串口通信(串口通信模块）

大家好，小红来为大家解答以上问题。（串口通信，串口通信模块），很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

串口通信（串口通信模块）原创2019-07-15 20:10·电气自动化应用

串口是串行端口的缩写，也称为串行通信接口或COM接口。

串行通信是指使用串行通信协议在信号线上逐位传输数据的一种通信方式。

根据串口电气标准和协议，包括RS-232 C、RS-422、RS485等。

1.串行通信

在串行通信中，数据在宽度为1位的单线上传输。一个字节的数据分为8次，从低位到高位依次传输。

串行数据是逐位传输的，发送方发送的每一位都有固定的时间间隔，这就要求接收方与发送方以相同的时间间隔接收每一位。此外，接收器必须能够确定信息块的开始和结束。

常用的两种基本串行通信模式包括同步通信和异步通信。

1.1串行同步通信

Sync(同步数据通信)是指在约定的通信速率下，发送方和接收方的时钟信号的频率和相位始终保持一致(同步)，从而保证通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的时序关系。

同步由许多字符组成一个信息组(信息帧)。每个帧的开头由一个同步字符表示，在一次通信中只传输一帧信息。在数据传输的同时，需要传输时钟信号，这样接收机就可以利用时针信号来确定每个信息位。

同步的好处是传输信息的位数几乎是无限的，一次通信传输的数据是几十到几千字节，所以通信效率高。同步的缺点是在通信中总是要求保持一个准确的同步时钟，即发送时钟和接收时钟要严格同步(通常的做法是两个设备使用同一个时钟源)。

在后续的串行通信和编程中，只讨论异步通信模式，这里不再过多重复同步通信。

1.2串行异步通信

异步通信(异步数据通信)，也称为起止式异步通信，以字符为单位进行传输。字符之间没有固定的时间间隔，但是每个字符中的每一位都是在固定的时间传输的。

在异步通信中，发送方和接收方之间的同步是通过设置字符格式中的起始位和停止位来实现的。具体来说，在正式发送一个有效字符之前，发送方发送一个起始位，然后是有效字符位，然后在字符末尾发送一个停止位。起始位到停止位构成一帧。在停止位和下一个起始位之间有一个不定的空 idle位，规定起始位处于低电平(逻辑值为0)，停止位和空 idle位都处于高电平(逻辑值为1)，这样就保证了起始位的开头会有一个下降沿，从而标志着一个字符传输的开始。根据起始位和停止位，很容易定义和同步字符。

显然，当采用异步通信时，发送方和接收方可以通过各自的时钟控制数据的发送和接收。这两个时钟源相互独立，可以彼此异步。

先简单说一下异步通信的数据发送和接收过程。

1.2.1异步通信数据格式

在介绍异步通信的数据发送和接收过程之前，有必要了解一下异步通信的数据格式。

异步通信的数据格式由起始位、数据位、奇偶位和停止位组成，如图1所示(本图中没有画出奇偶位，因为奇偶位不是必须的，如果有，奇偶位应该在数据位之后，停止位之前)。

图1异步通信数据格式

(1)起始位:起始位必须是持续一位的逻辑0电平，标志着一个字符传输的开始。接收方可以使用起始位来使其接收时钟与发送方的数据同步。

(2)数据位:数据位是紧随起始位之后的通信中真正有效的信息。数据位数可由双方约定，一般为5、7或8位。标准ASCII码为0~127(7位)，扩展ASCII码为0~255(8位)。传输数据时，先传输字符的低位，再传输字符的高位。

(3)奇偶校验位:奇偶校验位只占一位，用于奇偶校验。奇偶校验位不是必需的。如果是奇数奇偶校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶数校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。

例如，假设发送的数据位是01001100。如果是奇校验，奇校验位为0(确保总共有奇)，如果是偶校验，偶校验位为1(确保总共有偶)。

可以看出，奇偶校验位只是简单地为数据设置逻辑高位或逻辑低位，并不对数据做出实质性的判断。这样做的好处是接收设备可以知道一个比特的状态，并且可以判断噪声是否干扰通信以及传输的数据是否同步。

(4)停止位:停止位可以是1位、1.5位或2位，可通过软件设置。它必须是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。

(5)空Idle bit:空Idle bit是指一个字符停止位的结束和下一个字符的开始，表示该行处于空空闲状态，必须用高电平填充。

1.2.2异步通信的数据发送过程

知道异步通信的数据格式后，就可以按照指定的数据格式发送数据了。发送数据的具体步骤如下:

(1)初始化后或没有数据要发送时，发送方输出逻辑1，可以有任意数量的空空闲位。

(2)当需要发送数据时，发送方首先输出逻辑0作为起始位。

(3)然后，可以输出数据位。发送方首先输出最低位D0，然后输出D1，最后输出最高位。

(4)如果提供了奇偶校验位，则发送方输出校验位。

(5)最后，发送方输出一个停止位(逻辑1)。

(6)如果没有信息要发送，发送方输出逻辑1(空 idle位)，如果有信息要发送，则转到步骤(2)。

1.2.3异步通信的数据接收过程

在异步通信中，接收端由接收时钟和波特率因子决定每一位的时间长度。以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期移位接收移位寄存器一次)为例。

(1)开始通信，信号线空空闲(逻辑1)。当检测到从1到0的跳变时，开始计数接收时钟。

(2)当计数到8个时钟时，检测到输入信号。如果仍然处于低电平，则确认是起始位，而不是干扰信号。

(3)接收端检测到起始位后，每隔16个接收时钟检测一次输入信号，将对应值作为D0位数据。

(4)每16个接收时钟检查一次输入信号，并使用相应的值作为D1位数据，直到所有数据位都被输入。

(5)检查奇偶校验位。

(6)在接收到指定数量的数据位和校验位之后，通信接口电路希望接收停止位(逻辑1)。如果此时没有接收到逻辑1，则意味着发生了错误，并且在状态寄存器中设置“帧错误”标志；如果没有错误，将对所有数据位进行奇偶校验。如果没有错误，数据位将从移位寄存器中取出，并发送到数据输入寄存器。如果有错误，则在状态寄存器中设置“奇偶校验错误”标志。

(7)接收到本帧的所有信息后，取线路上出现的高电平作为空空闲位。

(8)当信号再次变低时，开始下一帧的检测。

这就是异步通信中发送和接收数据的整个过程。

1.3几个概念

为了更好地理解串行通信，我们还需要了解串行通信的一些基本概念。

(1)发送时钟:发送数据时，先将待发送的数据送入移位寄存器，然后在发送时钟的控制下逐位输出并行数据。

(2)接收时钟:接收串行数据时，接收时钟的上升沿对接收到的数据进行采样，检测数据位，移入接收器的移位寄存器，最终形成并行数据输出。

(3)波特率因子:波特率因子是指发送或接收一个数据位所需的时钟脉冲数。

2.串行连接器

常用的串口连接器有两种，一种是9针串口(简称DB-9)，一种是25针串口(简称DB-25)。连接器有公连接器和母连接器两种，其中针形连接器为公连接器，孔形连接器为母连接器。9引脚串行端口的外观如图2所示。

图2 DB-9外部视图

从图2可以看出，在9针串行连接器中，公母连接器的引脚定义顺序不同，需要特别注意。那么，这些引脚的作用是什么呢？9针串口和25针串口常用引脚的功能描述如图3所示。

图3 9针串口和25针串口常用引脚功能描述

3.RS-232C标准

常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422、RS-423和RS-485。其中，RS-232C作为串行通信接口的电气标准，定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间逐位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在国际上得到广泛应用。

3.1电气特性

RS-232C规定了电气特性、逻辑电平和各种信号功能，如下所示:

在TXD和RXD数据线上:

(1)逻辑1是-3 ~-15 V的电压。

(2)逻辑0是3 ~ 15 V的电压。

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线路上:

(1)信号在3 ~ 15 V的电压下有效(ON状态)

(2)无效信号(OFF状态)为-3 ~-15 V的电压。

可以看出，RS-232C用正负电压来表示逻辑状态，这与晶体管-晶体管逻辑集成电路(TTL)用高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。

3.2信号线的分布

RS-232C标准接口有25条线，包括4条数据线、11条控制线、3条定时线和7条备用和未定义线。那么，这些信号线是如何分布在9针串口和25针串口的管脚上的呢？9引脚串行端口和25引脚串行端口信号线的分布如图4所示。

图4 9针串口和25针串口信号线分布示意图

下面简单介绍一下这些信号线。

(1)数据设备就绪(DSR)，有效状态(开)表示数据通信设备处于可用状态。

(2)数据终端就绪(DTR)，有效状态(开)表示数据终端设备处于可用状态。

这两个设备状态信号有效，只说明设备本身可用，不代表通信链路可以开始通信。能否开始通信取决于以下控制信号。

(3)请求发送(RTS)用于指示数据终端设备(DTE)请求数据通信设备(DCE)发送数据。

(4)发送许可(CTS)，用于表示数据通信设备(DCE)已经准备好数据，可以向数据终端设备(DTE)发送数据，是对请求发送信号RTS的响应。

请求发送(RTS)和允许发送(CTS)用于半双工通信系统。在全双工系统中，不需要使用请求发送(RTS)和允许发送(CTS)信号，只需打开它们。

(5)数据载波检测(DCD)用于指示数据通信设备(DCE)已连接通信链路，并通知数据终端设备(DTE)已准备好接收数据。

(6)振铃指示(RI)，当数据通信设备接收到交换机发送的振铃呼叫信号时，使该信号有效(on)以通知终端它已被呼叫。

(7)发送数据(TXD)，数据终端设备(DTE)通过它向数据通信设备(DCE)发送串行数据。

(8)接收信号(RXD)，数据终端设备(DTE)通过它接收数据通信设备(DCE)发送的串行数据。

(9)接地线(SG、PG)分别指信号地和保护地的信号线。

评论98

请先登录评论~

评论

赞渝子桥东

请问如何区分数据的结束，什么时候到达停止位，不会被认为一直接收高电平1？

回复·2019年7月16日查看全部 3 条回复赞超级农场

男头，女头反了！

回复·2019年7月16日查看全部 1 条回复1Airboat

标记

回复·2019年7月16日

本文（串口通信，串口通信模块）到此讲解完毕了，希望对大家有帮助。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！