Android智能硬件開發(fā)之串口通信介紹

通過總結(jié)大大小小多個Andriod智能硬件開發(fā)項(xiàng)目，記錄了智能硬件產(chǎn)品開發(fā)的全流程、智能硬件開發(fā)所涉及的技術(shù)體系概述的心得，并附上在主板選型、串口通信、屏幕顯示、常用外接設(shè)備上一些品類的特點(diǎn)和差異，分析了我的開發(fā)流程習(xí)慣原因，以供交流。

5.關(guān)于串口通信

串口通信是Android智能硬件開發(fā)所必須具備的能力，市面上類型眾多的外設(shè)基本都是通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，所以說不會串口通信根本就做不了智能硬件開發(fā)。

5.1 UART定義

通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART，是一種串行異步收發(fā)協(xié)議。

UART串口有三種工作方式：單工、半雙工、全雙工。硬件連接比較簡單，僅需要3條線，注意連接時兩個設(shè)備UART電平，如電平范圍不一致請做電平轉(zhuǎn)換后再連接，可參考此文章。

我們常見的串口通訊設(shè)置的界面如下所示,

主要有下列幾個參數(shù)；

Speed(baud) 波特率

Data bits 數(shù)據(jù)位

Stop bits 停止位

Parity 奇偶校驗(yàn)位

Flow Control 流控

我們的設(shè)置基本都是8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)無流控，就如上圖所示。對于程序開發(fā)而言，主要關(guān)注的參數(shù)就是波特率。

另外，需要注意的是比特率、成波特率兩者之間是有區(qū)別的。

波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數(shù)，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，它用單位時間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示。

在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。

1波特即指每秒傳輸1個碼元符號（通過不同的調(diào)制方式，可以在一個碼元符號上負(fù)載多個bit位信息）。

1比特每秒是指每秒傳輸1比特（bit）。單位“波特”本身就已經(jīng)是代表每秒的調(diào)制數(shù)，以“波特每秒”（Baud per second）為單位是一種常見的錯誤。

按照上述的基本設(shè)置，其實(shí)一個碼元總共傳輸了10個比特，1個起始位+1個停止位+8個數(shù)據(jù)位，如波特率為9600，那每秒一共傳輸了9600*10 = 96000個比特，換算成字節(jié)為12000 byte，約合11.72kb。

需要注意的是這12000byte指的是串口實(shí)際一共傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位，但對于我們程序而言，真正能處理的數(shù)據(jù)就是除去起始位與停止位的數(shù)據(jù)位，對于傳輸8位數(shù)據(jù)位的設(shè)置而言，波特率是多少則傳輸?shù)淖止?jié)就是多少。如9600的波特率表示每秒傳輸9600個字節(jié)，每毫秒9.6字節(jié)。

安卓主板中一個串口端子的定義如下圖所示

幾乎所有安卓主板上的串口都是這種4pin的形式，這里有一個特別重要的點(diǎn)，就是對外設(shè)接線時，RX要對上外設(shè)的TX口，TX則對應(yīng)RX口，否則是接收不到數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?/p>

在我所接觸的眾多外設(shè)中，安卓的常用串口有三種標(biāo)準(zhǔn)接口。

RS232

RS485

TTL

UART所指的是硬件接口，是硬件層次的描述。而TTL與RS232、485則指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖綐?biāo)準(zhǔn)，計算機(jī)的存儲單位是二進(jìn)制位(bit)，也就是0和1，而0和1怎么用電壓來表示呢？不同的表示方法于是對應(yīng)了不同的標(biāo)準(zhǔn)，這就是TTL、RS232這些電平標(biāo)準(zhǔn)之間的區(qū)別。

所有CPU芯片的UART數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娖蕉际遣捎肨TL標(biāo)準(zhǔn)的，我們所看到的安卓主板上RS232或485的接口都是要再需要經(jīng)過一次電平轉(zhuǎn)換才能與CPU進(jìn)行通信的。可以這樣說，安卓主板CPU直接引出來的串口管腳都是TTL標(biāo)準(zhǔn)的，如需要其它的接口則要中間再增加一個電平轉(zhuǎn)換芯片以滿足要求。

5.2 三種UART接口介紹

TTL

TTL（Transistor-Transistor Logic，晶體管-晶體管邏輯），TTL電路的工作電壓是5V，它的輸出可以是高電平（3.6V）或者低電平（0.3V）。為了用這種模擬量的電壓來表示數(shù)字量的邏輯1和邏輯0，TTL電平規(guī)定：

對于輸出電路：電壓大于等于（≥）2.4V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.4V為邏輯0；

對于輸入電路：電壓大于等于（≥）2.0V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.8V為邏輯0；

RS232

它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。

后來IBM的PC機(jī)將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。如下圖所示。

采用負(fù)邏輯，規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V。選用該電氣標(biāo)準(zhǔn)的目的在于提高抗干擾能力，增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V，接收器將能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，將高到-3 V的信號作為邏輯“1”。

全雙工通信，傳輸距離較短，其通訊距離小于15 m，傳輸速率小于20 kb/s。

RS485

RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總線接口的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)即對于2個邏輯狀態(tài)的定義：正電平在+2V～+6V之間，表示一個邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在-2V～-6V之間，則表示另一個邏輯狀態(tài)；

數(shù)字信號采用差分傳輸方式，即是A-B兩者的電壓差用以表示邏輯狀態(tài)，能夠有效減少噪聲信號的干擾。

RS-485工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)能夠有效支持多個分節(jié)點(diǎn)和通信距離遠(yuǎn)，總共可接收32個設(shè)備，且對于信息的接收靈敏度較高,均采用屏蔽雙絞線傳輸。采用半雙工(兩線制)最大傳輸距離約1219米，傳輸速度最高達(dá)10Mbps。

原文標(biāo)題：開發(fā)心得（2）：Android智能硬件的關(guān)鍵——串口通信

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審核編輯：劉清