关于stm32的串口通信协议

        最近，由于物联网综合实践，组队做个智能报警系统，我负责硬件层，所以一直在搞stm32开发板。我将ds18b20以及MQ2烟雾传感器挂载到了开发板上，也采集到了数据。之后的任务就是要完成与中间层的通讯，我原本想用rs485+MODBUS协议完成通讯的，但是做中间层的是用jetson nano板子，那个板子没有rs485接口，所以得考虑其他串口通信协议。在上网查阅资料的时候，对很多串口通信协议也有了一些理解。

         串口通信是指串口按位（bit）发送和接收字节，区别于并行通信。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

        串口通信又可以分为同步传输和异步传输。

        同步传输：在知道对方状态下进行全双工传输，需要调节系统时钟，使得传送速度不超过缓存容量，并保持包络上均衡。

        异步传输：既能针对字符流，也可针对比特流。异步传输没有明确定义的“帧”模式,因此不需要同步时钟，但会增加一个帧同步域，用于在接收端恢复字节边界，并通过位数逐个地进行帧的识别。

 

        在实际应用中，串口通常使用异步技术来发送和接收数据。

        对于任何的通信协议，包括串口通信协议，都可以从硬件层与软件层这两个协议。标准来考虑。

        硬件层的协议主要是对接口进行了规定，包括电气特性（高低电平对应的电压范围）、机械特性（接口的针数）、信号功能（接口的各个引脚的功能）、连接方式。

        软件层的协议主要是对传输的数据帧中各位数据的含义的规定。比如像MODBUS协议中帧的第一个字节表示地址。所以在说MODBUS协议的时候，我们会说这是基于XX(RS232协议)的MODBUS协议。

        所以串口通信协议包括硬件层的协议以及软件层的协议，像RS232协议就是硬件层的协议，MODBUS协议就是典型的软件层的协议。像SPI，IIC，CAN总线等就是既包括了硬件层的协议也包括了软件层的协议，可以说是软硬件的结合体。

        下面，列举几个比较常见的串口通信协议。

        UART协议。我觉得UART协议偏向于应用层。UART的意思是通用异步收发器，结构上一般由波特率产生器、UART/USART发送器、UART/USART接收器组成，硬件上两线，一收一发。

        它规定了数据的传输格式。uart可以使用rs232物理层来通信。总的来说，对于一项通信任务，通信协议可以使用UART协议，而UART协议可以通过COM端口来实现硬件连线，此协议下的传输方式可以选用RS232或者RS485等。UART只是对信号的时序进行了定义，而未定义接口的电气特性。

 

        UART使用标准的TTL/CMOS逻辑电平（0-5v，0-3.3v，0-2.5v或0-1.8v）来表示数据，1表示高电平，0表示低电平。为了提高抗干扰能力、提高传输的距离，通常也会TTL/CMOS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平，3-15表示0，-3~-15V表示1。

        举个例子，对于传输数据0x55，即二进制的01010101，RS232和TTL的区别如下：

 

         USB协议。依我所见，USB协议既包括了物理层协议，也包括了应用层协议。

        物理层为USB协议中规定了USB的电气结构：

        标准USB是四线：5V电源VCC，地GND，差分数据线正D+，差分数据线D- 。

        

        应用层协议为规定了数据包的形式。

        USB总线上传输数据是以包为基本单位，一个包被分为不同的域，包的类型不同，包含的域也不同包有个共同特点，那就是以同步域开始，紧跟一个包标识符，最终以包结束符来收尾

        同步域：用于告诉USB的串行接口引擎数据就要开始传输了，请做好准备，除此之外，同步域还可以用来同步主机端和设备端的数据时钟
        包结束符：对于高速设备，用故意的填充错误来表示，此时CRC校验仍然可以通过，因此可以判断是故意的错误填充，而不是数据传输错了；对于全速和低速设备，将D+和D-都保持低电平，时间为2个数据位宽度
        包标识符：用来表示一个包的类型，共有8位，只前4位是有效数据，后4位是前4位的取反，用于校验

        对于RS232协议、RS485协议，就是典型的物理层的协议。规定连接端口的电气属性。

        

 

        MODBUS协议就是典型的应用层协议。规定了传输数据的格式。

        

         像SPI协议、IIC协议、CAN总线协议都是既有物理层的协议也有应用层的东西。所以，对于这三种协议，不用额外的物理层支持，因为他们不像MODBUS协议一样与物理层脱离的干干净净（这里也体现出了MODBUS协议的优点，通信的时候不需要考虑硬件层），自身包括了物理层的基础，所以也不会有这种什么基于RS485的SPI协议。

        IIC协议。IIC总线只使用两条双向漏极开路的信号线（串行数据线：SDA，及串行时钟线：SCL），并利用电阻上拉。

• SCL（Serial Clock）：串行时钟线，传输CLK信号，一般是主设备向从设备提供；

• SDA（Serial Data）：串行数据线，传输通信数据 I2C使用一个7bit的设备地址，

 

        关于SPI协议。   

        SPI四根信号线

        设备选择线：NSS

        时钟线：SCL

        串行输出数据线：MOSI

        串行输入数据线：MISO

 

        CAN总线协议。CAN技术规范主要主要对OSI基本参考模型中的物理层（部分）、数据链路层和传输层（部分）进行了定义。

        上文，只是我对于这些协议的一些理解，只是记录学习中过程。

        补充：

        电平标准是数据 1 和数据 0 的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：
1）TTL 电平（最常见）： +3.3V 或 +5V 表示【 1】 ， 0V 表示【 0】
2）RS232 电平（负逻辑）： -3~-15V 表示【 1】 ， +3~+15V 表示【 0】
3）RS485 电平：两线压差 +2~+6V 表示【 1】 ， -2~-6V 表示【 0】 （差分信号）（距离超远）

附录：

笔试常考：嵌入式5大常用协议（UART、RS232、RS485、IIC、SPI） (baidu.com)

【USART】串口协议_Pray_Me的博客-CSDN博客

【总线】Modbus、I2C、SPI - 不溯流光 - 博客园 (cnblogs.com)

UART（RS232、RS485）、IIC、SPI、USB、CAN、DMA、Modbus通讯协议_usb协议和串口协议_学海无涯_come on的博客-CSDN博客

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简单说说USB协议（一）_usb u盘协议_五月525的博客-CSDN博客

嵌入式物联网常用的通信协议UART、RS-232、RS-422、RS-485、CAN、IIC、SPI (eepw.com.cn)