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串口的基本知识你掌握了吗

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楼主
ID:412156 发表于 2018-10-19 14:34 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
       在做项目的时候是不是发现串口是最常用的通信接口，所以我自己整理了一下关于串口的一些常识性知识，方便自己学习。
    我们常说的串口按电平分类的话有两种，一种是TTL电平的串口，一种是232电平的串口。
首先我们先看一下这两种电平的区别。
TTL电平标准:输出L:  <0.8V;  H: >2.4V,输入L:  <1.2V:   H: >2.0V
TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V,输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1.于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有(O.8-0)/2=0.4V,高电平的噪声容限为(5-2.4)/2=1.3V.
RS232标准:
逻辑1的电平为-3~-15V,逻辑0的电平为+3~+15V,注意电平的定义反相了一次。

   然而TTL电平的串口还可以分为两种UART与USART。我们打开stm32cubeMX看到stm32F103有2个UART和3个USART。在日常我们就可以说，它有5个串口，因为USART可以配置成UART。
    UART与USART都是单片机上的串口通信，他们之间的区别如下：
首先从名字上看:
UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用异步收/发器
USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/异步收/发器
　　从名字上可以看出，USART在UART基础上增加了同步功能，即USART是UART的增强型，事实也确实是这样。但是具体增强到了什么地方呢？
　　其实当我们使用USART在异步通信的时候，它与UART没有什么区别，但是用在同步通信的时候，区别就很明显了：大家都知道同步通信需要时钟来触发数据传输，也就是说USART相对UART的区别之一就是能提供主动时钟。如STM32的USART可以提供时钟支持ISO7816的智能卡接口。


     在实际的项目中用的最多的还是UART ,配置为:N, 8 ,1.波特率常用的有2400，9600,57600,115200.我们用串口来干什么呢？用过一些模块的工程师会知道，很多模块都是通过串口来控制或者通过串口透传数据的，比如gsm（2g，4g），gps，wifi，蓝牙等等，这些模块都是通过串口来控制。所以作为一个工程师，必须要搞懂串口。下面我们通过Loto虚拟示波器采集不同波特率的UART 波形：

对比理论的时序图，我们找找起始位和停止位，这个数据是多少？
有时候我们面试会考一个题目，那就是UART波特率9600的时候，它的一个bit是多长时间，这个怎么算？初学者肯定蒙了，我用串口直接就配置然后发数据就行了，从来没算过，下面我总结一下：

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

对比我们用Loto虚拟示波器采集的数据看看是不是一致呢？


我们算这个数据有什么用呢？是的！没错！就是模拟串口！当单片机串口不够用的时候项目中会用到。接下来我会分析几个论友写的代码，逐步深入理解TTL串口。

下面这个模拟串口的代码：
首先说它的发送吧，发送一个字节，先发送起始位OI_TXD = 0;  然后delay_us(BuadRate_9600);然后依次从低位开始检测Data的每一位，从而拉高拉低OI_TXD，然后延时，移位，重复8次，最后发送停止位发送完一个Data。
接收的话：它是stm32开了个定时器4和一个外部中断.外部中断采到下降沿，然后定时器设置为107us中断一次，去采集一个bit，为什么是107us呢？因为此时波特率是9600，一个bit是104.17us，然后可以依次采集每个bit，直到采完一个data。（个人感觉107us不稳定）

  2. /**
  3. *软件串口的实现(IO模拟串口)
  4. * 波特率：9600    1-8-N
  5. * TXD : PC13
  6. * RXD : PB14
  7. * 使用外部中断对RXD的下降沿进行触发，使用定时器4按照9600波特率进行定时数据接收。
  8. * Demo功能: 接收11个数据，然后把接收到的数据发送出去
  9. */


  12. #define OI_TXD        PCout(13)
  13. #define OI_RXD        PBin(14)

  15. #define BuadRate_9600        100

  17. u8 len = 0;        //接收计数
  18. u8 USART_buf[11];  //接收缓冲区

  20. enum{
  21.         COM_START_BIT,
  22.         COM_D0_BIT,
  23.         COM_D1_BIT,
  24.         COM_D2_BIT,
  25.         COM_D3_BIT,
  26.         COM_D4_BIT,
  27.         COM_D5_BIT,
  28.         COM_D6_BIT,
  29.         COM_D7_BIT,
  30.         COM_STOP_BIT,
  31. };

  33. u8 recvStat = COM_STOP_BIT;
  34. u8 recvData = 0;

  36. void IO_TXD(u8 Data)
  37. {
  38.         u8 i = 0;
  39.         OI_TXD = 0;  
  40.         delay_us(BuadRate_9600);
  41.         for(i = 0; i < 8; i++)
  42.         {
  43.                 if(Data&0x01)
  44.                         OI_TXD = 1;  
  45.                 else
  46.                         OI_TXD = 0;         
  47.                
  48.                 delay_us(BuadRate_9600);
  49.                 Data = Data>>1;
  50.         }
  51.         OI_TXD = 1;
  52.         delay_us(BuadRate_9600);
  53. }
  54.         
  55. void USART_Send(u8 *buf, u8 len)
  56. {
  57.         u8 t;
  58.         for(t = 0; t < len; t++)
  59.         {
  60.                 IO_TXD(buf[t]);
  61.         }
  62. }
  63.         
  64. void IOConfig(void)
  65. {
  66.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  67.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  68.          EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
  69.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);         //使能PB,PC端口时钟
  70.          
  71.          //SoftWare Serial TXD
  72.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;            
  73.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //推挽输出
  74.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 //IO口速度为50MHz         
  75.         GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);                                          
  76.         GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);                                                
  77.          
  78.          
  79.         //SoftWare Serial RXD
  80.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  81.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  82.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;               
  83.         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);         

  85.         GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
  86.         EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14;
  87.         EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
  88.         EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿触发中断
  89.         EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
  90.         EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);


  93.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ;
  94.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
  95.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;  
  96.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;  
  97.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
  98.         
  99. }

  101. void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
  102. {
  103.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  104.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  106.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //时钟使能
  107.         
  108.         //定时器TIM4初始化
  109.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值        
  110.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
  111.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
  112.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
  113.         TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
  114.         TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
  115.         TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断

  117.         //中断优先级NVIC设置
  118.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;  //TIM4中断
  119.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占优先级1级
  120.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //从优先级1级
  121.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
  122.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器                        
  123. }


  126. int main(void)
  127. {               
  128.          NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
  129.          delay_init();
  130.          IOConfig();
  131.          TIM4_Int_Init(107, 71);         //1M计数频率
  132.          
  133.         while(1)
  134.         {
  135.                 if(len > 10)
  136.                 {
  137.                         len = 0;
  138.                         USART_Send(USART_buf,11);
  139.                 }
  140.         }
  141. }

  143. void EXTI15_10_IRQHandler(void)
  144. {
  145.         if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)
  146.         {
  147.                 if(OI_RXD == 0)
  148.                 {
  149.                         if(recvStat == COM_STOP_BIT)
  150.                         {
  151.                                 recvStat = COM_START_BIT;
  152.                                 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
  153.                         }
  154.                 }
  155.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
  156.         }
  157. }

  159. void TIM4_IRQHandler(void)
  160. {  
  161.         if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)
  162.         {
  163.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);        
  164.                  recvStat++;
  165.                 if(recvStat == COM_STOP_BIT)
  166.                 {
  167.                         TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
  168.                         USART_buf[len++] = recvData;        
  169.                         return;
  170.                 }
  171.                 if(OI_RXD)
  172.                 {
  173.                         recvData |= (1 << (recvStat - 1));
  174.                 }else{
  175.                         recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
  176.                 }        
  177.   }               
  178. }
复制代码

还有一个例子
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "sys.h"
  3. #include "exti.h"
  4. #include "stdio.h"

  6. //加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB         
  7. #if 1
  8. #pragma import(__use_no_semihosting)            
  9. //标准库需要的支持函数                 
  10. struct __FILE
  11. {
  12.         int handle;

  14. };

  16. FILE __stdout;      
  17. //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式   
  18. _sys_exit(int x)
  19. {
  20.         x = x;
  21. }
  22. //重定义fputc函数
  23. int fputc(int ch, FILE *f)
  24. {  
  25.     void SendOneByte(u8 Byte);
  26.         SendOneByte((uint8_t) ch);   
  27.         return ch;
  28. }
  29. #endif



  33. void SendOneByte(u8 Byte)
  34. {
  35.         u8 i=8,tmp;
  36.         TXD_low(); //发送起始位
  37.         delay_us(104);
  38.         //发送8位数据
  39.         for(i=0;i<8;i++)
  40.         {
  41.                 tmp        = (Byte >> i) & 0x01;  //低位在前

  43.                 if(tmp == 0)
  44.                 {
  45.                         TXD_low();
  46.                         delay_us(104);        //0               
  47.                 }
  48.                 else
  49.                 {
  50.                         TXD_high();
  51.                         delay_us(104);        //1               
  52.                 }        
  53.         }
  54. //        while(i--)
  55. //        {  
  56. //          MNUSART_TXD = (Byte&0x01);     //先传低位
  57. //          delay_us(104);         
  58. //          Byte = Byte>>1;
  59. //          //无校验位
  60. //          MNUSART_TXD=1;//发送结束位
  61. //          delay_us(104);
  62.         
  63. //        }
  64.          TXD_high();
  65.          delay_us(104);

  67. }

  69. void SendBytes(u8 *str,u8 len)        //发送数组最好用这个，也可发送字符串
  70. {
  71.   u16 i;
  72.   for(i=0;i<len;i++)
  73.   {
  74.            SendOneByte(str[i]);
  75.   
  76.   }

  78. }

  80. void SendStr(u8 *str) //发送字符串，发送数组如果带0x00就中断发送了
  81. {
  82. while(*str)
  83. SendOneByte(*str++);

  85. }

  87. int main(void)
  88. {
  89.   u8 len;
  90.   u8 hello[]={0x5a,0xa5,0x00,0x00,0x01};
  91.   delay_init();
  92.   EXTIX_Init();
  93.   //测试 发送一个字节
  94.   SendOneByte(0x00);
  95.   SendOneByte(0x01);
  96.   SendOneByte(0x02);
  97. //测试发送数组
  98. SendBytes(hello,5);
  99. //测试发送字符串
  100. // SendBytes("hello word",11);
  101. // SendStr("德玛西亚");        

  103.   while(1)
  104.         {

  106.       if(USART_RX_STA&0x8000)
  107.           {         
  108.              printf("您发送的消息为:");
  109.                    len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
  110.                  SendBytes(USART_RX_BUF,len);
  111.                  //也可以用下面的发送
  112. //                 SendStr(USART_RX_BUF);
  113. //                 for(len=0;len<200;len++)
  114. //                 USART_RX_BUF[len]=0;
  115.                    printf("");//插入换行
  116.                 USART_RX_STA=0;
  117.           }
  118.         }
  119. }

复制代码

  1. #include "exti.h"
  2. #include "stm32f10x_gpio.h"
  3. #include "stm32f10x_exti.h"
  4. #include "sys.h"


  7. u8 tmp;
  8. u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];
  9. u16 USART_RX_STA=0;
  10. //extern SendOneByte(u8 Byte);
  11. void EXTIX_Init(void)
  12. {
  13.                 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  14.                 EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
  15.                 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  16.                 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

  18.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;                                 //PA.9 端口配置
  19.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //推挽输出
  20.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 //IO口速度为50MHz
  21.                 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                         //根据设定参数初始化GPIOB.5
  22.                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_9);                                                

  24.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  25.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                          //浮空输入
  26.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                             
  27.                 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                          
  28.                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);

  30.                 //GPIOA.10 中断线以及中断初始化配置   下降沿触发
  31.                 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);

  33.                 EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line10;        
  34.                 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;        
  35.                 EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
  36.                 EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
  37.                 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);                 //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器


  40.                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
  41.                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;
  42.                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  43.                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

  45.                 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  46.                         

  48. }


  51. void EXTI15_10_IRQHandler(void)
  52. {
  53.    u8 i=9;
  54.    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)
  55.    {
  56.                 /* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/
  57.                 NVIC->ICER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
  58.                 (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
  59.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
  60.                 delay_us(30);
  61.                 while(i--)
  62.                 {
  63.                 tmp >>=1;
  64.                 if(GPIOA->IDR&0x0400) tmp |=0x80;
  65.                 delay_us(104);

  67.         }

  69.           if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
  70.           {
  71.                         if(USART_RX_STA&0x4000)
  72.                         {
  73.                         if(tmp!=0x0a) USART_RX_STA=0;
  74.                         else USART_RX_STA |=0x8000;
  75.                         }
  76.                         else
  77.                         {
  78.                         if(tmp==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000;
  79.                         else
  80.                         {
  81.                         USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=tmp ;
  82.                         USART_RX_STA++;
  83.                         if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收         
  84.                         }
  85.                         }
  86.          
  87.           }

  89.                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
  90.                 NVIC->ISER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
  91.                 (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);

  93.    }

  95. }

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沙发
ID:1 发表于 2018-10-20 00:55 | 只看该作者
好资料，51黑有你更精彩!!!
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板凳
ID:64985 发表于 2018-12-20 14:54 | 只看该作者
这个帖子不错
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地板
ID:280298 发表于 2019-2-1 10:59 | 只看该作者
呃，这个示波器，就是纵向分辨率有点低了……
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5#
ID:1595 发表于 2019-7-30 12:35 | 只看该作者
串口
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6#
ID:1595 发表于 2019-7-30 12:36 | 只看该作者
您好！请问《串口的基本知识你演掌握了吗》这个贴子中的串口波形上有过冲是怎么回事呢？

串口波形.png (90.67 KB, 下载次数: 44)

串口波形.png
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7#
ID:592509 发表于 2019-7-30 14:02 | 只看该作者
不错，学习了！
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8#
ID:241242 发表于 2019-7-31 10:02 | 只看该作者
专业，学习！
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