串口是串口的缩写，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通信方式。
串口根据电气标准和协议进行划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。
在串行通信中，数据在一条宽度为1位的线路上传输。一个字节的数据被分成8次，从低到高逐位传输。
串行通信的数据是逐位传输的，发送方发送的每一位都有固定的时间间隔，这就要求接收方根据发送方相同的时间间隔接收每一位。不仅如此，接收者还必须能够确定信息组的开始和结束。
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
同步数据通信是指发送端和接收端时钟信号的频率和相位在约定的通信速率下始终保持一致（同步），从而确保通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
同步通信将许多字符组成一个信息组（信息帧）。每帧的开头都由同步字符表示。一次只传输一帧信息。在传输数据时，还需要传输时钟信号，以便接收机可以使用时钟信号来确定每个信息位。
同步通信的优点是传输的信息比特数几乎是无限的。在一次通信中传输的数据有几十到数千字节，通信效率很高。同步通信的缺点是，在通信中需要始终保持准确的同步时钟，即发送时钟和接收时钟应严格同步（通常的做法是两个设备使用相同的时钟源）。
在随后的串行通信和编程中，只讨论异步通信模式，因此这里不太描述同步通信。
1.2串行异步通信
异步通信（async:Asynchronousdatacommunication）也称为启停异步通信，以字符形式传输。字符之间没有固定的时间间隔要求，每个字符中的每一位都在固定时间内传输。
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的起始位和终止位来实现的。具体来说，在正式发送有效字符之前，发送器首先发送一个起始位，然后发送一个有效字符位，然后在字符末尾发送一个停止位。从起始位到停止位形成一个框架。在停止位和下一个开始位之间是一个长度可变的自由位，开始位被指定为低电平（逻辑值为0），停止位和自由位都是高电平（逻辑值为1），这确保在开始位的开头有下一跳边，以标记字符传输的开始。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。这两个时钟源彼此独立，可以彼此异步。
下面简要介绍异步通信的数据发送和接收过程。
1.2.1异步通信的数据格式
在介绍异步通信的数据发送和接收过程之前，有必要了解异步通信的数据格式。
异步通信传输指定的数据格式由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，如图1所示（本图中不画奇偶校验位，因为奇偶校验位不是必需的。如果有奇偶校验位，奇偶校验位应该在数据位之后，停止位之前）。
（1）起始位：起始位必须是持续一位的逻辑0级，标志着字符传输的开始。接收器可以使用起始位将其接收时钟与发送方的数据同步。
（2）数据位：数据位在起始位之后，是通信中真正有效的信息。数据位数可由通信双方商定。通常，它可以是5位、7位或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，首先传输字符的低位，然后传输字符的高位。
（3）奇偶校验位：奇偶校验只使用一个奇偶校验位。奇偶校验位不是必需的。在奇数检查的情况下，必须确保传输的数据总共有奇数个逻辑高位；在偶数奇偶校验的情况下，有必要确保传输数据的逻辑高位总数为偶数。
例如，假设传输的数据位为01001100。如果是奇数检查，则奇数检查位为0（以确保奇数总数），如果是偶数检查，则偶数检查位为1（以确保偶数总数）。
可以看出，奇偶校验位只是简单地设置数据的逻辑高或逻辑低，不会对数据做出实质性的判断。这样做的优点是，接收设备可以知道比特的状态，并且可以判断是否存在干扰通信的噪声，以及发送的数据是否同步。
（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级，标志着传输字符的结束。
（5）空闲位：空闲位是指一个字符的停止位结束到下一个字符的开始位，表示该行处于空闲状态，必须由高电平填充。
异步数据传输过程
了解异步通信的数据格式后，可以按照指定的数据格式发送数据。发送数据的具体步骤如下：
（1）初始化后或无数据发送时，发送端输出逻辑1，可以有任意数量的空闲位。
（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）然后就可以开始输出数据位了。发送器首先输出数据的最低位d0，然后输出D1，最后输出数据的最高位。
（4）如果设置了奇偶校验位，发送方输出校验位。
（5）最后，发送器输出停止位（逻辑1）。
（6）如果没有要发送的信息，发送器输出逻辑1（空闲位）。如果有信息要发送，请转至步骤（2）。
1.2.3异步通信的数据接收过程
在异步通信中，接收器通过接收时钟和波特率因子来确定每一位的时间长度。以下以波特率系数等于16（接收时钟每16个时钟周期将接收移位寄存器移位一次）为例。
（1）开始沟通。信号线空闲（逻辑1）。当检测到从1跳到0时，开始计算接收时钟。
（2）计数8个时钟时，检测输入信号。如果仍然很低，确认这是起始位而不是干扰信号。
（3）接收端检测到起始位后，每16个接收时钟检测一次输入信号，并将相应的值作为d0位数据。
（4）每16个接收时钟检测一次输入信号，并将相应的值作为D1位数据，直到所有数据位都被输入。
（5）奇偶校验位。
（6）在接收到指定数量的数据位和检查位后，通信接口电路希望接收停止位（逻辑1）。如果此时未收到逻辑1，则表明发生了错误，并在状态寄存器中设置“帧错误”标志；如果没有错误，奇偶校验所有数据位。如果没有检查错误，则从移位寄存器中取出数据位，并将其发送到数据输入寄存器。如果检查错误，请在状态寄存器中设置“奇偶校验错误”标志。
（7）接收到此帧的所有信息后，将线路上的高电平作为空闲位。
（8）当信号再次变低时，它开始进入下一帧的检测。
以上是异步通信中数据发送和接收的全过程。
1.3几个概念
为了更好地理解串行通信，我们还需要理解串行通信的几个基本概念。
（1）发送时钟：在发送数据时，首先将要发送的数据发送到移位寄存器，然后在发送时钟的控制下逐位移位并行数据。
（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，将其移动到接收器的移位寄存器中，最终形成并行数据输出。
（3）波特率系数：波特率系数指发送或接收1个数据位所需的时钟脉冲数。
有两种常用的串行端口连接器，一种是9针串行端口（DB-9），另一种是25针串行端口（DB-25）。每种关节可分为公关节和母关节，其中针形关节为公关节，孔形关节为母关节。
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）与数据通信设备（DCE）之间通过位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电信号和机械要求，并在世界各地得到广泛应用。
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~-15V的电压
（2）逻辑0是3~15V的电压
在RTs、CTS、DSR、DTR、DCD和其他控制线路上：
（1）有效信号（开启状态）为3~15V的电压
（2）信号无效（关闭状态）电压为-3~-15V
可以看出，RS-232C使用正电压和负电压来表示逻辑状态，这与晶体管逻辑集成电路（TTL）表示高电平和低电平逻辑状态的规定相反。
3.2信号线分布
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配到9针串行端口和25针串行端口的引脚上的呢？
以下是对这些信号线的简要介绍。
（1）数据设备就绪（DSR），有效状态（on）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（on）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，仅表示设备本身可用，并不意味着通信链路可以开始通信。是否启动通信取决于以下一些控制信号。
（3）发送请求（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）它是终端准备好发送数据（DTE）以响应通信请求（DTE）的信号，指示终端准备好发送数据（DCE）。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，它们可以直接设置为on。
（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）准备接收数据。
（6）振铃指示（RI）：当数据通信设备收到交换机发送的振铃呼叫信号时，使信号生效（on），并通知终端已被呼叫。
（7）传输数据（TXD），数据终端设备（DTE）通过信号线向数据通信设备（DCE）传输串行数据。
（8）接收信号（RXD），数据终端设备（DTE）通过信号线接收数据通信设备（DCE）发送的串行数据。
（9）地线（SG和PG）分别代表信号接地和保护接地信号线。
最新评论