以下内容源于朱友鹏《物联网大讲坛》课程的学习，如有侵权，请告知删除。 总结 1、同步异步：是否同一时钟，数据格式 2、电平信号、差分信号：有无参考电平（有，无） 3、串行接口和并行接口：信号线数目 4、单工通信、半双工通信、全双工通信：“工”即工作 4、串口通信 （1）异步、差分、串行 （2）三根通信线（TX、RX、GND） （3）设置波特率、数据格式（起始位、数据位、奇偶校验位、停止位）    

一、电子通信的一些概念

1、同步通信和异步通信

https://blog.csdn.net/wind19/article/details/7433249

• 发送方和接收方按照同一个时钟节拍工作就叫同步；发送方和接收方按照自己的节拍工作就叫异步；
• 同步通信中，通信双方按照统一节拍工作，所以配合很好；一般需要发送方给接收方发送信息同时发送时钟信号，接收方根据发送方给它的时钟信号来安排自己的节奏。同步通信用在通信双方信息交换频率固定，或者经常通信时。
• 异步通信又叫异步通知。在双方通信的频率不固定时（有时3ms收发一次，有时3天才收发一次）不适合使用同步通信，而适合异步通信。异步通信时接收方不必一直在意发送方，发送方需要发送信息时会首先给接收方一个信息开始的起始信号，接收方接收到起始信号后就认为后面紧跟着的就是有效信息，才会开始注意接收信息，直到收到发送方发过来的结束标志。

2、电平信号和差分信号

• 电平信号和差分信号是用来描述通信线路传输方式的，即如何在通信线路上表达1和0。
• 电平信号的传输线中有一个参考电平线（一般是GND），然后信号线上的信号值是由信号线电平和参考电平线的电压差决定。
• 差分信号的传输线中没有参考电平，所有都是信号线，1和0的表达依靠信号线之间的电压差。
• 电平信号的2根通信线之间的电平差异容易受到干扰，传输容易失败；差分信号不容易受到干扰因此传输质量比较稳定，现代通信一般都使用差分信号。

3、并行接口和串行接口

• 串行、并行主要是考虑通信线的根数，就是发送方和接收方同时可以传递的信息量的多少；
• 譬如在电平信号下，1根参考电平线+1根信号线可以传递1位二进制；如果我们有3根线（2根信号线+1根参考线）就可以同时发送2位二进制；如果想同时发送8位二进制就需要9根线。在差分信号下，2根线（彼此差分）可以同时发送1位二进制；如果需要同时发送8位二进制，需要16根线。
• 似乎并行接口比串行接口要快（串行接口一次只能发送1位二进制，而并行接口一次可以发送多位二进制）要更优秀；但是实际上串行接口才是王道，用的比较广。因为更省信号线，而且对传输线的要求更低、成本更低；而且串行时可以通过提高通信速度来提高总体通信性能，不一定非得要并行。经过这么多年发展，最终胜出的是：异步、串行、差分，譬如USB和网络通信。

 

二、串口通信的基本概念

1、串口通信的特点：异步、电平信号、串行

• 异步：串口通信的发送方和接收方之间是没有统一的时钟信号的。
• 电平信号：串口通信出现时间早，速率较低，传输的距离较近，所以干扰还不太明显，因此当时使用了电平信号传输。后期出现的传输协议都改成差分信号传输了。
• 串行通信：串口通信每次同时只能传输1个二进制位。

 

2、RS232电平和TTL电平

（1）电平信号是用信号线电平减去参考线电平得到电压差，这个电压差决定了传输值是1还是0。 （2）在电平信号时多少V代表1，多少V代表0不是固定的，取决于电平标准。

• 譬如RS232电平中-3V～-15V表示1；+3～+15V表示0；TTL电平则是+5V表示1，0V表示0。
• RS232的电平定义比较大，适合干扰大、距离远的情况；TTL电平电压范围小，适合距离近且干扰小的情况。
• 台式电脑后面的串口插座就是RS232接口的，在工业上用串口时都用这个，传输距离小于15米；TTL电平一般用在电路板内部两个芯片之间。

 

3、波特率

（1）波特率（bandrate），指的是串口通信的速率，也就是串口通信时每秒钟可以传输多少个二进制位。

• 譬如每秒种可以传输9600个二进制位（传输一个二进制位需要的时间是1/9600秒，也就是104us），波特率就是9600。

（2）串口通信的波特率不能随意设定，而应该在一些值中去选择。

• 一般最常见的波特率是9600或者115200（低端单片机如51常用9600，高端单片机和嵌入式SoC一般用115200）。
• 为什么波特率不可以随便指定？第一，通信双方必须事先设定相同的波特率这样才能成功通信，如果发送方和接收方按照不同的波特率通信则根本收不到，因此波特率最好是大家熟知的而不是随意指定的。第二，常用的波特率经过长久发展，就形成了共识，大家常用就是9600或者115200。

4、起始位、数据位、奇偶校验位、停止位

• 串口通信时，一个通信单元由“起始位+数据位+奇偶校验位+停止位”组成。
• 起始位表示发送方要开始发送一个通信单元；数据位是一个通信单元中发送的有效信息位；奇偶校验位是用来校验数据位，以防止数据位出错的；停止位是发送方用来表示本通信单元结束标志的。
• 起始位的定义是串口通信标准事先指定的，是由通信线上的电平变化来反映的。
• 数据位是本次通信真正要发送的有效数据，串口通信一次发送多少位有效数据是可以设定的（一般可选的有6、7、8、9，99%情况下我们都是选择8位数据位。因为我们一般通过串口发送的文字信息都是ASCII码编码的，而ASCII码中一个字符刚好编码为8位。）
• 奇偶校验位是用来给数据位进行奇偶校验（把待校验的有效数据逐个位的加起来，总和为奇数奇偶校验位就为1，总和为偶数奇偶校验位就为0）的，可以在一定程度上防止位反转。
• 停止位的定义是串口通信标准事先指定的，是由通信线上的电平变化来反映的。常见的有1位停止位，1.5位停止位，2位停止位等。99%情况下都是用1位停止位。
• 串口通信时因为是异步通信，所以通信双方必须事先约定好通信参数，这些通信参数包括：波特率、数据位、奇偶校验位、停止位（串口通信中起始位定义是唯一的，所以一般不用选择）

 

三、串口通信的基本原理

1、单工通信、双工通信、半双工通信

• 如果只能A发B收则单工，A发B收或者B发A收（两个方向不能同时）叫半双工，A发B收同时B发A收叫全双工。

2、三根通信线：Rx Tx GND

• 任何通信都要有信息传输载体，或者是有线的或者是无线的。串口通信是有线通信，是通过串口线来通信的。
• 串口通信线最少需要2根（GND和信号线），可以实现单工通信，也可以使用3根通信线（Tx、Rx、GND）来实现全双工。
• 一般开发板都会引出SoC上串口引脚直接输出的TTL电平的串口（X210开发板没有），插座用插针式插座，每个串口引出的都有3个线（Tx、Rx、GND），可以用这些插座直接连接外部的TTL电平的串口设备。

3、收发双方事先规定好通信参数（波特率、数据位、奇偶校验位、停止位等）

• 串口通信属于基层基本性的通信规约，它自己本身不会去协商通信参数，需要通信前通信双方事先约定好通信参数（一般4个最重要的）；
• 串口通信的任何一个关键参数设置错误，都会导致通信失败。譬如波特率调错了，发送方发送没问题，接收方也能接收，但是接收到全是乱码。

4、信息以二进制流的方式在信道上传输

• 串口通信的发送方每隔一定时间（时间固定为1/波特率，单位是秒）将有效信息（1或者0）放到通信线上去，逐个二进制位的进行发送。
• 接收方通过定时（起始时间由读到起始位标志开始，间隔时间由波特率决定）读取通信线上的电平高低来区分内容是1还是0。依次读取数据位、奇偶校验位、停止位，停止位就表示这一个通信单元（帧）结束，然后中间是不定长短的非通信时间（发送方有可能紧接着就发送第二帧，也可能半天都不发第二帧，这就叫异步通信），下来就是第二帧……
• 波特率非常重要，波特率错了整个通信就乱套了；数据位、奇偶校验位、停止位也很重要，否则可能认不清数据；通过串口不管发数字、还是文本还是命令还是什么，都要先对发送内容进行编码，编码成二进制再进行逐个位的发送。
• 串口发送的一般都是字符，一般都是ASCII码编码后的字符，所以一般设置数据位都是8位，方便刚好一帧发送1个字符。

 

四、DB9接口介绍

（1）DB9接口是串口通信早期比较常用的一种规范化接口。 （2）串行通信在早期是计算机与外界通信的主要手段，那时候的计算机都有标准配置的串口以实现和外部通信。那时候就定义了一套标准的串口规约，DB9接口就是标准接口。 （3）DB9接口中有9根通信线，其中3根很重要，为GND、Tx、Rx，必不可少；剩余6根都是和流控有关的，现代我们使用串口都是用来做调试一般都禁用流控，不然可能发生意想不到的问题，所以这6根没用。