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首页一次读懂串口通信-UART-RS232-RS422-RS485
详细介绍了串口通信的相关概念,包括:并行通信和串行通信概念,单工通信,半双工通信,双工通信三种串行通信制式,异步串行通信,同步串行通信;UART-RS232-RS422-RS485,并以RS232接收模块为例,用VerilogHDL语言实现了RS232接收功能。经板级调试,成功接收PC机下发的指令。
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调试经验记录本
项目名称:串口通信
一、任务概述
1.1 研制背景
人类生存于世,少不了沟通。沟通使人类互相认知,传递信息,提升生活品质。但然
单片机也需要,不然单单一个机器,无法构成一个系统,发挥更大的力量。只有单片机与
外围设备传递信息,互相反馈才会有一个完美的系统。串行口通信就被发明出来,下面来
了解串行口通信(uart)。
在通信和计算机科学中,Serial communication 是一个通用概念,泛指所有的串行
的 通 信 协 议 , 如 RS232 、 USB 、 I2C 、 SPI 、 1-Wire 、 Ethernet 等 。 这 里 的 串 行
(serial),是相对并行通信(parallel communication)来说的。
1.1.1 通信方式
通信方式有两种,分别是并行通信和串行通信。
并行通信:并行是指多比特数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提
高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,数据也就容易出错。
在并行通信中,一次发送大量数据(8,16 或 32 位)。因此,每个数据位都需要单
独的物理 I/O 行。并行通信的优点是速度快,但其缺点是它使用更多的 I/O(输入输出)
线路。并行传输用于 PC(个人计算机)互连 CPU(中央处理单元)、RAM(随机访问内
存)、调制解调器、音频、视频和网络硬件。
串行通信:串行通信是指使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据
占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别适用于计
算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。
串行通信一次只发送一个位。因此,这些需要较少的 I/O(输入输出)线。因此,占
用的空间更少,对相声的抵抗力也更强。串行通信的主要优点是,整个嵌入式系统的成本
变得便宜,信息传输时间长。串行传输用于 DCE(数据通信设备)设备(如调制解调器)。
拿汽车通道来说,并行通信就是多车道,多辆车一起行驶,而串行通信就是单车道,
只能一辆一辆车通过。
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1.1.2 串行通信制式
串行通信制式有单工通信,半双工通信,双工通信三种。
单工通信:单工通信信道是单向信道,发送端和接收端的身份是固定的,发送端只能
发送信息,不能接收信息;接收端只能接收信息,不能发送信息,数据信号仅从一端传送
到另一端,即信息流是单方向的。广播电视传输是简单模式的例子。
半双工通信:半双工数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输,但是不
能同时传输。例如,在一个局域网上使用具有半双工传输的技术,一个工作站可以在线上
发送数据,然后立即在线上接收数据,这些数据来自数据刚刚传输的方向。像全双工传输
一样,半双工包含一个双向线路(线路可以在两个方向上传递数据)。如果客户端(便携
式计算机)发送网页请求,则 Web 服务器将处理应用程序并发送回信息。
双工通信:双工通信是指在同一时刻信息可以进行双向传输,和打电话一样,说的同
时也能听,边说边听。这种发射机和接收机分别在两个不同的频率上(两个频率差有一定
要求)能同时进行工作的双工机也称为异频双工机。例如您的智能手机。
三种通信制式很容易理解,对照上图看,单工通信不就是单方面通信,只能发出指令
或接收指令。半双工通信就是能接收又能发送,但是不能同时进行。双工就最厉害,可以
同时发送和接收指令。
1.1.3 串行通信分类
串行通信有两种,一为异步串行通信,二为同步串行通信。为了串行设备高效工作,
时钟是主要来源。时钟故障可能会导致意外的结果。依据串行设备的时钟信号不同,分为
同步串行通信和异步串行通信。
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异步串行通信:异步串行通信是指通信双方以一个字符(包括特定附加位)作为数据
传输单位且发送方传送字符的间隔时间不一定,具有不规则数据段传送特性的串行数据传
输。
异步通信以一个字符为传输单位,通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的,然
而在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。
发送端在数据发送之前和之后,通过特定形式的信号(例如 START 信号和 STOP 信
号),告诉接收端,可以开始(或者停止)接收数据了。与此同时,收发两方会约定一个
数据发送的速度(就是波特率),发送端在发送 START 信号之后,就按照固定的节奏发送
串行数据,与此同时,接收端在收到 START 信号之后,也按照固定的节奏接收串行数据。
这就是常说的异步串行通信(Asynchronous serial communication),常用异步串行
通信协议有 RS-232、RS-422 和 RS-485。
数据传送速率用波特率来表示,即每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为
120 字符/秒,而每一个字符为 10 位(1 个起始位,7 个数据位,1 个校验位,1 个结束
位),则其传送的波特率为 10×120=1200 字符/秒=1200 波特。
数据通信格式如下图:
其中各位的意义如下:
起始位:先发出一个逻辑”0”信号,表示传输字符的开始。
数据位:可以是 5~8 位逻辑”0”或”1”。如 ASCII 码(7 位),扩展 BCD 码(8 位)。
校验位:数据位加上这一位后,使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)
停止位:它是一个字符数据的结束标志。可以是 1 位、1.5 位、2 位的高电平。
空闲位:处于逻辑“1”状态,表示当前线路上没有资料传送。
注:异步通信是按字符传输的,接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输
时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准
(依靠检测起始位来实现发送与接收方的时钟自同步的)
同步串行通信:所谓同步通信是指在约定的通信速率下,发送端在发送串行数据的同
时,提供一个时钟信号,并按照一定的约定(例如在时钟信号的上升沿的时候,将数据发
送出去)发送数据,接收端根据发送端提供的时钟信号,以及大家的约定,接收数据。这
就是常说的同步串行通信(Synchronous serial communication),I2C、SPI 等有时
钟信号的协议,都属于这种通信方式。
两种串行通信不同就只有时间,在发送字符时,异步可以是不同时间间隔发送,但同
步只能以固定的时间间隔发送。
1.1.4 异步串行通信
一、UART 是什么
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UART 是 通 用 异 步 收 发 传 输 器 ( Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter),通常称作 UART,是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通
信的关键模块。UART 负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换,并规定了帧格
式;通信双方只要采用相同的帧格式和波特率,就能在未共享时钟信号的情况下,仅用两
根信号线(Rx 和 Tx)就可以完成通信过程,因此也称为异步串行通信。
若 加入一个合适 的 电 平 转 换器,如 SP3232E、SP3485,UART 还 能 用于 RS-
232、RS-485 通信,或与计算机的端口连接。 UART 应用非常广泛,手机、工业控制、
PC 等应用中都要用到 UART。
早期由于 PC 都带有 RS-232 接口,所以我们需要使用 UART 时,都选择 RS-232。但
是现在个人电脑,不光是笔记本,包括台式机都不再带有 RS-232 的接口,大家看到电脑
主板上面没有 DB9 的接口。所以现在开发板都选择 TTL 的 UART,或者直接 UART 转
USB 做在开发板上。
嵌入式里面说的串口,一般是指 UART 口, 但是我们经常搞不清楚它和 COM 口的区
别, 以及 RS232, TTL 等关系, 实际上 UART,COM 指的物理接口形式(硬件), 而 TTL、RS-
232 是指的电平标准(电信号).
UART 有 4 个 pin(VCC, GND, RX, TX), 用的 TTL 电平, 低电平为 0(0V),高电平
为 1(3.3V 或以上)。
二、RS-232
RS-232 是美国电子工业协会 EIA(Electronic Industry Association)制定的一种
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huayang灬
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