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STM32串口通信基礎知識科普

xCb1_yikoulinux ? 來源:一口Linux ? 作者:一口Linux ? 2022-06-27 15:29 ? 次閱讀

設備之間通信的方式

一般情況下,設備之間的通信方式可以分成并行通信和串行通信兩種。并行與串行通信的區(qū)別如下表所示。

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串行通信的分類

1、按照數(shù)據(jù)傳送方向,分為:

單工:數(shù)據(jù)傳輸只支持數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸;

半雙工:允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸。但是,在某一時刻,只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸,它實際上是一種切換方向的單工通信;它不需要獨立的接收端和發(fā)送端,兩者可以合并一起使用一個端口。

全雙工:允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸。因此,全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合,需要獨立的接收端和發(fā)送端。

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2、按照通信方式,分為:

同步通信:帶時鐘同步信號傳輸。比如:SPI,IIC通信接口

異步通信:不帶時鐘同步信號。比如:UART(通用異步收發(fā)器),單總線。

在同步通訊中,收發(fā)設備上方會使用一根信號線傳輸信號,在時鐘信號的驅(qū)動下雙方進行協(xié)調(diào),同步數(shù)據(jù)。例如,通訊中通常雙方會統(tǒng)一規(guī)定在時鐘信號的上升沿或者下降沿對數(shù)據(jù)線進行采樣。

在異步通訊中不使用時鐘信號進行數(shù)據(jù)同步,它們直接在數(shù)據(jù)信號中穿插一些用于同步的信號位,或者將主題數(shù)據(jù)進行打包,以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸數(shù)據(jù)。通訊中還需要雙方規(guī)約好數(shù)據(jù)的傳輸速率(也就是波特率)等,以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

在同步通訊中,數(shù)據(jù)信號所傳輸?shù)膬?nèi)容絕大部分是有效數(shù)據(jù),而異步通訊中會則會包含數(shù)據(jù)幀的各種標識符,所以同步通訊效率高,但是同步通訊雙方的時鐘允許誤差小,稍稍時鐘出錯就可能導致數(shù)據(jù)錯亂,異步通訊雙方的時鐘允許誤差較大。

常見的串行通信接口

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STM32串口通信基礎

STM32的串口通信接口有兩種,分別是:UART(通用異步收發(fā)器)、USART(通用同步異步收發(fā)器)。而對于大容量STM32F10x系列芯片,分別有3個USART和2個UART。

UART引腳連接方法

RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳,數(shù)據(jù)接受;

TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳,數(shù)據(jù)發(fā)送。

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對于兩個芯片之間的連接,兩個芯片GND共地,同時TXD和RXD交叉連接。這里的交叉連接的意思就是,芯片1的RxD連接芯片2的TXD,芯片2的RXD連接芯片1的TXD。這樣,兩個芯片之間就可以進行TTL電平通信了。STM32與51單片機串口通信相關實例,請移步此處:STM32與51單片機串口通信實例。

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若是芯片與PC機(或上位機)相連,除了共地之外,就不能這樣直接交叉連接了。盡管PC機和芯片都有TXD和RXD引腳,但是通常PC機(或上位機)通常使用的都是RS232接口(通常為DB9封裝),因此不能直接交叉連接。RS232接口是9針(或引腳),通常是TxD和RxD經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換得到的。故,要想使得芯片與PC機的RS232接口直接通信,需要也將芯片的輸入輸出端口也電平轉(zhuǎn)換成RS232類型,再交叉連接。

經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后,芯片串口和RS232的電平標準是不一樣的:

單片機的電平標準(TTL電平):+5V表示1,0V表示0;

RS232的電平標準:+15/+13 V表示0,-15/-13表示1。

RS-232通訊協(xié)議標準串口的設備間通訊結(jié)構(gòu)圖如下:

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所以單片機串口與PC串口通信就應該遵循下面的連接方式:在單片機串口與上位機給出的RS232口之間,通過電平轉(zhuǎn)換電路(如下面圖中的Max232芯片) 實現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。STM32與PC之間通信實例,請移步此處:STM32實例-用按鍵控制串口發(fā)送數(shù)據(jù),文末附代碼。

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RS232串口簡介

臺式機電腦后面的9針接口就是com口(串口) 在工業(yè)控制 數(shù)據(jù)采集上應用廣泛上圖中,最右邊的是串口接口統(tǒng)稱為RS232接口,是常見的DB9封裝。

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通信過程中只有兩個腳參與通信。

2腳:電腦的輸入RXD

3腳:電腦的輸出TXD 通過2 ,3 腳就可以實現(xiàn)全雙工(可同時收發(fā))的串行異步 通信

5腳:接地

單片機的P3口是有兩個復用接口RXD 和TXD。這是單片機進行串行通信的收發(fā)口,連接應該錯位的對應到電腦的TDX RDX上。注意:單片機和RS232的電平標準是不一樣的。

單片機的電平標準 TTL電平 :+5V表示1 0V表示0。

RS232的電平標準 +15/+13 V表示1 -15/-13 表示0。

所以 單片機與電腦串口通信就應該遵循下面的連接方式:

在單片機與上位機給出的RS232口之間通過電平轉(zhuǎn)換電路(最上面圖中的Max232芯片) 實現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換,PC串口與單片機串口連接方式圖:

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注意這兩個DB9:DB91是在電腦上的 DB92是在單片機實驗板上焊接著的。

這里的交叉連接的意思是 DB91的RXD連著DB92的TXD。

DB92的RXD連著DB91的TXD這樣交叉著連接,如果電腦沒有RS232口 只有USB口,可以用串口轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)出串口,如下圖所示。

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這個時候在電腦上位機上需要安裝串口驅(qū)動程序。

注意,這個驅(qū)動程序驅(qū)動的是PL2303芯片(在上圖的大頭里面) 使得RS232信息轉(zhuǎn)換成USB信息。

下圖為上圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu):

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用串口通信比USB簡單,因為串口通信沒有協(xié)議,使用方便簡單。

STM32的UART特點

全雙工異步通信;

分數(shù)波特率發(fā)生器系統(tǒng),提供精確的波特率。發(fā)送和接受共用的可編程波特率,最高可達4.5Mbits/s;

可編程的數(shù)據(jù)字長度(8位或者9位);

可配置的停止位(支持1或者2位停止位);

可配置的使用DMA多緩沖器通信;

單獨的發(fā)送器和接收器使能位;

檢測標志:

① 接受緩沖器

②發(fā)送緩沖器空

③傳輸結(jié)束標志;

多個帶標志的中斷源,觸發(fā)中斷;

其他:校驗控制,四個錯誤檢測標志。

串口通信過程

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STM32中UART參數(shù)

串口通訊的數(shù)據(jù)包由發(fā)送設備通過自身的TXD接口傳輸?shù)浇邮赵O備的RXD接口,通訊雙方的數(shù)據(jù)包格式要規(guī)約一致才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)。

STM32中串口異步通信需要定義的參數(shù):起始位、數(shù)據(jù)位(8位或者9位)、奇偶校驗位(第9位)、停止位(1,15,2位)、波特率設置。

UART串口通信的數(shù)據(jù)包以幀為單位,常用的幀結(jié)構(gòu)為:1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位奇偶校驗位(可選)+1位停止位。如下圖所示:

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奇偶校驗位分為奇校驗和偶校驗兩種,是一種簡單的數(shù)據(jù)誤碼校驗方法。奇校驗是指每幀數(shù)據(jù)中,包括數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位的全部9個位中1的個數(shù)必須為奇數(shù);偶校驗是指每幀數(shù)據(jù)中,包括數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位的全部9個位中1的個數(shù)必須為偶數(shù)。

校驗方法除了奇校驗(odd)、偶校驗(even)之外,還可以有:0 校驗(space)、1 校驗(mark)以及無校驗(noparity)。0/1校驗:不管有效數(shù)據(jù)中的內(nèi)容是什么,校驗位總為0或者1。

UART(USART)框圖

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這個框圖分成上、中、下三個部分。本文大概地講述一下各個部分的內(nèi)容,具體的可以看《STM32中文參考手冊》中的描述。

框圖的上部分,數(shù)據(jù)從RX進入到接收移位寄存器,后進入到接收數(shù)據(jù)寄存器,最終供CPU或者DMA來進行讀??;數(shù)據(jù)從CPU或者DMA傳遞過來,進入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器,后進入發(fā)送移位寄存器,最終通過TX發(fā)送出去。

然而,UART的發(fā)送和接收都需要波特率來進行控制的,波特率是怎樣控制的呢?

這就到了框圖的下部分,在接收移位寄存器、發(fā)送移位寄存器都還有一個進入的箭頭,分別連接到接收器控制、發(fā)送器控制。而這兩者連接的又是接收器時鐘、發(fā)送器時鐘。也就是說,異步通信盡管沒有時鐘同步信號,但是在串口內(nèi)部,是提供了時鐘信號來進行控制的。而接收器時鐘和發(fā)送器時鐘有是由什么控制的呢?

可以看到,接收器時鐘和發(fā)送器時鐘又被連接到同一個控制單元,也就是說它們共用一個波特率發(fā)生器。同時也可以看到接收器時鐘(發(fā)生器時鐘)的計算方法、USRRTDIV的計算方法。

原文標題:STM32串口通信基本原理

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審核編輯:湯梓紅

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原文標題:STM32串口通信基本原理

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