在做項目的時候是不是發現串口是最常用的通信接口，所以我自己整理了一下關于串口的一些常識性知識，方便自己學習。
關鍵詞：Loto虛擬示波器，串口時序，電平標準，模擬串口
我們常說的串口按電平分類的話有兩種，一種是TTL電平的串口，一種是232電平的串口。 首先我們先看一下這兩種電平的區別。 TTL電平標準:輸出L: <0.8V; H: >2.4V,輸入L: <1.2V: H: >2.0V TTL器件輸出低電平要小于0.8V，高電平要大于2.4V,輸入，低于1.2V就認為是0，高于2.0就認為是1.于是TTL電平的輸入低電平的噪聲容限就只有(O.8-0)/2=0.4V,高電平的噪聲容限為(5-2.4)/2=1.3V. RS232標準: 邏輯1的電平為-3~-15V,邏輯0的電平為+3~+15V,注意電平的定義反相了一次。
然而TTL電平的串口還可以分為兩種UART與USART。我們打開stm32cubeMX看到stm32F103有2個UART和3個USART。在日常我們就可以說，它有5個串口，因為USART可以配置成UART。 ![]()
![]() UART與USART都是單片機上的串口通信，他們之間的區別如下： 首先從名字上看: UART：universal asynchronous receiver and transmitter通用異步收/發器 USART:universal synchronous asynchronous receiver and transmitter通用同步/異步收/發器 從名字上可以看出，USART在UART基礎上增加了同步功能，即USART是UART的增強型，事實也確實是這樣。但是具體增強到了什么地方呢？ 其實當我們使用USART在異步通信的時候，它與UART沒有什么區別，但是用在同步通信的時候，區別就很明顯了：大家都知道同步通信需要時鐘來觸發數據傳輸，也就是說USART相對UART的區別之一就是能提供主動時鐘。如STM32的USART可以提供時鐘支持ISO7816的智能卡接口。
在實際的項目中用的最多的還是UART ,配置為:N, 8 ,1.波特率常用的有2400，9600,57600,115200.我們用串口來干什么呢？用過一些模塊的工程師會知道，很多模塊都是通過串口來控制或者通過串口透傳數據的，比如gsm（2g，4g），gps，wifi，藍牙等等，這些模塊都是通過串口來控制。所以作為一個工程師，必須要搞懂串口。下面我們通過Loto虛擬示波器采集不同波特率的UART 波形：
對比理論的時序圖，我們找找起始位和停止位，這個數據是多少？ ![]() 有時候我們面試會考一個題目，那就是UART波特率9600的時候，它的一個bit是多長時間，這個怎么算？初學者肯定蒙了，我用串口直接就配置然后發數據就行了，從來沒算過，下面我總結一下：
波特率2400:1/2400≈416.67*10^(-6)s=416.67us 波特率4800:1/4800≈208.33*10^(-6)s=208.33us 波特率9600:1/9600≈104.17*10^(-6)s=104.17us 波特率19200:1/19200≈52.08*10^(-6)s=52.08us 波特率57600:1/57600≈17.36*10^(-6)s=17.36us 波特率115200:1/115200≈8.68*10^(-6)s=8.68us
對比我們用Loto虛擬示波器采集的數據看看是不是一致呢？
我們算這個數據有什么用呢？是的！沒錯！就是模擬串口！當單片機串口不夠用的時候項目中會用到。接下來我會分析幾個論友寫的代碼，逐步深入理解TTL串口。
下面這個模擬串口的代碼： 首先說它的發送吧，發送一個字節，先發送起始位OI_TXD = 0; 然后delay_us(BuadRate_9600);然后依次從低位開始檢測Data的每一位，從而拉高拉低OI_TXD，然后延時，移位，重復8次，最后發送停止位發送完一個Data。 接收的話：它是stm32開了個定時器4和一個外部中斷.外部中斷采到下降沿，然后定時器設置為107us中斷一次，去采集一個bit，為什么是107us呢？因為此時波特率是9600，一個bit是104.17us，然后可以依次采集每個bit，直到采完一個data。（個人感覺107us不穩定）
- /**
- *軟件串口的實現(IO模擬串口)
- * 波特率：9600 1-8-N
- * TXD : PC13
- * RXD : PB14
- * 使用外部中斷對RXD的下降沿進行觸發，使用定時器4按照9600波特率進行定時數據接收。
- * Demo功能: 接收11個數據，然后把接收到的數據發送出去
- */
- #define OI_TXD PCout(13)
- #define OI_RXD PBin(14)
- #define BuadRate_9600 100
- u8 len = 0; //接收計數
- u8 USART_buf[11]; //接收緩沖區
- enum{
- COM_START_BIT,
- COM_D0_BIT,
- COM_D1_BIT,
- COM_D2_BIT,
- COM_D3_BIT,
- COM_D4_BIT,
- COM_D5_BIT,
- COM_D6_BIT,
- COM_D7_BIT,
- COM_STOP_BIT,
- };
- u8 recvStat = COM_STOP_BIT;
- u8 recvData = 0;
- void IO_TXD(u8 Data)
- {
- u8 i = 0;
- OI_TXD = 0;
- delay_us(BuadRate_9600);
- for(i = 0; i < 8; i++)
- {
- if(Data&0x01)
- OI_TXD = 1;
- else
- OI_TXD = 0;
- delay_us(BuadRate_9600);
- Data = Data>>1;
- }
- OI_TXD = 1;
- delay_us(BuadRate_9600);
- }
- void USART_Send(u8 *buf, u8 len)
- {
- u8 t;
- for(t = 0; t < len; t++)
- {
- IO_TXD(buf[t]);
- }
- }
- void IOConfig(void)
- {
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
- NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
- EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
- RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); //使能PB,PC端口時鐘
- //SoftWare Serial TXD
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz
- GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
- GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
- //SoftWare Serial RXD
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
- GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);
- EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14;
- EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
- EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿觸發中斷
- EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
- EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
- NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
- }
- void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
- {
- TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
- NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
- RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //時鐘使能
- //定時器TIM4初始化
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設置用來作為TIMx時鐘頻率除數的預分頻值
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數模式
- TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根據指定的參數初始化TIMx的時間基數單位
- TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
- TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中斷,允許更新中斷
- //中斷優先級NVIC設置
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn; //TIM4中斷
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占優先級1級
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //從優先級1級
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
- NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
- }
- int main(void)
- {
- NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設置中斷優先級分組為組2：2位搶占優先級，2位響應優先級
- delay_init();
- IOConfig();
- TIM4_Int_Init(107, 71); //1M計數頻率
- while(1)
- {
- if(len > 10)
- {
- len = 0;
- USART_Send(USART_buf,11);
- }
- }
- }
- void EXTI15_10_IRQHandler(void)
- {
- if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)
- {
- if(OI_RXD == 0)
- {
- if(recvStat == COM_STOP_BIT)
- {
- recvStat = COM_START_BIT;
- TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
- }
- }
- EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);
- }
- }
- void TIM4_IRQHandler(void)
- {
- if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)
- {
- TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);
- recvStat++;
- if(recvStat == COM_STOP_BIT)
- {
- TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
- USART_buf[len++] = recvData;
- return;
- }
- if(OI_RXD)
- {
- recvData |= (1 << (recvStat - 1));
- }else{
- recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));
- }
- }
- }
[color=rgb(51, 102, 153) !important]復制代碼
這里還有一個例子：- #include "stm32f10x.h"
- #include "sys.h"
- #include "exti.h"
- #include "stdio.h"
- //加入以下代碼,支持printf函數,而不需要選擇use MicroLIB
- #if 1
- #pragma import(__use_no_semihosting)
- //標準庫需要的支持函數
- struct __FILE
- {
- int handle;
- };
- FILE __stdout;
- //定義_sys_exit()以避免使用半主機模式
- _sys_exit(int x)
- {
- x = x;
- }
- //重定義fputc函數
- int fputc(int ch, FILE *f)
- {
- void SendOneByte(u8 Byte);
- SendOneByte((uint8_t) ch);
- return ch;
- }
- #endif
- void SendOneByte(u8 Byte)
- {
- u8 i=8,tmp;
- TXD_low(); //發送起始位
- delay_us(104);
- //發送8位數據
- for(i=0;i<8;i++)
- {
- tmp = (Byte >> i) & 0x01; //低位在前
- if(tmp == 0)
- {
- TXD_low();
- delay_us(104); //0
- }
- else
- {
- TXD_high();
- delay_us(104); //1
- }
- }
- // while(i--)
- // {
- // MNUSART_TXD = (Byte&0x01); //先傳低位
- // delay_us(104);
- // Byte = Byte>>1;
- // //無校驗位
- // MNUSART_TXD=1;//發送結束位
- // delay_us(104);
- // }
- TXD_high();
- delay_us(104);
- }
- void SendBytes(u8 *str,u8 len) //發送數組最好用這個，也可發送字符串
- {
- u16 i;
- for(i=0;i {
- SendOneByte(str);
- }
- }
- void SendStr(u8 *str) //發送字符串，發送數組如果帶0x00就中斷發送了
- {
- while(*str)
- SendOneByte(*str++);
- }
- int main(void)
- {
- u8 len;
- u8 hello[]={0x5a,0xa5,0x00,0x00,0x01};
- delay_init();
- EXTIX_Init();
- //測試 發送一個字節
- SendOneByte(0x00);
- SendOneByte(0x01);
- SendOneByte(0x02);
- //測試發送數組
- SendBytes(hello,5);
- //測試發送字符串
- // SendBytes("hello word",11);
- // SendStr("德瑪西亞");
- while(1)
- {
- if(USART_RX_STA&0x8000)
- {
- printf("\r\n您發送的消息為:\r\n\r\n");
- len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的數據長度
- SendBytes(USART_RX_BUF,len);
- //也可以用下面的發送
- // SendStr(USART_RX_BUF);
- // for(len=0;len<200;len++)
- // USART_RX_BUF[len]=0;
- printf("\r\n\r\n");//插入換行
- USART_RX_STA=0;
- }
- }
- }
[color=rgb(51, 102, 153) !important]復制代碼
- #include "exti.h"
- #include "stm32f10x_gpio.h"
- #include "stm32f10x_exti.h"
- #include "sys.h"
- u8 tmp;
- u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];
- u16 USART_RX_STA=0;
- //extern SendOneByte(u8 Byte);
- void EXTIX_Init(void)
- {
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
- EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
- NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
- RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9 端口配置
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根據設定參數初始化GPIOB.5
- GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_9);
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
- GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //浮空輸入
- GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
- GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_10);
- //GPIOA.10 中斷線以及中斷初始化配置 下降沿觸發
- GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);
- EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line10;
- EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
- EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
- EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
- EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據EXTI_InitStruct中指定的參數初始化外設EXTI寄存器
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
- NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
- }
- void EXTI15_10_IRQHandler(void)
- {
- u8 i=9;
- if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line10) != RESET)
- {
- /* Disable the Selected IRQ Channels -------------------------------------*/
- NVIC->ICER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
- (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
- EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
- delay_us(30);
- while(i--)
- {
- tmp >>=1;
- if(GPIOA->IDR&0x0400) tmp |=0x80;
- delay_us(104);
- }
- if((USART_RX_STA&0x8000)==0)
- {
- if(USART_RX_STA&0x4000)
- {
- if(tmp!=0x0a) USART_RX_STA=0;
- else USART_RX_STA |=0x8000;
- }
- else
- {
- if(tmp==0x0d) USART_RX_STA|=0x4000;
- else
- {
- USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=tmp ;
- USART_RX_STA++;
- if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收數據錯誤,重新開始接收
- }
- }
- }
- EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line10);
- NVIC->ISER[EXTI15_10_IRQn >> 0x05] =
- (uint32_t)0x01 << (EXTI15_10_IRQn & (uint8_t)0x1F);
- }
- }
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