关于串口通信

串口通信在嵌入式领域使用非常广泛，如3G、4G、5G、NB-iot、Lora等几乎都是。因此，做嵌入式开发人员很有必要学习一下。

首先要了解计算机的通信方式，通过硬件发出的高、低电平，计算机处理0、1数字信号，完成通信。

一、串口通信介绍

1、串口接头

常用的串口接头有两种，一种是9针串口（简称DB-9），其中三根（GND（地线）、TXD（输出）、RXD（输入））非常重要，其他六根一般是用来做流控的，而我们平常的测试中一般用不上。还有一种是25针串口（简称DB-25）

如图，带针状的是公头，带孔状的是母头。购买串口接头的时候需要注意自己需要的是公还是木哦

2、串口通信连线

串口通信最少通过两根线（GND和信号线）就可以完成单工通信。大多数的串口通信都是三根线（GND、RXD、TXD）来实现的双工通信。

3、串口通信的方式通常为异步串行通信

关于异步和同步通信：

同步通信：有时钟，如SPI，I2C通信

异步通信：无时钟，如UART

关于串行和并行：

串口通信即可以实现半双工，也可以实现全双工

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

全双工：允许数据同时在两个方向上传输

4.串口通信电平

串口通信电平中，常用的便是TTL电平和RS232电平。电平信号是用信号线减去参考线（GND）电平得到的电压差，这个电压差决定了传输值是1还是0。电平信号中多少V代表1或0是不固定的，取决于电平标准。

TTL是MUC或芯片电平，高电平时5V（51单片机）或3.3V（ARM）表示1，低电平表示0；

RS232电平时用-15V~-3V表示1，+3V~+15V表示0；

显然,TTL电平能接收的误差范围很小，适合近距离且干扰小的情况，如开发板芯片到芯片之间、开发板与串口模块之间的短距离串口通信。而设备与设备之间的长距离通信，因为降压和信号干扰等原因通常会用RS232电平进行通信，但通信距离也一般小于15米。

二、串口通信协议（UART）

1、UART

（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发传输器，在UART通信中，发送端的UART将来自控制设备（如CPU）的并行数据转换为串行数据，以串行方式将其发送到接收端的UART，然后由接收端的UART将串行数据转换为并行数据以用于接收设备的正常处理。

2、UART数据包

每个数据包包含1个起始位，5~9个数据位（设置校验位时，最多8个数据位；没设置校验位时，校验位也算一个数据位，故最多9个数据位），一个可选的奇偶校验位以及1个或2个停止位，如下图：

起始位：

表示要发送一个通信单元，UART数据传输线通常在不传输数据时保持在高电平。为了开始数据传输，发送端UART在一个时钟周期内将传输线从高电平拉低到低电平。此时接收端UART检测到高电压到低电压转换时，它开始以波特率的频率读取数据位中的每一位数据。

数据位：一个通信单元的有效信息位，本次通信要发的有效数据，一次发送多少位是由串口编程设定的，一般选8位，因为ASCII码中一个字符刚好编码为8位。

校验位：

校验数据位，防止数据为出错。常用的两种校验方式是奇校验和偶校验。

奇校验：保证1的个数为奇数，如3位数据传输中1的个数为偶数，则校验位为1

偶校验：保证1的个数为偶数，如3位数据传输中1的个数为偶数，则校验位为0

以011的奇偶校验为例：

停止位：

发送方用来表示本通信单元结束的标志，停止位的位数也是由串口编程设定的，由通信线上的电平变化来反映（从低电压驱动到高电压）。常用的有1、1.5或2位停止位，一般用1位。

波特率：

波特率是串口数据的传输速度，即Bit/s，常见的波特率有：9600，19200，38400，57600，115200等。因为串口通信是一种异步通信，没有同步时钟信号来规约一个bit的数据发送电平维持多长时间。因此，收发双方的速率必须保持一致来同步收发数据，否则会出现乱码或完全接收不到数据的情况。