一文读懂通信串口(物理接口）2

六、UART

1) 异步通信UART引脚连接方法:

UART是 异步 ，全双工串口总线。它比同步串口复杂很多。有两根线，一根TXD用于发送，一根RXD用于接收。UART的串行数据传输不需要使用时钟信号来同步传输，而是依赖于发送设备和接收设备之间预定义的配置。对于发送设备和接收设备来说，两者的串行通信配置应该设置为完全相同。

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

若是芯片与PC机（或上位机）相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。RS232接口是9针（或引脚），通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。故，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成RS232类型，再交叉连接。

经过电平转换后，芯片串口和RS232的电平标准是不一样的：

单片机是TTL电平：+5V表示1，0V表示0

RS232是负逻辑电平，-3 to -15V为1，3 to 15V为0

RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：

所以单片机串口与PC串口通信就应该遵循下面的连接方式：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路(如下面图中的Max232芯片) 实现TTL电平与RS232电平之间的转换。下图中的P10，也就是上文中提到的DB9。

STM32的UART特点

全双工异步通信；

n 分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s；

n 可编程的数据字长度（8位或者9位）；

n 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；

n 可配置的使用DMA多缓冲器通信；

n 单独的发送器和接收器使能位；

n 检测标志：① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志；

n 多个带标志的中断源，触发中断；

n 其他：校验控制，四个错误检测标志。

串口通信过程

STM32中UART参数

起始位：表示数据传输的开始，电平逻辑为“0” 。数据位：可能值有5、6、7、8、9，表示传输这几个bit 位数据。一般取值为8，因为一个ASCII 字符值为8 位。奇偶校验位：用于接收方对接收到的数据进行校验，校验“1” 的位数为偶数(偶校验) 或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性，使用时不需要此位也可以。停止位：表示一帧数据的结束。电平逻辑为“1”。如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。

UART串口通信的数据包以帧为单位，常用的帧结构为：1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位（可选）+1位停止位。如下图所示：

奇偶校验位分为奇校验和偶校验两种，是一种简单的数据误码校验方法。奇校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为奇数；偶校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为偶数。

校验方法除了奇校验(odd)、偶校验(even)之外，还可以有：0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校验(noparity)。0/1校验：不管有效数据中的内容是什么，校验位总为0或者1。

UART框图

这个框图分成上、中、下三个部分，具体的可以看《STM32中文参考手册》中的描述。

框图的上部分，数据从RX进入到接收移位寄存器，后进入到接收数据寄存器，最终供CPU或者DMA来进行读取；数据从CPU或者DMA传递过来，进入发送数据寄存器，后进入发送移位寄存器，最终通过TX发送出去。

然而，UART的发送和接收都需要波特率来进行控制的，波特率是怎样控制的呢？

这就到了框图的下部分，在接收移位寄存器、发送移位寄存器都还有一个进入的箭头，分别连接到接收器控制、发送器控制。而这两者连接的又是接收器时钟、发送器时钟。也就是说，异步通信尽管没有时钟同步信号，但是在串口内部，是提供了时钟信号来进行控制的。而接收器时钟和发送器时钟又是由什么控制的呢？

可以看到，接收器时钟和发送器时钟又被连接到同一个控制单元，也就是说它们共用一个波特率发生器。同时也可以看到接收器时钟（发生器时钟）的计算方法、USRRTDIV的计算方法。

七、物理接口

串行端口称为串口，也称为串行通信接口，即COM端口。

UART口（嵌入式里面说的串口，一般是指UART口。4个pin（Vcc,GND,RX,TX），用TTL电平）、COM口、USB口、RJ45以太网口是指的物理接口形式(硬件)。

TTL、RS-232(全双工）、RS-485（半双工） RS-422（全双工）是指的电平标准(电信号)。

使用国际连接器标准定义的8个位置(8针)。修改后的插孔或插头

单片机与PC通讯示意图如下

UART接口 ：通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，UART是串口收发的逻辑电路，这部分可以独立成芯片，也可以作为模块嵌入到其他芯片里，单片机、SOC、PC里都会有UART模块，UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL电平, 低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）。

COM 口 ： 即串行通讯端口，简称串口。这里区别于USB的“通用串行总线”和硬盘的“SATA”。一般我们见到的是两种物理标准。D型9针插头，和 4针杜邦头两种。这是常见的4针串口，在电路板上常见，经常上边还带有杜邦插针。还有时候有第五根针，3.3V电源端。由于是预留在电路板上的，协议可以有很多种，要看具体设备，应用了串口通信时序和RS232的逻辑电平。

1）USB通用串行总线(Universal Serial Bus)缩写为USB，（物理接口）

是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术，特点是传输速度快，支持热插拔，可连接多个设备。

  我们在很多地方可以看到USB的身影，鼠标，键盘，手机充电器，现在几乎所有的电子充电设备都是USB接口，如下是各个USB的物理接口。

USB接口是计算机主板上的四针接口。2根信号线(D+、D-)和2根电源线(+、-)

最常见的的Type-A型USB接口定义如下。

Pin#	Name	颜色
1	VBUS/+5V	红色
2	D-/Data-/DM	白色
3	D+/Data+/DP	绿色
4	GND	黑色

USB电缆分为屏蔽型和非屏蔽型。屏蔽电缆的传输速度可以达到12Mbps，价格更高。

非屏蔽电缆的速度为1.5Mbps，但价格便宜。

2、USB速率

1MB/s=8Mbps（1个Byte等于8bit）

USB1.0 低速（Low Speed） 传输速率为 1.5Mbps；

USB1.1 全速（Full Speed） 传输速率为 12Mbps；

USB2.0 高速（High Speed） 传输速率为 480Mbps；

USB3.0 超速（SuperSpeed） 传输速率为 5Gbps；

USB3.1 Gen2 超高速（SuperSpeed+） 传输速率为 10Gbps；

●USB Type-C

又称USB-C，是一种通用串行总线（USB）的硬件接口形式，外观上最大特点在于其上下端完全一致，与Micro-USB相比用户不必再区分USB正反面。

但USB-C只是一个接口，不一定支持USB 3.1或Power Delivery。

自从2014年USB-C规范发布后，许多新款的Android移动设备、笔记本电脑、台式机甚至是游戏机等3C设备开始使用这种连接端口。Windows 10原生支持Type-C。

4、USB转RS-232

USB转232，可以先将USB转换为TTL，再将TTL转换为RS232，当然市面上也有很多USB直接转RS232的线材，线材内部集成转换电路，淘宝上某USB转RS232用的两个芯片是FT232和SP213。