串口通信原理

注：（1）ALIENTEK 精英 STM32 开发板所使用的 STM32F103ZET6 最多可提供 5 路串口

      （2）串口设置的一般步骤可以总结为如下几个步骤：

1) 串口时钟使能， GPIO 时钟使能

2) 串口复位

3) GPIO 端口模式设置

4) 串口参数初始化

5) 开启中断并且初始化 NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）

6) 使能串口

7) 编写中断处理函数

 

一。波特率

1.波特率和比特率的区别

波特率：

 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率，波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，即是每秒调制的符号数，其单位是波特，波特率是传输通道频宽的指标。

比特率:

指单位时间内传输的比特数

注：（1）波特率越大，传输速率越快。 USART 的发送器和接收器使用相同的波特率。

       （2）比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数

 2.计算公式

二。通信接口背景知识

1.处理器和外部设备通信的方式有两种（或者可以这么说通信双方一般有两种通信方法），分别是

（1）并行（xing)通信：                                                   （2）串行（xing)通信：

传输原理：数据各个位同时传输                                         传输原理：数据按位顺序传输

优点：速度快                                                                    优点：占用引脚资源少

缺点：占用的引脚资源多                                                   缺点：速度相对比较慢

理解：
并行通信

就是，a和b是两个通信设备，a到b 进行并行通信，8个比特率，有八个引脚，一次性的把数据传到了对应的设备。

串行通信

就是只有一个引脚

2.串行通信：

按照数据传送方向，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；

• 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，它要求发送设备和接收设备都有独立

           的接收和发送能力。

 

                        a是单工，b是半双工，c是全双工

 

 

 

 3.串行通信的通信方式

• 同步通信：带时钟同步信号传输。

    -SPI，IIC通信接口

• 异步通信：不带时钟同步信号。

    -UART(通用异步收发器),单总线

注释：

1.

这个是串行通信，只有一条数据线。

2

这个是同步通信，除了数据线之外还有一条时钟线。

3

这个图中，时钟运行了一个周期，这个时钟具有上升沿和下降沿

4.

这个是异步通信，没有时钟信号，按比特来传输，没有时钟信号，对于异步通信，

它是有一个要求，约定A和B双方进行一个协议；比如用UART通信，A,B双方必须有一个波特率（传输的速度）

 

5.比如这个图是没有进行约定的

他就不知道你什么时候代表一个位传输完成了呢？这是没有办法，假设波特率确定了，A就用波特率来解析你的数据，一个数据只能发送1ms来传输，他就用1s来采集你的数据，我就知道你的数据是1还是0.

 

 

 

 

注意：上升沿和下降沿的概念问题

上升沿就是从0变成1中间的过程

下降沿就是从1变成0中间的过程

 

 

 

 

4。常见的串行通信接口

全双工：UART,SPI

半双工：1-wire,I2C

异步通信：UART,1-wire

同步通信：SPI,I2C

 

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:接受端 GND:公共地	异步通信	全双工
单总线 （1-wire)	DQ:发送/接受端	异步通信	半双工
SPI	SCK:同步时常见的串行通信接口钟 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	SCL:同步时钟 SDA:数据输入/输出端	同步通信	半双工

注释：1.UART因为是异步通信，就没有同步时钟，又因为是全双工，所以是一条发送，一条接受。

         2.单总线：因为是半双工，所以只需要一条线，一条线既能发送，也能接受的线。

        3。SPI是同步通信，必须有同步时钟。又因为是全双工，所以有独立的输入和输出引脚。

        4.I2C（这个叫做I方C），他是同步通信，所以有同步时钟，又因为是半双工，所以只有一根数据线，既可以输入，又可以输出 。

 

 

 

5.STM32的串口通信接口

• UART:通用异步收发器

• USART:通用同步异步收发器

注释：大容量STM32F10x系列芯片，包含3个USART和2个UART

 

6.UART异步通信方式引脚连接方法：

-RXD:数据输入引脚。数据接受。R是receive

-TXD:数据发送引脚。数据发送。T是transmit

简洁记忆：R来接受，T来发送

一个接收连接另一个发送，电脑上有一个串口DB9，

 

DB9怎么用芯片来连接，DB9进行电平转换

 

PC机通过电平转换，转换到DB9.

ARM芯片通过串口和电脑通讯的话，也需要RS232转换器，把他转换为232电平，这样它们两个才能连接在一起

ARM芯片的RxD不能直接连接PC机的TxD，因为芯片和电脑的电平是不兼容的。

TTL与232不兼容

 

 

7.UART异步通信方式引脚：

-RXD:数据输入引脚。数据接受。

-TXD:数据发送引脚。数据发送。

串口号	RXD	TXD
1	PA10	PA9
2	PA3	PA2
3	PB11	PB10
4	PC11	PC10
5	PD2	PC12

 

8.UART异步通信方式特点：

• 全双工异步通信。

• 分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。

     -发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s

• 可编程的数据字长度（8位或者9位）；

• 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；

• 可配置的使用DMA多缓冲器通信。

• 单独的发送器和接收器使能位。

• 检测标志：① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志

• 多个带标志的中断源。触发中断。

• 其他：校验控制，四个错误检测标志。

• 注释：1.通信的双方必须先约定好波特率

9.

 

10.STM32串口异步通信需要定义的参数：

    1.起始位

    2.数据位（8位或者9位）

    3.奇偶校验位（第9位）奇偶校验是接收验错的方法之一

    4.停止位（1,15,2位）

    5.波特率设置

 

例子：奇偶效验位是为了提高数据传输的准确率

比如说偶效验，1的数量不是偶数个，说明这个变量传输有问题

 举例子：假设这里面有这几位数

偶数校验位

1，1，1，0，那最后那个奇偶效验位，我们假如是偶校验的话就要在那一个位补一个1；

假如1，1，1，1，0，我们在奇偶校验位补一个0；

奇数校验位

1，1，1，0，那最后那个奇偶效验位，我们假如是偶校验的话就要在那一个位补一个0；

假如1，1，1，1，0，我们在奇偶校验位补一个1；

 

 

 

USART框图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.IrDA SIR这个是红外编辑码

2.TX和RX是接收和发送，

接收：直接到接收移位寄存器，又送到了RDR，之后CPU去读寄存器，去读到我们接收的数据

发送：写数据，TDR寄存器，又把数据送到了发送移位寄存器，又通过波特率一位一位的移出

3.它是由接收器的时钟和发送器的时钟来计算波特率的。

4。接收和发送的波特率是有一个单元来控制，共用波特率发生器

 

重点来了，就是这里

1.串口的时钟：  fPCLKx(x=1,2)

在F103大容量芯片中，

串口1------x=2             串口2~4------x=1

2./usartdiv就是除以一个数（可以是整数或者小数），使用波特率寄存器来配置的。

3.

这里有个小数，还有一个整数

意思就是，这里既能够配置整数的分频，又能配置小数的分频。

4，先除以/usartdiv，配置时钟，再除以16，配置发送器时钟或者接收器时钟。

   注意小数和整数都是需要符合是1/16的整数倍这个条件

1.SR寄存器就是传输过程中的状态标志位

2.CR1寄存器分两个部分

有箭头的这四个是连接中断控制，这是一些中断使能，在中断服务函数来判断相应位

没有箭头的这四个是使能位