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2022-01-18 10:45:08
先说一下串口通信，有兴趣的可以看看，了解的直接拉到下方看使用的方式。
串行通信的三种方式：单工/半双工全双工
串行通讯的基本概念:与外界的信息交换称为通讯.基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种.
一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯.并行通讯的特点是:各数据位同时传送,传送速度快、效率高,但有多少数据位就需多少根数据线,因此传送成本高,且只适用于近距离(相距数米)的通讯.。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯.串行通讯的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢.串行通讯的距离可以从几米到几千米。
根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种.信息只能单向传送为单工;信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工;信息能够同时双向传送则称为全双工。
串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式.在单片机中,主要使用异步通讯方式.
全双工的串行通讯只需要一根输出线和一根输入线.数据的输出又称发送数据(TXD),数据的输入又称接收数据(RXD).串行通讯中主要有两个技术问题,一个是数据传送、另一个是数据转换.数据传送主要解决传送中的标准、格式及工作方式等问题.数据转换是指数据的串并行转换.具体说,在发送端,要把并行数据转换为串行数据;而在接收端,却要把接收到的串行数据转换为并行数据.
单工/半双工和全双工的定义：
如果在通信过程的任意时刻,信息只能由一方A传到另一方B,则称为单工.
如果在任意时刻,信息既可由A传到B,又能由B传A,但只能由一个方向上的传输存在,称为半双工传输.
如果在任意时刻,线路上存在A到B和B到A的双向信号传输,则称为全双工.
分享一个串口通讯接收数据的代码，可以接收数据并以十六进制的形式显示出来：
打开的设备为/dev/ttyUSB0，使用时需要修改权限：sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0
或者修改group的权限。
可以通过cutecom工具查看自己的数据接收对不对。
cutecom工具使用的方法#include <stdio.h> #include <unistd.h> //Used for UART #include <fcntl.h> //Used for UART #include <termios.h> //Used for UART typedef unsigned char uint8; void dump8(uint8 *buf, int len) { for(int icnt = 0; icnt < len; icnt++) { printf("0x%x,",buf[icnt]); } printf("\n\t"); } int main(void) { int data_num = 0; printf("\nUART test\n\n"); int uart0_filestream = -1; uart0_filestream = open("/dev/ttyUSB0", O_RDONLY | O_NOCTTY | O_NDELAY); //Open in non blocking read/write mode if (uart0_filestream == -1) { printf("Error - Unable to open UART. Ensure it is not in use by another application\n"); return -1; } struct termios options; tcgetattr(uart0_filestream, &options); options.c_cflag = B921600 | CS8 | CLOCAL | CREAD; //<Set baud rate options.c_iflag = IGNPAR; options.c_oflag = 0; options.c_lflag = 0; tcflush(uart0_filestream, TCIFLUSH); tcsetattr(uart0_filestream, TCSANOW, &options); printf("init complete, listening...\n\n"); while(1) { if (uart0_filestream != -1) { unsigned char buf1[2]; int n = read(uart0_filestream, buf1, 2); if ((n > 0) && (buf1[0] == 0xff) &&(buf1[1] == 0xff)) { unsigned char buf2[2]; dump8(buf1,2); n = read(uart0_filestream, buf2, 2); dump8(buf2,2); if (n > 0 && (buf2[0] == 0x40) &&(buf2[1] == 0x01)) { unsigned char buf3[640]; data_num = read(uart0_filestream, buf3, 640); if(data_num > 0) { dump8(buf3,data_num); } } } } } }代码在Ubuntu系统上运行的没有问题。
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首先先来介绍以下同步和异步通信，同步是指，发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式；异步是指，发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。换句话说，同步通信是阻塞方式，异步通信是非阻塞方式。在常见通信总线协议中，I2C，SPI属于同步通信而UART属于异步通信。同步通信的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率，收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。异步通信在发送字符时，发送端可以在任意时刻开始发送字符，所以，在UART通信中，数据起始位和停止位是必不可少的。
硬件层
常用RS-232标准，这里不详细解释，主要是对应设备的Tx线和Rx线要对应正确。
协议层
协议层中，规定了数据包的内容，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通信双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据 。
波特率：异步通信中由于没有时钟信号，所以2个通信设备需约定好波特率，常见的有4800、9600、115200等。
通信的起始和停止信号：串口通信的一个数据包从起始信号开始，知道停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。
有效数据：在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为8位或9位长。
数据校验：在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无校验(noparity)。
奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个 8 位长的有效数据为：01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1 校验是校验位总为“1”。
UART功能框图剖析
这张图是当年上学时使用System C对UART建模的模块图。对于接口部分，重要的即为Tx，Rx数据输出，接收接口，clk提供波特率生成模块的初始时钟信号。有关控制器部分，在这里使用逻辑电路来实现，具体控制输出/接收使能，设备使能等。
在目前的微控制器上，数字电路控制部分已被封装，现在只需要操作对应寄存器的对应位即可实现对UART的控制。以手上芯片STM32F411为例，下图是UART框图：
波特率生成模块：
USART 的发送器和接收器使用相同的波特率。有以下的计算公式
其中，fck为 USART 时钟， USARTDIV 是一个存放在波特率寄存器(USART_BRR)的一个无符号定点数。其中 DIV_Mantissa[11:0]位定义 USARTDIV 的整数部分，DIV_Fraction[3:0]位定义 USARTDIV 的小数部分。
例如：DIV_Mantissa=24(0x18)，DIV_Fraction=10(0x0A)，此时 USART_BRR 值为0x18A；那么USARTDIV的小数位10/16=0.625；整数位24，最终USARTDIV的值为24.625。
波特率的常用值有 2400、9600、19200、115200。下面以实例讲解如何设定寄存器值得到波特率的值。我们知道 USART1 使用APB2总线时钟，最高可达72MHz，其他USART的最高频率为36MHz。我们选取USART1作为实例讲解，即fck=72MHz。为得到115200bps的波特率，此时：115200=72000000/(16∗USARTDIV)，解得USARTDIV=39.0625，可算得DIV_Fraction=0.0625*16=1=0x01，DIV_Mantissa=39=0x27，即应该设置USART_BRR的值为0x171。
数据寄存器：
UART数据寄存器(USART_DR)只有低9位有效，并且第9位数据是否有效要取决于UART控制寄存器1(USART_CR1)的M位设置，当M位为0时表示8位数据字长，当M位为1表示9位数据字长，我们一般使用8位数据字长。
USART_DR包含了已发送的数据或者接收到的数据。USART_DR实际是包含了两个寄存器，一个专门用于发送的可写TDR，一个专门用于接收的可读RDR。当进行发送操作时，往USART_DR写入数据会自动存储在TDR内；当进行读取操作时，向USART_DR读取数据会自动提取RDR数据。
TDR和RDR都是介于系统总线和移位寄存器之间。串行通信是一个位一个位传输的，发送时把TDR内容转移到发送移位寄存器，然后把移位寄存器数据每一位发送出去，接时把接收到的每一位顺序保存在接收移位寄存器内然后才转移到RDR。
UART支持DMA传输，可以实现高速数据传输(不经过CPU),使能UART的DMA功能需要将USART_CR1寄存器DMAT位置1。
控制器：
UART有专门控制发送的发送器、控制接收的接收器，还有唤醒单元、中断控制等。使用UART之前需要向USART_CR1寄存器的UE位置1使能UART，UE位用于开启供给串口的时钟。发送或者接收数据字长可选8或9位，由USARTT_CR1的M位控制。
1）发送器
当USART_CR1寄存器的发送使能位TE置1时，启动数据发送，发送移位寄存器的数据会在TX引脚输出，低位在前，高位在后。一个字符帧发送需要3部分：起始位、数据帧、停止位。起始位是一个位周期的低电平，位周期就是每一位占用的时间 ；数据帧就是我们要发送的8或9位数据，数据是最低位开始传输的；停止位是一定时间周期的高电平。
停止位的时间长短可以通过UART控制寄存器2（USART_CR2）的STOP[1:0]位控制，可选0.5个、1个、1.5个、2个停止位。默认使用1个停止位。2个停止位适用于正常USART模式、单线模式和调制解调器模式。0.5和1.5个停止位用于智能卡模式。
当发使能位TE置1之后，发送器开始会发送一个空闲帧（一个数据帧长度的高电平），接下来就可以往USART_DR寄存器写入要发送的数据。在写入最后一个数据后，需等待UART状态寄存器（USART_SR）的TC位为1，表示数据传输完成。USART_CR1寄存器的TCIE位置1，则产生中断。
发送数据时，几个重要的标志位如下：
TE:发送使能。
TXE:发送寄存器为空，发送单个字节时使用。
TC:发送完成，发送多个字节数据时候使用。
TXIE:发送完成中断使能。
2）接收器
将CR1寄存器的RE位置1，使能USART接收，使得接收器在RX线开始搜索起始位。在确定起始位后，就根据RX线电平状态把数据存放在接收移位寄存器内。接收完成后就把接收移位寄存器的数据移到PDR内，并把USART_SR寄存器的RXNE位置。如果USART_CR2寄存器的RXNEIE置1可以产生中断。
接收数据时，几个重要的标志位如下：
RE: 接收使能。
RXNE:读数据寄存器非空。
RXNEIE:发送完成中断使能。
USART_CR1寄存器：
USART_CR2寄存器：
USART_CR3寄存器：
之后会基于STM32继续介绍怎样配置并使用UART，包括串口轮询/中断/DMA方式发送/接收数据。
撑腰会儿：串口（UART）STM32实现zhuanlan.zhihu.comUART寄存器配置介绍：
撑腰会儿：【嵌入式Linux基础】2.裸机UARTzhuanlan.zhihu.com
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十进制 DEC /decimalism /'desiməlizəm/
二进制 BIN /binary /ˈbaɪnəri/
八进制 OCT /octonary /ˈɒktənəri/
波特率计算：
串口向电脑发送数据：
#include <REGX52.H> void Delayms(unsigned int time); void UartInit(void); void UART_SendByte(unsigned char Byte); main(){ unsigned char Sec; UartInit(); while(1){ UART_SendByte(Sec); Sec++; Delayms(1000); } }#include <REGX52.H> /** * @brief 串口初始化，4800bps@11.0592MHz * @param * @retval */ void UartInit(void) //4800bps@11.0592MHz { PCON |= 0x80; //使能波特率倍速位SMOD SCON = 0x40; //8位数据,可变波特率 TMOD &= 0x0F; //清除定时器1模式位 TMOD |= 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式 TL1 = 0xF4; //设定定时初值 TH1 = 0xF4; //设定定时器重装值 ET1 = 0; //禁止定时器1中断 TR1 = 1; //启动定时器1 } /** * @brief 像串口发送一个字节的数据 * @param Byte要发送的数据 * @retval */ void UART_SendByte(unsigned char Byte){ SBUF=Byte;//写入即可自动发出； while(TI==0);//检测是否发出，发出则为1； TI=0; //重置； }串口接收数据，并返回
#include <REGX52.H> void UartInit(void); void UART_SendByte(unsigned char Byte); main(){ UartInit(); while(1){ } } void Uart_Routine() interrupt 4{ if(RI==1){ //保证当单片机接收数据时执行 P2=SBUF; UART_SendByte(SBUF);//单片机返回接收的数据 RI=0; } }串口接收数据
