20%初学者容易搞混的串口基础知识整理

2019-07-21 08:15发布

本帖最后由秋天于 2018-10-22 14:42 编辑

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。
关键词：Loto虚拟示波器，串口时序，电平标准，模拟串口
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: >2.0VTTL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。首先我们了解一下我们的工具，大家可以到我的淘宝店里看看：https://shop296209296.taobao.com/index.htm?spm=a1z10.5-c.w5002-18352947751.2.acd4173daNW4Pn
想要的可以联系我。下面我们通过Loto虚拟示波器采集不同波特率的TTL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）[mw_shl_code=c,true]#define BuadRate_9600       100
u8 len = 0;       //接收计数
u8 USART_buf[11];  //接收缓冲区

enum{
      COM_START_BIT,
      COM_D0_BIT,
      COM_D1_BIT,
      COM_D2_BIT,
      COM_D3_BIT,
      COM_D4_BIT,
      COM_D5_BIT,
      COM_D6_BIT,
      COM_D7_BIT,
      COM_STOP_BIT,
};

u8 recvStat = COM_STOP_BIT;
u8 recvData = 0;

void IO_TXD(u8 Data)
{
      u8 i = 0;
      OI_TXD = 0;
      delay_us(BuadRate_9600);
      for(i = 0; i < 8; i++)
      {
            if(Data&0x01)
                     OI_TXD = 1;
            else
                     OI_TXD = 0;

            delay_us(BuadRate_9600);
            Data = Data>>1;
      }
      OI_TXD = 1;
      delay_us(BuadRate_9600);
}

void USART_Send(u8 *buf, u8 len)
{
      u8 t;
      for(t = 0; t < len; t++)
      {
            IO_TXD(buf[t]);
      }
}

void IOConfig(void)
{
      GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
      EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);       //使能PB,PC端口时钟

      //SoftWare Serial TXD
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                //推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                //IO口速度为50MHz
  GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);


      //SoftWare Serial RXD
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

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

      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
      NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //时钟使能

      //定时器TIM4初始化
      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
      TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
      TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
      TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
      TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
      TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
      TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断

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

int main(void)
{
      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
      delay_init();
      IOConfig();
  TIM4_Int_Init(107, 71);       //1M计数频率

  while(1)
      {
            if(len > 10)
            {
                     len = 0;
                     USART_Send(USART_buf,11);
            }
      }
}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
      if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)
      {
            if(OI_RXD == 0)
            {
                     if(recvStat == COM_STOP_BIT)
                     {
                              recvStat = COM_START_BIT;
                              TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
                     }
            }
            EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
      }
}

void TIM4_IRQHandler(void)
{
      if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)
      {
            TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
               recvStat++;
            if(recvStat == COM_STOP_BIT)
            {
                     TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
                     USART_buf[len++] = recvData;
                     return;
            }
            if(OI_RXD)
            {
                     recvData |= (1 << (recvStat - 1));
            }else{
                     recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
            }
  }
}
[/mw_shl_code]

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