议分为物理层和协议层。

• 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；
• 协议层：规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

串口通讯物理层之RS-232

RS-232标准主要规定了信号用途、通讯接口和信号电平标准。如图9-1为常见的设备间串口通讯结构图。

 

图9-1

 

如上图所示，每个设备都有一个DB9接口，通过DB9接口连接RS-232标准的串口线进行数据传输。由于通过RS-232标准传输的电平信号到达设备后，不能直接被识别，所以会通过电平转换芯片（例如MAX3232、SP3232芯片等）转换成能识别的TTL电平信号，实现通讯。

相互通讯的两个设备间，一个设备发送数据，一个设备接收数据。一般情况下，发送数据的设备称为DTE，如计算机；接收数据的设备称为DCE，如调制解调器。

这里需要介绍下DB9接口。如图9-2为DB9标准的公头、母头接法（接线口以针式引出信号线为公头，以孔式引出信号线为母头）。

 

图9-2

 

如上图，以公头为例，有9条信号线，其中，

• RXD：用于接收DCE发来的数据信号，即输入；
• TXD：用于发送DTE的信号，即输出。公头和母头的RXD和TXD应交叉连接；
• GND：用于平衡设备双方的地电位，即共地。

其他信号线如DCD、DTR、DSR、RTS、CTS等，使用逻辑1表示有效信号，逻辑0表示无效信号。如DTE端的RTS信号线置1时，是为了告知DCE设备本机已准备好接收数据，而置0则表示未准备就绪。

串口通讯协议层

协议层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。如图9-3为数据包的基本组成。

 

图9-3

 

波特率

串口异步通讯中由于没有时钟信号，所以通讯双方需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码。常见的波特率有4800、9600、115200等。

起始位、停止位

数据包从起始位开始，到停止位结束。起始信号用逻辑0的数据位表示，停止信号由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。

有效数据

起始位之后便是传输的主体数据内容了，也称为有效数据，其长度一般被约定为5、6、7或8位长。

数据校验

由于在通讯过程中易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，所以在有效数据之后加上校验位解决。校验方法有奇校验（odd）、偶校验（even）、0校验（space）、1校验（mark）及无校验（noparity）。

奇校验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，此时共有4个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的是8位有效数据加1位校验位，共9位。

而偶校验刚好相反，要求有效数据和校验位的“1”数量为偶数，则此时为达到偶校验效果，校验位为“0”。

而0校验则无论有效数据中是什么数据内容，校验位总是为“0”，1校验校验位总是为“1”。