標題: 串口的基本知識你掌握了嗎 [打印本頁]
作者: MXWL    時間: 2018-10-19 14:34
標題: 串口的基本知識你掌握了嗎
       在做項目的時候是不是發(fā)現(xiàn)串口是最常用的通信接口，所以我自己整理了一下關(guān)于串口的一些常識性知識，方便自己學習。
    我們常說的串口按電平分類的話有兩種，一種是TTL電平的串口，一種是232電平的串口。
首先我們先看一下這兩種電平的區(qū)別。
TTL電平標準:輸出L:  <0.8V;  H: >2.4V,輸入L:  <1.2V:   H: >2.0V
TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V,輸入，低于1.2V就認為是0，高于2.0就認為是1.于是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有(O.8-0)/2=0.4V,高電平的噪聲容限為(5-2.4)/2=1.3V.
RS232標準:
邏輯1的電平為-3~-15V,邏輯0的電平為+3~+15V,注意電平的定義反相了一次。

   然而TTL電平的串口還可以分為兩種UART與USART。我們打開stm32cubeMX看到stm32F103有2個UART和3個USART。在日常我們就可以說，它有5個串口，因為USART可以配置成UART。
    UART與USART都是單片機上的串口通信，他們之間的區(qū)別如下：
首先從名字上看:
UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收/發(fā)器
USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/異步收/發(fā)器
　　從名字上可以看出，USART在UART基礎(chǔ)上增加了同步功能，即USART是UART的增強型，事實也確實是這樣。但是具體增強到了什么地方呢？
　　其實當我們使用USART在異步通信的時候，它與UART沒有什么區(qū)別，但是用在同步通信的時候，區(qū)別就很明顯了：大家都知道同步通信需要時鐘來觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，也就是說USART相對UART的區(qū)別之一就是能提供主動時鐘。如STM32的USART可以提供時鐘支持ISO7816的智能卡接口。


     在實際的項目中用的最多的還是UART ,配置為:N, 8 ,1.波特率常用的有2400，9600,57600,115200.我們用串口來干什么呢？用過一些模塊的工程師會知道，很多模塊都是通過串口來控制或者通過串口透傳數(shù)據(jù)的，比如gsm（2g，4g），gps，wifi，藍牙等等，這些模塊都是通過串口來控制。所以作為一個工程師，必須要搞懂串口。下面我們通過Loto虛擬示波器采集不同波特率的UART 波形：

對比理論的時序圖，我們找找起始位和停止位，這個數(shù)據(jù)是多少？
有時候我們面試會考一個題目，那就是UART波特率9600的時候，它的一個bit是多長時間，這個怎么算？初學者肯定蒙了，我用串口直接就配置然后發(fā)數(shù)據(jù)就行了，從來沒算過，下面我總結(jié)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

對比我們用Loto虛擬示波器采集的數(shù)據(jù)看看是不是一致呢？


我們算這個數(shù)據(jù)有什么用呢？是的！沒錯！就是模擬串口！當單片機串口不夠用的時候項目中會用到。接下來我會分析幾個論友寫的代碼，逐步深入理解TTL串口。

下面這個模擬串口的代碼：
首先說它的發(fā)送吧，發(fā)送一個字節(jié)，先發(fā)送起始位OI_TXD = 0;  然后delay_us(BuadRate_9600);然后依次從低位開始檢測Data的每一位，從而拉高拉低OI_TXD，然后延時，移位，重復8次，最后發(fā)送停止位發(fā)送完一個Data。
接收的話：它是stm32開了個定時器4和一個外部中斷.外部中斷采到下降沿，然后定時器設(shè)置為107us中斷一次，去采集一個bit，為什么是107us呢？因為此時波特率是9600，一個bit是104.17us，然后可以依次采集每個bit，直到采完一個data。（個人感覺107us不穩(wěn)定）

  2. /**
  3. *軟件串口的實現(xiàn)(IO模擬串口)
  4. * 波特率：9600    1-8-N
  5. * TXD : PC13
  6. * RXD : PB14
  7. * 使用外部中斷對RXD的下降沿進行觸發(fā)，使用定時器4按照9600波特率進行定時數(shù)據(jù)接收。
  8. * Demo功能: 接收11個數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)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;        //接收計數(shù)
  18. u8 USART_buf[11];  //接收緩沖區(qū)

  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端口時鐘
  70.          
  71.          //SoftWare Serial TXD
  72.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;            
  73.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  //推挽輸出
  74.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 //IO口速度為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; //下降沿觸發(fā)中斷
  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); //時鐘使能
  107.         
  108.         //定時器TIM4初始化
  109.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值        
  110.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預分頻值
  111.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
  112.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數(shù)模式
  113.         TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位
  114.         TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
  115.         TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中斷,允許更新中斷

  117.         //中斷優(yōu)先級NVIC設(shè)置
  118.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;  //TIM4中斷
  119.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占優(yōu)先級1級
  120.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //從優(yōu)先級1級
  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);//設(shè)置中斷優(yōu)先級分組為組2：2位搶占優(yōu)先級，2位響應優(yōu)先級
  129.          delay_init();
  130.          IOConfig();
  131.          TIM4_Int_Init(107, 71);         //1M計數(shù)頻率
  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. }
復制代碼

還有一個例子
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "sys.h"
  3. #include "exti.h"
  4. #include "stdio.h"

  6. //加入以下代碼,支持printf函數(shù),而不需要選擇use MicroLIB         
  7. #if 1
  8. #pragma import(__use_no_semihosting)            
  9. //標準庫需要的支持函數(shù)                 
  10. struct __FILE
  11. {
  12.         int handle;

  14. };

  16. FILE __stdout;      
  17. //定義_sys_exit()以避免使用半主機模式   
  18. _sys_exit(int x)
  19. {
  20.         x = x;
  21. }
  22. //重定義fputc函數(shù)
  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(); //發(fā)送起始位
  37.         delay_us(104);
  38.         //發(fā)送8位數(shù)據(jù)
  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);     //先傳低位
  57. //          delay_us(104);         
  58. //          Byte = Byte>>1;
  59. //          //無校驗位
  60. //          MNUSART_TXD=1;//發(fā)送結(jié)束位
  61. //          delay_us(104);
  62.         
  63. //        }
  64.          TXD_high();
  65.          delay_us(104);

  67. }

  69. void SendBytes(u8 *str,u8 len)        //發(fā)送數(shù)組最好用這個，也可發(fā)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) //發(fā)送字符串，發(fā)送數(shù)組如果帶0x00就中斷發(fā)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.   //測試 發(fā)送一個字節(jié)
  94.   SendOneByte(0x00);
  95.   SendOneByte(0x01);
  96.   SendOneByte(0x02);
  97. //測試發(fā)送數(shù)組
  98. SendBytes(hello,5);
  99. //測試發(fā)送字符串
  100. // SendBytes("hello word",11);
  101. // SendStr("德瑪西亞");        

  103.   while(1)
  104.         {

  106.       if(USART_RX_STA&0x8000)
  107.           {         
  108.              printf("您發(fā)送的消息為:");
  109.                    len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的數(shù)據(jù)長度
  110.                  SendBytes(USART_RX_BUF,len);
  111.                  //也可以用下面的發(fā)送
  112. //                 SendStr(USART_RX_BUF);
  113. //                 for(len=0;len<200;len++)
  114. //                 USART_RX_BUF[len]=0;
  115.                    printf("");//插入換行
  116.                 USART_RX_STA=0;
  117.           }
  118.         }
  119. }

復制代碼

  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;                  //推挽輸出
  20.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 //IO口速度為50MHz
  21.                 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                         //根據(jù)設(shè)定參數(shù)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;                          //浮空輸入
  26.                 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                             
  27.                 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                          
  28.                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);

  30.                 //GPIOA.10 中斷線以及中斷初始化配置   下降沿觸發(fā)
  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);                 //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)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;//接收數(shù)據(jù)錯誤,重新開始接收         
  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. }

復制代碼
作者: admin    時間: 2018-10-20 00:55
好資料，51黑有你更精彩!!!
作者: wwwwheihei    時間: 2018-12-20 14:54
這個帖子不錯
作者: xo37    時間: 2019-2-1 10:59
呃，這個示波器，就是縱向分辨率有點低了……
作者: diy619    時間: 2019-7-30 12:35
串口
作者: diy619    時間: 2019-7-30 12:36
您好！請問《串口的基本知識你演掌握了嗎》這個貼子中的串口波形上有過沖是怎么回事呢？

串口波形.png (90.67 KB, 下載次數(shù): 80)

串口波形.png
作者: lovezixz    時間: 2019-7-30 14:02
不錯，學習了！
作者: todaljy    時間: 2019-7-31 10:02
專業(yè)，學習！



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