硬件选讲之UART
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硬件选讲之UART
TTL/CMOS与RS232电平
MAX232升压原理
UART：与RS232的前缘，与USB的今生
百变的UART
串口与USB：宿敌？
虚拟串口
虚拟机下外设接口的使用，如：串口、J-link、U盘
Linux下串口的使用
安卓下串口的使用
今天看到CSDN的一个博客签名“没有时间把一件事情做好，却有时间把一件事情反复做”，心里说不出什么滋味，但既然连写带抄的整出了这篇文章，那就让它与大家见面吧。
TTL/CMOS与RS232电平
STM32的手册上说I/O管脚有两种：TTL和CMOS，所有管脚都兼容TTL和CMOS电平。51的芯片手册基本都没提过吧？
MAX232升压原理
开关电源可以分为电容开关型（电荷泵型）、电感与变压器开关型（在线型On-Line、隔离型Off-Line），虽然电荷泵型不是主流，但用作RS232还是挺合适的。如专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片、使用+5v单电源供电MAX232：
外部并有4个0.1uF或1uF的瓷片电容，MAX232电荷泵内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这里电容C1、C2用于搬运电荷到C3（+10V）和C4（-10V）？
UART: 与RS232的前缘，与USB的今生
RS-232：一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。老式为25芯，现在一般为9芯，即常见的DB9接口(2排，注意与3排15芯的VGA接口的区别):
UART：是一种异步收发传输器，即通用异步收发传输器（UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter)的缩写。具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的外设。UART也可称作是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。
USART：Universal Synchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter. 通用同步/异步串行接收/发送器。
一般说的单片机串口应该为UART/USART，当然指着开发板上的RS-232的DB9接口说这是串口，也是可以的。开发板上多有DB9母头接口，即可大致确定是单片机的串口经过了MAX232或SP3232吧，相应的与笔记本连接，就需要找一个MAX232+CH340的俗称“USB转串口线”的东东了：
当然，小伙伴们学习时一般只需要单片机串口和电脑通信，完全没有必要走下面的不能供电、多花银子、浪费通信速率、臃肿的“曲线救国”之路：
单片机UART/USART+MAX232+DB9 <-->DB9+MAX232+CH340+USB
现在出现的很便宜的是兼容5V/3.3V的CH340小板和PL2303小板,直接与单片机的TXD、RXD和GND相连即可，还可供电：
PL2303是国际货，驱动（Winsows、Linux、安卓）全，但国内山寨货多的质量没保证。
CH340倒还不错，至少还算稳定点。
贵的CP2102/CP2103、FT232等可能会更加稳定吧。
至于单片机和单片机串口通信，只需要RXD/TXD对调相连，加根GND线。完全什么芯片也不需要接的。如果距离远，可以转换为其他接口如CAN的形式。
使用RS-232迎合了老式设备的标准，浪费了UART/USART的实力。波特率一般为9600bps或115200bps。但单片机本可以达到460800bps或者更高。
百变的UART
51单片机多为UART，需占用定时器作为波特率发生器。
在UART上追加同步方式的序列信号变换电路的产品，被称为USART(Universal Synchronous AsynchronousReceiver Transmitter).
STM32为USART，独立的高精度波特率发生器，不占用定时/计数器。可以只作为UART来使用。
UART或USART在单片机上一般以RXD和TXD两个引脚体现出来，貌似世间万物可转串口，反过来串口连接世间万物。
可以使用MAX232、SP232等使微处理器的UART符合RS232标准；
也可以使用CH340、PL2303、CP2102/CP2103、FT232等使UART以USB接口的形式出现。最大通信速率受单片机本身还有转换芯片的影响；
也可以使用MAX485等以RS-485的双绞线形式存在；
也可以使用。。。以CAN的形式存在；
也可以使用。。。以蓝牙的形式出现；
也可以使用。。。以以太网的形式出现；
也可以使用。。。以GSM的形式出现；
也可以使用。。。以zigbee的形式出现；
……
反正就是转过来转过去的…
串口与USB: 宿敌？
以前采用串口的各种商用设备：热敏打印机、条码扫描器、MODEM等各种通过串口与PC通信的，现在，貌似大多都投奔USB的怀抱了吧。就连与串口亲密无间的STC单片机，新推出的STC15W，下载也投奔了USB，抛弃了串口。
其实USB抢的何止串口的生意，几乎无所不为：硬盘、鼠标、键盘、USB网卡、USB声卡……
或许将来某一天，电脑上对外只存在一种接口：吞并了HDMI、电源、网口……或许不是USB3.0，但说不定是USB5.0呢？
当然，如果物联网和无线充电技术发展起来，或许将来电脑根本不需要留下任何接口！
呵呵，白日又在做梦了！
虚拟串口
编写上位机的孩子有时候需要用到串口，然后就到处找啊找的，其实用虚拟串口软件虚拟就可以了：
如Virtual Serial Port Driver：
配对一对串口，如COM7和COM8；
自己编写的软件打开其中一个串口，发送数据可以在另一个串口（可以用串口调试助手）中收到，当然，也可以发送了。
下图是用两个串口调试助手实验：
需要注意的是，创建的配对串口仍需要用Virtual Serial Port Driver来解除关系，不然，它可能会成为你的噩梦！
虚拟机下外部设备的使用：如J-link、串口、U盘
有的人讨厌死了XP，但某些软件又只能在XP下才能用。又有些人不忍割舍Windows，但又想玩Linux。于是，他们想到了虚拟机，在VmwareWorkstation中使用外部设备如J-link、USB转串口线、U盘、各种DSP、FPGA的仿真器是没有任何问题的。
如以在Vmware Workstation 10虚拟的XP系统为例：
首先要保证主系统下各种驱动如USB转串口的驱动、J-link的驱动等已经安装完成；
打开虚拟机中的XP，勾选各个设备，即可在设备管理器中看到：
需要注意，要在虚拟机界面下插入U盘，虚拟机默认是打开了USB控制器的，如果不显示U盘，可以拔下来再插上。
如果虚拟机不能显示或添加各种设备，可以先关闭虚拟系统，然后：
Linux下串口的使用
可能对FT232、PL2303等的支持较好。没搞过，欢迎百度。
安卓下串口的使用
这里不是说蓝牙串口（单片机的UART接个蓝牙模块，手机或平板端为蓝牙，美其名曰安卓与单片机的串口通信，其实是蓝牙在通信。当然，说到这，USB转串口其实是USB在通信？），而是通过USB-OTG的USB转串口。
只要手机支持USB-OTG，花几块钱买根包邮的USB-OTG线，再用USB转串口芯片如PL2303，即可使用安卓中的串口调试助手？在安卓中多叫ttyS??这个，驱动用不用呢？
由于手中没有OTG线，等待测试。在网上看到一个APK：
此APK可用在安卓3.1版本以上系统，需安卓USB支持OTG或HOST功能。可支持的USB转串口芯片有FT232R,FT231XS,FT232H，FT230XS.
搜索某篇论文，摘抄部分如下：
安卓操作系统的内核使用的是修改过的Linux OS。Linux 通过内核模块支持串口，包括USB串口。由于Linux内核包含一个与FTDI的，FTxxx通过一个串行接口设备进行通信的内核模块，它就有可能构建一个同样支持Android的模块。
由于驱动要素作为内核映像的一部分对于嵌入式系统，它不是一个简单地把驱动复制到手机上，来启用此功能。为了包含此功能，开发人员需要在源代码级对操作系统进行控制。
本文件提出两个替代方法包括FTDI的Android操作系统的设备VCP的支持，首先考虑建立一个完整的内核映像，包括FTDI的VCP驱动程序模块，第二建立一个兼容的FTDI内核模块和将它插入功能内核。
……
搜索一下万能的TD，还真有FT231支持原生安卓，不过价格有点坑爹了。。。芯片价格一点不如CH340和PL2303来的亲民。貌似在哪里看到过PL2303还是可以的？
有没有权威点的人士给出点解答？虽然这还不是主流……
最后，有什么意见或好的建议，大家可以私信我，欢迎大家关注我的微博：weifengdq