串口通訊的基本知識(shí)

串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議（不要與通用串行總線Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。

串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS- 232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。

串口通訊使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。

串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

a.波特率：這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800Hz。

這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通訊。

b.數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。

比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開(kāi)始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。

c.停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。

因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。

d.奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒(méi)有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。

例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或傳輸和接收的數(shù)據(jù)不同步。

RS-232 （ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn)）是IBM-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)。可用于許多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS-232的傳輸長(zhǎng)度或者速度常常超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的值。

RS-232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS- 232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。

b.什么是RS-422？

RS -422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh計(jì)算機(jī)的串口連接標(biāo)準(zhǔn)。

RS-422使用差分信號(hào)，RS-232使用非平衡參考地的信號(hào)。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號(hào)，對(duì)比RS-232，它能更好的抗噪聲和有更遠(yuǎn)的傳輸距離。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

c.什么是RS-485？

RS -485（EIA-485標(biāo)準(zhǔn)）是RS-422的改進(jìn)，因?yàn)樗黾恿嗽O(shè)備的個(gè)數(shù)，從10個(gè)增加到32個(gè)，同時(shí)定義了在最大設(shè)備個(gè)數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號(hào)電壓。

有了多個(gè)設(shè)備的能力，你可以使用一個(gè)單個(gè)RS-422口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。出色抗噪和多設(shè)備能力，在工業(yè)應(yīng)用中建立連向PC機(jī)的分布式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或者其他操作時(shí)，串行連接會(huì)選擇RS-485。

RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設(shè)備可以被RS-485控制。RS-485可以用超過(guò)4000英尺的線進(jìn)行串行通信。

1、SPI傳輸

▲ 圖1 ?SPI 數(shù)據(jù)傳輸

▲ 圖1.2 ?SPI數(shù)據(jù)傳輸（2）

▲ 圖1.3 ?SPI時(shí)序信號(hào)

2、I2C傳輸

▲ 圖1.2.1 ?I2C總線以及尋址方式

3、UART傳輸

▲ 圖1.3.1 ?PC 上通過(guò)UART來(lái)調(diào)試MCU

▲ 圖1.3.2 ?RS-232通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片與MCU通訊

4、紅外控制

▲ 圖1.4.1 ?紅外控制信號(hào)也是一個(gè)串行通訊信號(hào)

▲ 圖1.4.2 ?紅外信號(hào)接收與放大整形電路

▲ 圖1.4.3 ?一個(gè)使用紅外接收光電管控制繼電器進(jìn)行魚(yú)食投喂電路

5、串并轉(zhuǎn)換電路

▲ 圖1.5.1 ?串入、并出移位寄存器

▲ 圖1.5.2 ?由八個(gè)D寄存器組成的移位寄存器

▲ 圖1.5.4 ?串行傳輸示意圖