通讯总线 | 串口

串口通讯总线特点

• 串行
• 全双工
• 异步

名词解释

名词	名词说明
异步通讯	收发双方有各自独立的系统时间，不一致
波特率	码元个数（bps）

串口通讯协议

如上图：
串口发送协议分为：空闲位、起始位、 数据位（5-8bit） 、校验位 （可有可无）、停止位（1/1.5/2bit）。
默认空闲位为高电平，数据位的8个bit发送顺序：先发低位、再发高位。
校验方式：奇偶校验。

总线传输数据工作原理

串口控制器控制数据的发送接收。
串口控制器中包括：波特率产生器、接收器、发送器、控制单元（控制器）。
发送器：发送队列 -> 移位器（在发送数据的基础上增加起始位、校验位等，再发出去）。
接收器的工作和发送器相反，由移位器获取数据并拷贝到接收队列中。
接收方根据设置的波特率，通过定时器确定每个bit所花费的时间，从而解析出数据位的高低电平。

Q：为什么串口不能连续发送，必须使用停止位？

为了保证接收端能够正常解析发送端的数据。原因是异步通信的时间系统不一致，容易产生系统时间误差（特别是在长时间运行、误差积累的情况下，无法正常解析数据位），加入停止位的核心目的是人为进行时间同步（消除累积误差）。

寄存器配置

如上图，通过配置寄存器（波特率、是否使能奇偶校验、几位数据位、几位停止位），使串口控制器根据寄存器配置进行工作。

配置实例

SOC4412芯片：
提供4个通道（CH0-3），提供一个特别的通道（CH4），即5个串口控制器。
每个控制器中分别有发送缓冲区、接收缓冲区，不同控制器的缓冲大小可能不一样，但原理一样，需要单独配置。

RS232协议/RS485协议

由于CPU端的串口是TTL电平（不同CPU间的电压不一样），所以不同CPU间串口不能直接TTL电平连接进行通讯，需要引入标准的RS232或者RS485/422协议进行串口间的通讯，RS232/RS485协议走的都是串口通讯，相比于串口唯一的区别就是在电气层次实现了标准化，使得不同CPU间串口可正常通讯（正常直接通过DB9进行连接通讯），RS232/RS485协议在底层配置方面和串口保持一致。

RS232协议特点

• 协议标准化，RS232电平（5-15V为低电平）
• 传输距离变长，理论最大传输距离可达15m

RS485协议特点

• 协议标准化，半双工（RS422为全双工）
• 采用差分信号进行数据传输，可消除共模干扰
• 以组网的形式进行通讯，理论最大传输距离可达到1500m
• 组网的通讯方式主从收发逻辑协议没有规定，需自定义实现（主从收发逻辑关系由上层应用控制，可参考I2C的通讯方式实现（但并不限于I2C的通讯方式），可自定义自定义上层应用、编码实现）。