啥是串口？

 

首先這玩意兒分兩種：

●通用異步收發器(UART)是用於異步串行通信的一種物理層標準，其中數據格式和傳輸速度是可配置的。

●通用同步收發器(USART)是一種串行接口設備
，可以對其進行編程以進行異步或同步通信。

 

數據格式

 

 

線上空閑
、無數據狀態為常高電平
，故邏輯低定義為起始位。

●起始位：總是 1 位

●數據位：常見的有 8 位或 9 位。

      校驗位

      奇校驗

      偶校驗

無校驗

●停止位：

      1 位

      2 位

●波特率：bit rate 就是位/秒的概念，就是 1 秒傳送多少位的概念。常見的波特率有哪些呢？

 

這裏須注意的要點：

 

 

一個有效字節的傳輸時間怎麼算？

 

 

比如 9600 下
，1 位起始位，8 位數據位，奇校驗，1 位停止位，則

 

 

為(wei)什(shen)麼(me)要(yao)理(li)解(jie)清(qing)楚(chu)這(zhe)個(ge)概(gai)念(nian)呢(ne)，因(yin)為(wei)在(zai)應(ying)用(yong)中(zhong)需(xu)要(yao)計(ji)算(suan)數(shu)據(ju)吞(tun)吐(tu)率(lv)問(wen)題(ti)，就(jiu)比(bi)如(ru)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)是(shi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)串(chuan)口(kou)傳(chuan)輸(shu)問(wen)題(ti)，需(xu)要(yao)計(ji)算(suan)采(cai)集(ji)的(de)位(wei)速(su)率(lv)需(xu)要(yao)小(xiao)於(yu)或(huo)等(deng)於(yu)傳(chuan)輸(shu)波(bo)特(te)率(lv)，否(fou)則(ze)數(shu)據(ju)就(jiu)來(lai)不(bu)及(ji)傳(chuan)。當(dang)然(ran)如(ru)果(guo)說(shuo)你(ni)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)緩(huan)衝(chong)區(qu)可(ke)以(yi)臨(lin)時(shi)存(cun)儲(chu)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)進(jin)來(lai)太(tai)快(kuai)，而(er)傳(chuan)出(chu)速(su)度(du)跟(gen)不(bu)上(shang)
，多(duo)大(da)的(de)緩(huan)衝(chong)都(dou)會(hui)滿(man)！

●校驗位有用嗎
？當你的傳輸介質處於一個有幹擾的場景下

，校驗位就可以從物理層檢測出錯誤。

●理解數據編碼方式有啥意義呢
？比如在調試中你可以利用邏輯分析直接去解析收發線上的數據報文。

●應用電路設計的時候 RX-TX 相連
，很多初學者容易在這裏踩坑！

●常見的傳輸位序為低有效位在前。

●對於波特率而言需要注意波特率發生器有可能帶來誤碼問題

 

啥是 UART
？

 

 

兩邊分別代表兩個通信的設備，單從 UART 編程的角度講收發不需要物理同步握手
，想發就發。圖中箭頭代表數據信息流向。RX 表示接收數據，TX 表示發送數據。數據總是從發送端傳遞到接收端，這就是為啥 RX 連接 TX
，TX 連 RX 的原因。

 

啥是 USART？

 

 

同步簡單說，收發不可自如，不可以想發就發，收發需要利用硬件 IO 口進行握手，RTS/CTS 就是用於同步的握手信號：

●RTS:Ready to send,請求發送，用於在當前傳輸結束時阻止數據發送。

●CTS：clear to send,清除發送，用於指示 USART 已準備好接收數據。

 

這個對於普通應用而言並不常見
，這裏不做詳細展開，需要用到的時候隻需要對應收發時控製握手信號即可。

 

編程策略

 

對於不同的單片機
，其硬件體係各異，寄存器也差異很大
，但是從收發編程策略角度而言

，常見有下麵三種方式：

●查詢發送/中斷接收模式

●收發中斷模式

●DMA 模式

 

查詢發送/中斷接收模式

 

這裏以偽代碼方式描述一下：

 

 

duiyujieshoueryan，rucaiyongzhaxunmoshizejihushimeiyourenheyingyongjiazhi，yinweiwaibushujubuzhidaoshenmeshihouhuidaolai，suoyizhaxunjieshoujiubumiaoshule，zhelimiaoshuyixiazhongduanjieshou。

 

 

中斷接收需要考慮的幾個要點：

●斷幀：這就取決於協議怎麼製定了，比如應用協議定義的是 ASCII 碼方式
，就可以定義同步頭
、同步尾
，比如 AT 指令的解析，做邏輯判斷幀頭
、幀尾即可。但是如果傳輸的是 16 進製數據，比如 MODBUS-RTU 其斷幀采用的是 3.5 個字節時間沒有新的字節接收到，則認為收到完整的幀了。

●如何保證幀的完整性，一般會在報文尾部加校驗
，比較常用的校驗模式有 CRC 校驗算法。

●不同的單片機開發環境對於中斷向量的處理方式略有不同

，需要根據各自芯片的特點進行處理。比如 51 單片機，其發送/接收都共享一個中斷向量號。

 

收發中斷模式

 

 

還需要考慮的是
，對於 UART 硬件層麵的出錯處置，以 STM32 為例，就可能有下麵的錯誤可能發生：

 

●溢出錯誤

●噪聲檢測

●幀錯誤

●奇偶校驗錯誤

 

另外不同的單片機其底層硬件實現差異也不較大

，比如有的硬件發送緩衝是單字節的緩衝，有的則具有 FIFO，這些在選型編程時都需要綜合考慮。

 

DMA 模式

 

DMA 發送模式而言，大致分這樣幾步：

●初始化 UART 為 DMA 發送模式，開啟 DMA 結束中斷，並寫好 DMA 傳輸結束中斷處理函數

●準備待發送報文，幀頭、幀尾、校驗處理

●將待發送報文緩衝區首地址賦值給 DMA 源地址，DMA 目標地址設置為 UART 發送寄存器，設置好發送長度。

●啟動 DMA 傳輸，剩下傳輸完成就會進入傳輸結束中斷處理函數。

●DMA 接收模式而言，大致分這樣幾步：

●初始化 UART 為 DMA 接收模式，開啟 DMA 結束中斷，並寫好 DMA 傳輸結束中斷處理函數

中斷處理函數中標記接收到幀，對於使用 RTOS 而言
，還可以使用的機製是利用 RTOS 的事件機製、消息機●製進行通知有新的幀接收到了。

●對於 DMA 接收模式而言，對於變長幀的處理較為不利，所以如果想使用 DMA 接收，製定協議時盡量考慮將幀長度固定，這樣處理會方便些。

 

總結一下

 

單dan片pian機ji串chuan口kou是shi一yi個ge需xu要yao好hao好hao掌zhang握wo的de內nei容rong，這zhe裏li總zong結jie了le一yi些xie個ge人ren經jing驗yan，盡jin量liang將jiang一yi些xie個ge人ren共gong性xing的de東dong西xi總zong結jie出chu來lai。至zhi於yu實shi際ji實shi現xian而er言yan，由you於yu芯xin片pian體ti係xi差cha異yi較jiao多duo，具ju體ti代dai碼ma各ge異yi。但dan個ge人ren認ren為wei處chu置zhi的de思si路lu方fang法fa卻que是shi基ji本ben一yi致zhi。所suo以yi本ben文wen除chu了le描miao述shu串chuan口kou本ben身shen的de細xi節jie而er言yan，想xiang表biao達da的de一yi個ge額e外wai的de觀guan點dian是shi：

 

對於一些技術點盡量學會將其共性的東西剝離總結出來。

總結
、概括
、剝離抽象是一個比較好的學習思路，不用對具體的硬件死記
，萬變不離其宗。

如果本文有喜歡的朋友，後麵陸續可以總結一下I2C/SPI等常用接口。