串口的基本知識(shí)你掌握了嗎

ID:412156 · 發(fā)表于 2018-10-19 14:34

在做項(xiàng)目的時(shí)候是不是發(fā)現(xiàn)串口是最常用的通信接口，所以我自己整理了一下關(guān)于串口的一些常識(shí)性知識(shí)，方便自己學(xué)習(xí)。

我們常說的串口按電平分類的話有兩種，一種是TTL電平的串口，一種是232電平的串口。

首先我們先看一下這兩種電平的區(qū)別。

TTL電平標(biāo)準(zhǔn):輸出L: <0.8V; H: >2.4V,輸入L: <1.2V: H: >2.0V

TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V,輸入，低于1.2V就認(rèn)為是0，高于2.0就認(rèn)為是1.于是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有(O.8-0)/2=0.4V,高電平的噪聲容限為(5-2.4)/2=1.3V.

RS232標(biāo)準(zhǔn):

邏輯1的電平為-3~-15V,邏輯0的電平為+3~+15V,注意電平的定義反相了一次。

然而TTL電平的串口還可以分為兩種UART與USART。我們打開stm32cubeMX看到stm32F103有2個(gè)UART和3個(gè)USART。在日常我們就可以說，它有5個(gè)串口，因?yàn)?/font>USART可以配置成UART。

UART與USART都是單片機(jī)上的串口通信，他們之間的區(qū)別如下：

首先從名字上看:

UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收/發(fā)器

USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/異步收/發(fā)器

　　從名字上可以看出，USART在UART基礎(chǔ)上增加了同步功能，即USART是UART的增強(qiáng)型，事實(shí)也確實(shí)是這樣。但是具體增強(qiáng)到了什么地方呢？

　　其實(shí)當(dāng)我們使用USART在異步通信的時(shí)候，它與UART沒有什么區(qū)別，但是用在同步通信的時(shí)候，區(qū)別就很明顯了：大家都知道同步通信需要時(shí)鐘來觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，也就是說USART相對(duì)UART的區(qū)別之一就是能提供主動(dòng)時(shí)鐘。如STM32的USART可以提供時(shí)鐘支持ISO7816的智能卡接口。

在實(shí)際的項(xiàng)目中用的最多的還是UART ,配置為:N, 8 ,1.波特率常用的有2400，9600,57600,115200.我們用串口來干什么呢？用過一些模塊的工程師會(huì)知道，很多模塊都是通過串口來控制或者通過串口透?jìng)鲾?shù)據(jù)的，比如gsm（2g，4g），gps，wifi，藍(lán)牙等等，這些模塊都是通過串口來控制。所以作為一個(gè)工程師，必須要搞懂串口。下面我們通過Loto虛擬示波器采集不同波特率的UART 波形：

對(duì)比理論的時(shí)序圖，我們找找起始位和停止位，這個(gè)數(shù)據(jù)是多少？

有時(shí)候我們面試會(huì)考一個(gè)題目，那就是UART波特率9600的時(shí)候，它的一個(gè)bit是多長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)怎么算？初學(xué)者肯定蒙了，我用串口直接就配置然后發(fā)數(shù)據(jù)就行了，從來沒算過，下面我總結(jié)一下：

波特率2400:1/2400≈416.67*10^(-6)s=416.67us

波特率4800:1/4800≈208.33*10^(-6)s=208.33us

波特率9600:1/9600≈104.17*10^(-6)s=104.17us

波特率19200:1/19200≈52.08*10^(-6)s=52.08us

波特率57600:1/57600≈17.36*10^(-6)s=17.36us

波特率115200:1/115200≈8.68*10^(-6)s=8.68us

對(duì)比我們用Loto虛擬示波器采集的數(shù)據(jù)看看是不是一致呢？

我們算這個(gè)數(shù)據(jù)有什么用呢？是的！沒錯(cuò)！就是模擬串口！當(dāng)單片機(jī)串口不夠用的時(shí)候項(xiàng)目中會(huì)用到。接下來我會(huì)分析幾個(gè)論友寫的代碼，逐步深入理解TTL串口。

下面這個(gè)模擬串口的代碼：

首先說它的發(fā)送吧，發(fā)送一個(gè)字節(jié)，先發(fā)送起始位OI_TXD = 0; 然后delay_us(BuadRate_9600);然后依次從低位開始檢測(cè)Data的每一位，從而拉高拉低OI_TXD，然后延時(shí)，移位，重復(fù)8次，最后發(fā)送停止位發(fā)送完一個(gè)Data。

接收的話：它是stm32開了個(gè)定時(shí)器4和一個(gè)外部中斷.外部中斷采到下降沿，然后定時(shí)器設(shè)置為107us中斷一次，去采集一個(gè)bit，為什么是107us呢？因?yàn)榇藭r(shí)波特率是9600，一個(gè)bit是104.17us，然后可以依次采集每個(gè)bit，直到采完一個(gè)data。（個(gè)人感覺107us不穩(wěn)定）

/**
*軟件串口的實(shí)現(xiàn)(IO模擬串口)
* 波特率：9600 1-8-N
* TXD : PC13
* RXD : PB14
* 使用外部中斷對(duì)RXD的下降沿進(jìn)行觸發(fā)，使用定時(shí)器4按照9600波特率進(jìn)行定時(shí)數(shù)據(jù)接收。
* Demo功能: 接收11個(gè)數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去
*/
#define OI_TXD PCout(13)
#define OI_RXD PBin(14)
#define BuadRate_9600 100
u8 len = 0; //接收計(jì)數(shù)
u8 USART_buf[11]; //接收緩沖區(qū)
enum{
COM_START_BIT,
COM_D0_BIT,
COM_D1_BIT,
COM_D2_BIT,
COM_D3_BIT,
COM_D4_BIT,
COM_D5_BIT,
COM_D6_BIT,
COM_D7_BIT,
COM_STOP_BIT,
};
u8 recvStat = COM_STOP_BIT;
u8 recvData = 0;
void IO_TXD(u8 Data)
{
u8 i = 0;
OI_TXD = 0;
delay_us(BuadRate_9600);
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if(Data&0x01)
OI_TXD = 1;
else
OI_TXD = 0;
delay_us(BuadRate_9600);
Data = Data>>1;
}
OI_TXD = 1;
delay_us(BuadRate_9600);
}
void USART_Send(u8 *buf, u8 len)
{
u8 t;
for(t = 0; t < len; t++)
{
IO_TXD(buf[t]);
}
}
void IOConfig(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //使能PB,PC端口時(shí)鐘
//SoftWare Serial TXD
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
//SoftWare Serial RXD
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿觸發(fā)中斷
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //時(shí)鐘使能
//定時(shí)器TIM4初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置用來作為TIMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計(jì)數(shù)模式
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的時(shí)間基數(shù)單位
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中斷,允許更新中斷
//中斷優(yōu)先級(jí)NVIC設(shè)置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; //TIM4中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占優(yōu)先級(jí)1級(jí)
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //從優(yōu)先級(jí)1級(jí)
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
}
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)分組為組2：2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)
delay_init();
IOConfig();
TIM4_Int_Init(107, 71); //1M計(jì)數(shù)頻率
while(1)
{
if(len > 10)
{
len = 0;
USART_Send(USART_buf,11);
}
}
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)
{
if(OI_RXD == 0)
{
if(recvStat == COM_STOP_BIT)
{
recvStat = COM_START_BIT;
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
}
}
void TIM4_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
recvStat++;
if(recvStat == COM_STOP_BIT)
{
TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
USART_buf[len++] = recvData;
return;
}
if(OI_RXD)
{
recvData |= (1 << (recvStat - 1));
}else{
recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
}
}
}

復(fù)制代碼

還有一個(gè)例子

#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "exti.h"
#include "stdio.h"
//加入以下代碼,支持printf函數(shù),而不需要選擇use MicroLIB
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//標(biāo)準(zhǔn)庫需要的支持函數(shù)
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定義_sys_exit()以避免使用半主機(jī)模式
_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定義fputc函數(shù)
int fputc(int ch, FILE *f)
{
void SendOneByte(u8 Byte);
SendOneByte((uint8_t) ch);
return ch;
}
#endif
void SendOneByte(u8 Byte)
{
u8 i=8,tmp;
TXD_low(); //發(fā)送起始位
delay_us(104);
//發(fā)送8位數(shù)據(jù)
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp = (Byte >> i) & 0x01; //低位在前
if(tmp == 0)
{
TXD_low();
delay_us(104); //0
}
else
{
TXD_high();
delay_us(104); //1
}
}
// while(i--)
// {
// MNUSART_TXD = (Byte&0x01); //先傳低位
// delay_us(104);
// Byte = Byte>>1;
// //無校驗(yàn)位
// MNUSART_TXD=1;//發(fā)送結(jié)束位
// delay_us(104);
// }
TXD_high();
delay_us(104);
}
void SendBytes(u8 *str,u8 len) //發(fā)送數(shù)組最好用這個(gè)，也可發(fā)送字符串
{
u16 i;
for(i=0;i<len;i++)
{
SendOneByte(str[i]);
}
}
void SendStr(u8 *str) //發(fā)送字符串，發(fā)送數(shù)組如果帶0x00就中斷發(fā)送了
{
while(*str)
SendOneByte(*str++);
}
int main(void)
{
u8 len;
u8 hello[]={0x5a,0xa5,0x00,0x00,0x01};
delay_init();
EXTIX_Init();
//測(cè)試發(fā)送一個(gè)字節(jié)
SendOneByte(0x00);
SendOneByte(0x01);
SendOneByte(0x02);
//測(cè)試發(fā)送數(shù)組
SendBytes(hello,5);
//測(cè)試發(fā)送字符串
// SendBytes("hello word",11);
// SendStr("德瑪西亞");
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
printf("您發(fā)送的消息為:");
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
SendBytes(USART_RX_BUF,len);
//也可以用下面的發(fā)送
// SendStr(USART_RX_BUF);
// for(len=0;len<200;len++)
// USART_RX_BUF[len]=0;
printf("");//插入換行
USART_RX_STA=0;
}
}
}

復(fù)制代碼

#include "exti.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_exti.h"
#include "sys.h"
u8 tmp;
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];
u16 USART_RX_STA=0;
//extern SendOneByte(u8 Byte);
void EXTIX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOB.5
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_9);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //浮空輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);
//GPIOA.10 中斷線以及中斷初始化配置下降沿觸發(fā)
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line10;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
u8 i=9;
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)
{
/* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/
NVIC->ICER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
(uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
delay_us(30);
while(i--)
{
tmp >>=1;
if(GPIOA->IDR&0x0400) tmp |=0x80;
delay_us(104);
}
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
{
if(USART_RX_STA&0x4000)
{
if(tmp!=0x0a) USART_RX_STA=0;
else USART_RX_STA |=0x8000;
}
else
{
if(tmp==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=tmp ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,重新開始接收
}
}
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
NVIC->ISER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
(uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
}
}