9 串行通信概述

2.7串口通信本节内容串口通信概述轮询方式的串口通信HAL库外设初始化设计思想中断方式的串口通信DMA方式的串口通信了解通信的基本概念熟练掌握三种方式下的串口通信编程方法了解HAL库的外设初始化设计思想教学目标2.7.1 串口通信概述1 计算机通信的基本概念基本概念计算机通信将计算机技术和通信技术相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。按照数据传输方式的不同，可以分为串行通信和并行通信两类。UART计算机通信的概念串行通信：数据逐位传输并行通信：多位数据同时传输基本概念养工程建设UART并行通信接收设备发送设备询问应答101011008位同时传送特点：多位数据同时传输，传输控制简单，传输速度快，但是在长距离传输时硬件成本较高。并行通信的特点串行通信特点：数据逐位传输，传输线少，长距离传输时成本低，但数据的传输控制较复杂。按照实现数据同步的方式，可以分为同步串行和异步串行两种。UART串行通信的特点UART特点：数据传输以数据块（一组字符）为单位，在一个数据块内，字符与字符间无间隔，收发双方依靠独立的时钟线进行信号的同步。适用于大批量的数据传输。同步串行通信的特点同步通信Timer特点：数据传输以单个字符为单位，字符和字符之间的间隙任意，字符内部每一位持续的时间相同。收发双方没有专门的时钟信号，而是依靠事先约定的字符格式和通信速率来完成通信。异步串行通信的特点异步串行起始位

数据位

校验位

停止位UART常用字符格式：1位起始位 8位数据位 无奇偶校验 1位停止位异步串行通信的字符格式字符格式UART波特率每秒钟传送二进制数码的位数，以Bits/s（bps）为单位。⚫

常用的波特率有：9600、19200、38400、57600和115200；⚫

波特率为115200，表示每秒传输115200位，且每一位数据在数据线上持续时间为Tbit=

1/115200

≈

8.68us。异步串行通信的通信速率通信速率通信准确性UART异步串行通信的两个关键点字符格式波特率决定了字符中每一位数据的持续时间决定了字符中数据的传输形式传输时低位在前，高位在后，发送数据为0xE9字符格式实例：1位起始位 8位数据位 无奇偶校验 1位停止位通信准确性异步串行通信的数据接收过程接收过程的本质是数据采集，假设接收端的采样时钟是波特率的16倍。接收过程由起始位的下降沿启动；接收端等待8个时钟周期，以便建立一个接近比特周期中间的采样点；接收端等待16个时钟周期，使其进入第一个数据位周期的中点；第一个数据位被采样并存储在接收寄存器中；串口模块在采样第二个数据位之前等待另外16个时钟周期；重复此过程，直到所有数据位都被采样和存储；由停止位的上升沿使数据线返回到空闲状态。通信传输方向UART接

收发

送时间

1时间

2发

送接

收发

送接

收发

送接

收发

送接

收单工半双工全双工串口通信的数据传输方向特点：数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行，也只有一条通信线路。特点：数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输，只有一条通信线路。特点：数据可以同时进行双向传输，具有两条通信线路。典型实例：UART.奇校验表示数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和为奇数；偶校验表示数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和为偶数。奇偶校验代码和校验循环冗余校验错误校验发送方将所发数据块求和，产生一个字节的校验字符附加到数据块末尾。接收方采用同样方式进行检测。通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验，常用于磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。错误校验UART三种常用的错误校验方式物理层：规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。其实就是硬件部分。协议层：协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。其实就是软件部分。简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。串口通信协议简介UART1-RS232标准2-USB转串口3-原生的串口到串口串口通信协议简介UART通信协议RS232标准串口通讯结构图1、RS232标准串口主要用于工业设备直接通信2、电平转换芯片一般有MAX3232，SP3232串口通信协议简介UARTDB9标准的公头及母头接法串口通信协议简介UARTDB9串口线USB转串口线串口通信协议简介UARTRS-232与TTL电平区别串口通信协议简介UARTUSB转串口通讯结构图1、USB转串口主要用于设备跟电脑通信。2、电平转换芯片一般有CH340(南京)、PL2303(台湾)、CP2102(SiliconLabs芯科科技USA)、FT232（英国的FTDI公司设计和生产）。3、使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动。串口通信协议简介UART原生的串口到串口1、原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用TTL电平通信。2、GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块。串口通信协议简介UART2.7.2 STM32的串口通信串口收发单元UARTTXETCRXNE发送数据寄存器TDR发送移位寄存器接收移位寄存器接收数据寄存器RDR读写数据寄存器DR接收引脚发送引脚串口收发单元功能框图串口收发单元主要利用数据寄存器DR，发送引脚TX，接收引脚RX，以及三个通信状态位TXE、TC和RXNE来完成数据的接收和发送。数据寄存器DR在硬件上分为TDR和RDR两个寄存器，通过数据的流向进行区分，在结构设计上采用了双缓冲结构；发送时，数据通过数据总线送入TDR寄存器，然后传送到发送移位寄存器完成数据转换，从并行数据转为串行数据，最后通过TX引脚发送；接收时，数据通过RX引脚逐位送入接收移位寄存器，8位数据接收完成后，

送入RDR寄存器，供用户读取。UART数据寄存器DR数据收发过程中，可同时写入新的数据或读取已接收的数据，提高数据的传输效率标志位名称含义TXE发送数据寄存器空标志。当TDR寄存器的内容已经传送到发送移位寄存器时，该位由硬件置1。如果串口控制寄存器CR1中的TXEIE位为1，将会触发发送数据寄存器空中断。注意：当TXE置1时，数据有可能还在发送。TC发送完成标志。当发送移位寄存器的内容发送完成，同时TDR寄存器也为空时，该位由硬件置1，表示本次数据传输已经完成。如果串口控制寄存器CR1中的TCIE位为1，将会触发发送完成中断。注意：当TC置1时，数据才是真正地发送完成。RXNE接收数据寄存器不为空标志。当移位寄存器的内容已经传送到接收数据寄存器RDR时，该位由硬件置1。如果串口控制寄存器CR1中的RXNEIE位为1，将会触发接收数据寄存器不为空中断。在轮询方式下可以直接检测标志位；在中断方式下，需要在中断服务程序中通过检测不同的中断标志位，来判断出中断类型，然后执行后续的任务处理。通信状态标志位UART管脚UART在常见开发板上，一般使用UART1和PC通信，USART1可以下载程序。STM32F407芯片的UART引脚查询芯片的数据手册Datasheet串口号RX引脚TX引脚1PA10/PB7PA9/PB62PA3/PD6PA2/PD53PB11/PC11/PD9PB10/PC10/PD84PC11/PA1PC10/PA05PD2PC126PC7/PG9PC6/PG14UART3.3V5VRXTXGNDMCURXTXGNDUSB转TTL串口模块MCU的TX引脚和串口转换模块的RX引脚连接MCU的RX引脚和串口转换模块的TX引脚连接MCU的地和串口转换模块的地连接，以确保电平的一致USB虚拟串口PA10PA9--

南昌大学“卓越”辅导员培养工程建设虚拟串口功能ST-Link仿真器的虚拟串口功能虚拟串口接口CN3UART即USB转TTL串口功能Tx表示虚拟串口发送引脚与MCU的接收引脚相连RX表示虚拟串口接收引脚与MCU的发送引脚相连CPU不断检测串口的状态标志来判断数据收发的情况。特点：程序设计简单，但CPU在检测标志位期间，无法执行其他任务，C