串口通信介绍-Toy模板网

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1- 串口通信简介（DB9接口讲解）

任何通信都要有信息传输载体，或者是有线的或者是无线的。串口通信是通过串口线进行有线通信。串口通信在早期是计算机与外界通信的主要手段，那时候的计算机基本上都标配有串口以实现和外部通信。
串口通信早期就定义了一套标准的串口规约，DB9 (9个引脚)接口就是标准接口，此外还有不常见的DB25 (25个引脚)。
DB9接口中有9根通信线，其中3根线(GND、TXD、RXD)很重要必不可少，剩余6根都是和流控有关的，现代我们使用串口都是用来做调试，所以这6根很少使用。但是面试的时候还是可能会问到的，所以还是可以了解一下的。

串口通信介绍

1- DCD（ Data Carrier Detect）载波检测：主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音，处于在线状态。
2- RXD（Receive(rx) Data）串口数据输入：此引脚用于接收外部设备送来的数据。
3- TXD（Transmit(tx) Data）串口数据输出：此引脚将计算机的数据发送给外部设备。
4- DTR（ Data Terminal Ready ）数据终端就绪：当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。
5- GND（Ground）信号地线
6- DSR（data set ready）数据发送就绪：此引脚高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通讯了。
7- RTS（Request To Send）请求发送：此脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放入缓冲区中。
8- CTS（Clear to send）发送清除：此脚由Modem控制，用以通知计算机将欲传的数据送至Modem。
9- RI （ Ring Indicator）铃声指示：Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。

2- 串口通信基本原理

（1）串口通信连线

任何通信都要有信息传输载体，或者是有线的或者是无线的。串口通信是通过串口线进行有线通信，在通信时最少需要两根线(GND和信号线)既可以实现单工通信，GPS模块就是典型的串口单工通信实例。此外大部分的串口通信都是使用3根线(TXD、RXD、GND)来实现全双工通信。
GND：保证两设备共地，有统一的参考平面。你说你是高电平或者你说你是低电平肯定有一个参考，GND就是参考平面。

串口通信介绍

（2）串口通信时序

串口通信时，收发是一个周期一个周期进行的，每个周期传输n个二进制位。这一个周期就叫做一个通信单元，一个通信单元由：起始位（1bit）+数据位（8bit）+奇偶校验位（1bit）+停止位（1bit）组成的。

串口通信是异步通信,所以通信双方必须事先约定好通信参数,这些通信参数包括:波特率、数据位、校验位、停止位,这些参数中的任何一个设置错误,都会导致通信失败。譬如波特率调错了,发送方发送没问题,接收方也能接收,但是接收到全是乱码。
串口通信介绍

【1】波特率

简而言之，串口传输的波特率即为每秒钟传输二进制的位数，是衡量资料传送速率的指标。

波特率-115200：

1s传输二进制的位数115200bit
传输1bit需要 1/115200s=8.68us

串口通信是一种异步通信方式，收发双方并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，这样只能靠收发双方的速率来同步收发数据，这个速率叫做波特率(BaudRate)，其单位为bps(bit per second)。

串口通信常用速率为115200(3G/4G/调试串口等)、9600(NB-loT/GPS等)、4800等。收发双方的速率必须保持一致，否则会出现乱码或完全接收不到的现象。

【2】起始位

先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。

它表示发送方要开始发送一个通信单元，起始位的定义是串口通信标准事先指定的，是由通信线上的电平变化来反映的。对于串口通信而言总线没有数据传输空闲时维持高电平，一旦产生一个下降沿变成低电平则表示起始信号。

【3】数据位

它一个通信单元中发送的有效信息位，是本次通信真正要发送的有效数据，串口通信一次发送多少位有效数据是可以设定的(可选的有6、7、8、9，一般都是选择8位数据位，因为一般通过串口发送的数据都是以字节为单位的ASCII码编码，而ASCII码中一个字符刚好编码为8位)。

【4】奇偶校验位

奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中的"1"的个数是奇数或者偶数来进行校验。但是一般都不怎么准确，有50%d误差（等于没说）

奇数校验：8个bit数据位中有偶数个1,那么奇偶校验位为1才能满足1的个数为奇数(奇校验)。如果为0就是偶校验了。
1111 0000 1

偶数校验：8个bit数据位中有奇数个1,那么奇偶校验位为1才能满足1的个数为偶数(偶校验)。如果为0就是奇校验了。
1111 1000 1

此位还可以去除，即不需要奇偶校验位。

【5】停止位

它是发送方用来表示本通信单元结束标志的，停止位的定义是串口通信标准事先指定的，是由通信线上的电平变化来反映的。

3- TTL、RS232以及RS485介绍

RS232和TTL，最根本的不同在于：
硬件（机制）不同：

（1）TTL

逻辑高电平 1：3.3V或者5V
逻辑低电平 0：0V
TTL是正逻辑，逻辑0为低电平

TTL是芯片上的串口直接出的电平，它适合距离近且干扰小的情况，如开发板上芯片与芯片之间、开发板与串口模块之间的短距离串口通信。

（2）RS232

逻辑高电平 1：- 15V ~ - 3V 常为：-13V
逻辑低电平 0：+3V ~ +15V 常为：13V
也就是说RS232是负逻辑，逻辑0为高电平

设备与设备之间的长距离通信，因为压降和信号干扰等原因通常会使用RS232来进行通信。

RS232特点：

接口使用一根Tx信号线和一根Rx信号线而构成共地的传输形式，这种方式抗噪声抗干扰性弱；
传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。
传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps(一般是115200bps)；
通信的时候只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信；
RS232 与TTL电平不兼容，另外接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。

（3）RS232和TTL之间的转换

CPU或芯片引出的串口默认都是TTL电平，如果要转成RS232电平的话一般会接一个MAX232的芯片。
简单介绍一下MAX232，至于内部是怎么转换或者设计的，想知道的小伙伴可以自行去了解一下：
串口通信介绍

当用单片机和PC机通过串口进行通信，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和RS232的标准不一样，因此要通过MAX232这种类似的芯片进行电平转换。

MAX232芯片的作用：是将单片机输出的TTL电平（0V，5V）转换成PC机能接收的232电平（-10V，10V）或将PC机输出的232电平（-10V，10V）转换成单片机能接收的TTL电平（0V，5V）。

（4）RS485

RS485 和RS232一样都是基于串口的通讯接口，数据收发的操作是一致的，但是它们在实际应用中通讯模式却有着很大的区别，RS232接口为全双工数据通讯模式，而RS485接口一般为半双工数据通讯模式，数据的收发不能同时进行，为了保证数据收发的不冲突，硬件上是通过方向切换来实现的，相应也要求软件上必须将收发的过程严格地分开。

上述针对RS232接口的不足，就不断出现了一些新的接口标准，RS485 就是其中之一，它具备以下的特点：