串口的基本知识你掌握了吗 [复制链接]

发布时间:2018年10月19日 15:10    作者:wowo2018
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: >2.0V

TTL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,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UART3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。下面我们通过Loto虚拟示波器采集不同波特率的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2400:1/2400416.67*10^(-6)s=416.67us

波特率4800:1/4800208.33*10^(-6)s=208.33us

波特率9600:1/9600104.17*10^(-6)s=104.17us

波特率19200:1/1920052.08*10^(-6)s=52.08us

波特率57600:1/5760017.36*10^(-6)s=17.36us

波特率115200:1/1152008.68*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)


  • /**
  • *软件串口的实现(IO模拟串口)
  • * 波特率:9600    1-8-N
  • * TXD : PC13
  • * RXD : PB14
  • * 使用外部中断对RXD的下降沿进行触发,使用定时器4按照9600波特率进行定时数据接收。
  • * Demo功能: 接收11个数据,然后把接收到的数据发送出去
  • */
  • #define OI_TXD        PCout(13)
  • #define OI_RXD        PBin(14)
  • #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));
  •                 }
  •   }
  • }


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这里还有一个例子:

  • #include "stm32f10x.h"
  • #include "sys.h"
  • #include "exti.h"
  • #include "stdio.h"
  • //加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
  • #if 1
  • #pragma import(__use_no_semihosting)
  • //标准库需要的支持函数
  • struct __FILE
  • {
  •         int handle;
  • };
  • FILE __stdout;
  • //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
  • _sys_exit(int x)
  • {
  •         x = x;
  • }
  • //重定义fputc函数
  • int fputc(int ch, FILE *f)
  • {
  •     void SendOneByte(u8 Byte);
  •         SendOneByte((uint8_t) ch);
  •         return ch;
  • }
  • #endif
  • void SendOneByte(u8 Byte)
  • {
  •         u8 i=8,tmp;
  •         TXD_low(); //发送起始位
  •         delay_us(104);
  •         //发送8位数据
  •         for(i=0;i<8;i++)
  •         {
  •                 tmp        = (Byte >> i) & 0x01;  //低位在前
  •                 if(tmp == 0)
  •                 {
  •                         TXD_low();
  •                         delay_us(104);        //0
  •                 }
  •                 else
  •                 {
  •                         TXD_high();
  •                         delay_us(104);        //1
  •                 }
  •         }
  • //        while(i--)
  • //        {
  • //          MNUSART_TXD = (Byte&0x01);     //先传低位
  • //          delay_us(104);
  • //          Byte = Byte>>1;
  • //          //无校验位
  • //          MNUSART_TXD=1;//发送结束位
  • //          delay_us(104);
  • //        }
  •          TXD_high();
  •          delay_us(104);
  • }
  • void SendBytes(u8 *str,u8 len)        //发送数组最好用这个,也可发送字符串
  • {
  •   u16 i;
  •   for(i=0;i<len;i++)
  •   {
  •            SendOneByte(str);
  •   }
  • }
  • void SendStr(u8 *str) //发送字符串,发送数组如果带0x00就中断发送了
  • {
  • while(*str)
  • SendOneByte(*str++);
  • }
  • int main(void)
  • {
  •   u8 len;
  •   u8 hello[]={0x5a,0xa5,0x00,0x00,0x01};
  •   delay_init();
  •   EXTIX_Init();
  •   //测试 发送一个字节
  •   SendOneByte(0x00);
  •   SendOneByte(0x01);
  •   SendOneByte(0x02);
  • //测试发送数组
  • SendBytes(hello,5);
  • //测试发送字符串
  • // SendBytes("hello word",11);
  • // SendStr("德玛西亚");
  •   while(1)
  •         {
  •       if(USART_RX_STA&0x8000)
  •           {
  •              printf("\r\n您发送的消息为:\r\n\r\n");
  •                    len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
  •                  SendBytes(USART_RX_BUF,len);
  •                  //也可以用下面的发送
  • //                 SendStr(USART_RX_BUF);
  • //                 for(len=0;len<200;len++)
  • //                 USART_RX_BUF[len]=0;
  •                    printf("\r\n\r\n");//插入换行
  •                 USART_RX_STA=0;
  •           }
  •         }
  • }


[color=rgb(51, 102, 153) !important]复制代码

  • #include "exti.h"
  • #include "stm32f10x_gpio.h"
  • #include "stm32f10x_exti.h"
  • #include "sys.h"
  • u8 tmp;
  • u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];
  • u16 USART_RX_STA=0;
  • //extern SendOneByte(u8 Byte);
  • void EXTIX_Init(void)
  • {
  •                 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  •                 EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
  •                 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  •                 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
  •                 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;                                 //PA.9 端口配置
  •                 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(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                         //根据设定参数初始化GPIOB.5
  •                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_9);
  •                 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  •                 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;                          //浮空输入
  •                 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  •                 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  •                 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);
  •                 //GPIOA.10 中断线以及中断初始化配置   下降沿触发
  •                 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);
  •                 EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line10;
  •                 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
  •                 EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
  •                 EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
  •                 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);                 //根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
  •                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
  •                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;
  •                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  •                 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  •                 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  • }
  • void EXTI15_10_IRQHandler(void)
  • {
  •    u8 i=9;
  •    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)
  •    {
  •                 /* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/
  •                 NVIC->ICER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
  •                 (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
  •                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
  •                 delay_us(30);
  •                 while(i--)
  •                 {
  •                 tmp >>=1;
  •                 if(GPIOA->IDR&0x0400) tmp |=0x80;
  •                 delay_us(104);
  •         }
  •           if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
  •           {
  •                         if(USART_RX_STA&0x4000)
  •                         {
  •                         if(tmp!=0x0a) USART_RX_STA=0;
  •                         else USART_RX_STA |=0x8000;
  •                         }
  •                         else
  •                         {
  •                         if(tmp==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000;
  •                         else
  •                         {
  •                         USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=tmp ;
  •                         USART_RX_STA++;
  •                         if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
  •                         }
  •                         }
  •           }
  •                 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
  •                 NVIC->ISER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
  •                 (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
  •    }
  • }


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