串口异步通信的接收与发送数据的过程是怎样的

串口通信可以分为哪几种？

串口通信与并口通信有何区别？

串口异步通信的接收与发送数据的过程是怎样的？

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陈佳敏

2021-12-6 14:26:22

STM32单片机通信-串口通信编程实例学习(1)

1.串口通信

串行接口 (Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，占用芯片引脚资源少，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种
单工：数据只能支持在一个方向上传输
半双工：允许数据在两个方向上传输，但是一个时刻内只能允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换反向的单工通信。l
全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信时两个单工通信方式的集合，但是要求发送设备和接收设备都有两个独立的接收和发送能力。
2.与并口通信区别

串口形容一下就是一条车道，假如传输1个字节数据，那么串口需要连续传送8次，至少需要一根信号线。
而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据，自然最少需要8根信号线。
3.通信方式

同步通信：个人理解就是带时钟同步信号传输。例如SPI,IIC通信接口，这种方式时根据系统时钟的触发来保证数据的准确性。
异步通信：不带时钟同步信号，例如 UART(通用异步收发器),单总线,这种通信方式需要收发双方规定通信协议才能保证数据的准确性。
如下图：

通信标准	引脚说明	通信方式	通信方向
UART	TXD:发送端 RXD:接受端 GND:公共地	异步通信	全双工
单总线（1-wire)	DQ:发送/接受端	异步通信	半双工
SPI	SCK:同步时钟 MISO:主机输入，从机输出 MOSI:主机输出，从机输入	同步通信	全双工
I2C	SCL:同步时钟 SDA:数据输入/输出端	同步通信	半双工

4.串口异步通信接收过程

（1）开始通信时，信号线为空闲（一般是高电平1）,当检测到由1到0的跳变时，代表着开始对“接收时钟”计数。
（2）当计数到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”B，而不是干扰信号。
（3）接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1, 作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。(16是从STM32手册中波特率计算公式推导出来)
（4）再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。….，直到全部数据位都输入。
（5）如果设置了校验位，则检测校验位P。
（6）接收到规定的数据位和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。
（7）本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平1作为空闲位。
（8）当信号再次变为低电平0时，开始进入下一幀数据的检测。
5.串口异步通信发送数据过程

发送端以“发送时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。相当于是接收端的数据检测周期。
（1）当串口设备初始化后，或者没有数据需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位。
（2）当需要发送数据时，发送端首先输出逻辑0，作为起始位。
（3）然后发送端首先发送D0位，直到各数据位发送完。
（4）如果需要的话，发送端会输出校验位。
（5）最后，发送端输出停止位（逻辑1）。
（6）如果没有信息需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位，空闲位可以有任意数量。如果还有信息需要发送，转入第（2）步。

总之发送和接收都是以起始电平0开始和结束标志电平1结束。在起始和结束位之间则就是数位奇偶校验位。
起始位、校验位、停止位、空闲位的信号，由“发送移位寄存器”自动插入。在接收方，“接收移位寄存器”接收到一帧完整信息（起始、数据、校验、停止）后，仅把数据的各位送至“数据输入寄存器”，即CPU从“数据输入寄存器”中读得的信息，只是有效数字，不包含起始位、校验位、停止位信息。

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