串口的基本知识你掌握了吗 [复制链接]
2018年10月19日 15:49 发布者：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: >2.0VTTL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,逻辑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UART和3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。http://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/101643jiorm0w5w3wsswk5.png
http://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/102320u9rmdbd9ibg59td1.png 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：http://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/102801w029yrdbre2p286y.gifhttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/102648ckbjnbjizog0dqll.gifhttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/102627w45chbr7tr4z2040.gifhttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/100755m6owzlbk6k8nbeko.gif
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？http://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/15/084245ilctwumcaxteme0j.png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2400:1/2400≈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
对比我们用Loto虚拟示波器采集的数据看看是不是一致呢？
http://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/112534r9rn9wr8ruw28n7u.pnghttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/112615lf27ss0p4432w6pp.pnghttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/112633qdnjjd288jmt8dd8.pnghttp://forum.armfly.com/data/attachment/forum/201810/12/112643ujq2q7bpoqgqe55e.png
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; //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);
[*] }
[*]}
[*]
[*]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 = recvData;
[*] return;
[*] }
[*] if(OI_RXD)
[*] {
[*] recvData |= (1 << (recvStat - 1));
[*] }else{
[*] recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
[*] }
[*] }
[*]}
[*]
复制代码
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
[*] 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=0;
[*] printf("\r\n\r\n");//插入换行
[*] USART_RX_STA=0;
[*] }
[*] }
[*]}
[*]
[*]
复制代码
[*]#include "exti.h"
[*]#include "stm32f10x_gpio.h"
[*]#include "stm32f10x_exti.h"
[*]#include "sys.h"
[*]
[*]
[*]u8 tmp;
[*]u8 USART_RX_BUF;
[*]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 =
[*] (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=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 =
[*] (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
[*]
[*] }
[*]
[*]}