【嵌入式学习笔记】---- 串口通信

1 串口

1.1 什么是串口

即串行通信接口，如：RS-232和RS-485

1.2 物理层

1.2.1 RS-232信号线

在旧式计算机中一般会有RS-232标准的COM口（也被称为DB9接口），如图：

信号线功能说明见下表：

引脚号	名称	符号	功能说明
1	载波检测	DCD	检测是否收到载波信号
2	接收数据	RXD	接受数据信号，即输入
3	发送数据	TXD	发送数据信号，即输出
4	数据终端就绪	DTR	向对方告知本机是否准备好
5	信号地	GND	共地
6	数据设备就绪	DSR	向对方告知本机是否处于待命状态
7	请求发送	RTS	请求发送
8	允许发送	CTS	回应RTS请求
9	响铃指示	RI	表示线路已接通

实际使用过程中，一般只使用RXD,TXD,GND三条信号线，就可实现数据传输

1.2.2 电平标准

通信标准	电平标准
CMOS电平（3.3V）	逻辑0：0V；逻辑1：3.3V
TTL电平（5.0V）	逻辑0：0-0.5V；逻辑1：2.4-5.0V
RS-232电平	逻辑0：+3至+15V；逻辑1：-15至-3V

CMOS/TTL电平不能直接与RS-232电平直接交换信息

1.2.3 通信结构图

RS-232通信：

STM32串口与电脑USB口通信：

1.3 协议层

串口数据包的组成：

1.3.1 起始位

必须占一个位长，且为逻辑0电平

1.3.2 有效数据位

起始位之后，可选5、6、7、8、9个位长，最低有效位在前，最高有效位在后

1.3.3 校验位

可选占一个位长，也可以没有该位

①奇偶校验：
奇校验：数据位中“1”的个数与校验位中“1”的个数之和应该为奇数
偶校验：数据位中“1”的个数与校验位中“1”的个数之和应该为偶数

②代码和校验：
发送方将所有要发送的数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据的同时，对数据块求和（或各字节异或），将结果与发送方的校验和进行比较，相符表示传输正常

③0、1校验：
0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1校验是校验位总为“1”

④无校验：数据包中没有校验位

1.3.4 停止位

可有0.5、1、1.5、2个位长。保持逻辑1电平

2 STM32的USART介绍

2.1 USART简介

Universal synchronous asynchronous receiver transmitter:通用同步异步收发器

Universal asynchronous receiver transmitter:通用异步收发器

2.2 通信流程图

2.3 波特率计算

波特率是指数据信号对载波的调制速率
\(波特率=\frac{f_{PLCK}}{16*USARTDIV}\)

• 其中\(f_{PLCK}\)是USART的时钟
• USARTDIV是存放在波特率寄存器（USART_BRR）的一个无符号定点数；DIV_Mantissa[11:0] 位定义 USARTDIV 的整数部分，DIV_Fraction[3:0] 位定义USARTDIV 的小数部分

使用寄存器操作设置波特率

波特率为115200；时钟为72MHz，得USARTDIV=39.0625

点击查看代码

uint16_t mantissa;
uint16_t fraction;
mantissa=39;
fraction=0.0625*16+0.5=0x01;  /*根据波特率公式计算，加0.5是进行四舍五入，减小误差*/
USART->BRR=(mantissa << 4)+fraction;

由于左移4位和乘以16倍是等价的，故可直接对USARTDIV进行操作即可，无需分整数小数，即
USART->BRR=USARTDIV * 16 + 0.5