【自学嵌入式：stm32】USART串口协议

USART串口协议

关于通信可参考：
https://www.cnblogs.com/qinruiqian/p/19017678
https://www.cnblogs.com/qinruiqian/p/19016638

通信接口

• 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统
• 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发

名称	引脚	双工	时钟	电平	设备
USART	TX（数据发送脚）、RX（数据接收脚）	全双工	异步	单端	点对点
I2C	SCL、SDA	半双工	同步	单端	多设备
SPI	SCLK、MOSI（主机输出数据脚）、MISO（主机输入数据脚）、CS（片选，用于指定通信的对象）	全双工	同步	单端	多设备
CAN	CAN_H、CAN_L（一对差分数据脚）	半双工	异步	差分	多设备
USB	DP、DM（一对差分数据脚）	半双工	异步	差分	点对点

【注】你可以把差分数据脚想象成 “一对双胞胎信使”。
平时如果只派一个信使送信（就像单根线传信号），路上可能遇到刮风下雨（干扰），信使可能跑偏、变慢，接收方就可能认错信息。
但差分数据脚是派两个信使一起走，他们肩并肩，保持固定的 “相对距离” 来传递信息 —— 比如：
要传 “往前走”，哥哥比弟弟超前半步；
要传 “往后退”，弟弟比哥哥超前半步；
不送信时，两人并排走，距离为 0。
关键是：不管路上遇到什么干扰（比如一阵风把两人都吹得晃了一下），他们之间的 “相对距离” 没变。接收方只看这个 “相对距离”，就不会认错信息。
所以，差分数据脚就是两根一起工作的线，靠 “彼此的差别” 传信号，不怕外界干扰，很靠谱。

USART、I2C和SPI都是单端通信，它们的GND引脚都要共地

串口通信

• 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信
• 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力

左图是CH340芯片，可以将串口转为USB协议，中间图是陀螺仪姿态模块，可以测量角速度加速度这些姿态参数，它左右各有四个引脚，一边是串口的引脚，一边是I2C通信的引脚，右图是蓝牙串口模块，下面四个脚是串口通信引脚

硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）
• TX与RX要交叉连接
• 当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片
  

电平标准

• 电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

• TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0

• RS232电平：-3_{-15V表示1，+3}+15V表示0

• RS485电平：两线压差+2_{+6V表示1，-2}-6V表示0（差分信号，抗干扰性强，适合远距离通信）

串口参数及时序

• 波特率：串口通信的速率
• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
• 数据位：数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来
• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

【注】在UART等串行通信中，波特率的基本计算公式为：

波特率=除数时钟频率​

• 时钟频率：串口芯片的时钟频率，单位是Hz（赫兹）。
• 除数：用于从时钟频率生成所需波特率的预定值，通常是一个整数或可以通过软件配置的寄存器值。
  例如，如果UART设备的时钟频率为16 MHz，所需的波特率为9600 bps，则除数大约为1667（16,000,000 Hz / 9600 bps ≈ 1667）。

数据位最后可以加一个奇偶校验位

串口时序