串行通信接口

杨海马

串行通信的优点

1. 只需要一条通信信道，电路简单，成本低廉，容易实现。并行通信通信信道较多，电路复杂。

2. 速度快。并行通信由于信道之间的干扰强，而且在产生出错数据后需要全部重发，而串行通信在数据出错的情况下只需重发出错位，因此串行通信的速度要快于并行通信。

3. 串行通信支持数据的异步传输，并行通信对数传设备和接收设备的同步性要求很高，不利于计算机同外围设备的通信。

因此计算机与外围设备的通信基本上采用串行传输。

串口座

串行通信接口

按电气标准及协议来分包括： RS-232-C、 RS-

422、 RS485、 USB， RJ45 等。 RS-232-C、 RS-422与 RS-485 标准

只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。 USB 是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。

RS-232-C

也称标准串口，是目前最常用的一种串行通讯接口。 它是在 1970 年由美国电子工业协会（ EIA ）联合贝

尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。

全名是“数据终端设备（ DTE ）和数据通讯设备（ DCE ）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的 RS-232-C 接口标准有 22 根线，采用标准25芯 D 型插头座。后来的 PC 上使用简化了的 9芯D 型插座。

现在的电脑一般有两个串行口： COM1和 COM2 。有很多手机数据线或者接收器件都采用 COM 口与计算机相连。

RS-422

为改进 RS-232 通信距离短、速率低的缺点， RS-422 定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到 10Mb/s ，传输距离延长到 4000 英尺（速率低于100kb/s 时），并允许在一条平衡总线上连接最多 10 个接收器。 RS-422 是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为 TIA/EIA-422-A标准。

RS-485

为扩展应用范围， EIA 又于 1983 年在RS-422 基础上制定了 RS-485 标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A 标准。

串行通信基础

随着多机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。

通信有并行通信和串行通信两种方式。在多机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。

计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送 。

接收设备

发送设备

询问

应答

10101100

8位同时传送

并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。

串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。

串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。

接收设备

发送设备

8位顺次传送

D0 D7

串行通信的基本概念

异步通信与同步通信1 、异步通信

异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。

11100110010100100 1

发送设备

接收设备

101001000 1 111001100 1

间隙任意

异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。

2 、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。

计算机乙

计算机甲

0 1 1 0 1数据

时钟

计算机乙

计算机甲

0 1 1 0 1数据

时钟

+数据 时钟

串行通信接口标准

一、 RS-232C 接口 RS-232C是 EIA （美国电子工业协会） 1969 年修订 RS-232C 标准。 RS-232C 定义了数据终端设备（ DTE ）与数据通信设备（ DCE ）之间的物理接口标准。

1 、机械特性RS-232C 接口规定使用 25针连接器，连接器的尺寸及每

个插针的排列位置都有明确的定义。（阳头）

96

51

2514

131

计算机乙

计算机甲

TXD TXD

RXD RXD 计算机乙

计算机甲

TXD TXDRXD RXD45620

45620

近程通信连接

采用 RS-232C 接口存在的问题1 、传输距离短，传输速率低 RS-232C 总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过 15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为 20Kbps 。2 、有电平偏移 RS-232C 总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。3 、抗干扰能力差 RS-232C 在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比， RS-232C 总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。

RS-485 接口

RS-485是 RS-422A 的变型： RS-422A 用于全双工，而 RS-485则用于半双工。 RS-485是一种多发送器标准，在通信线路上最多可以使用 32 对差分驱动器 / 接收器。如果在一个网络中连接的设备超过 32 个，还可以使用中继器。

RS-485 的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑 1 和逻辑 0 。由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达 1200米，传输速率可达 1Mbps 。

RS-485 是一点对多点的通信接口，一般采用双绞线的结构。普通的 PC 机一般不带RS485 接口，因此要使用 RS-232C/RS-485转换器。对于单片机可以通过芯片MAX485 来完成 TTL/RS-485 的电平转换。在计算机和单片机组成的 RS-485 通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机为普通的 PC 机，负责监视下位机的运行状态，并对其状态信息进行集中处理，以图文方式显示下位机的工作状态以及工业现场被控设备的工作状况。系统中各节点（包括上位机）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。

8051 的串行口

1≥

SBUF

发送控制器

接收控制器

移位寄存器

控制门

TI

RI

A

TXD

RXD

去串口中断

SMOD0

1

TH1 TL1

÷2÷16

SBUF

T1溢出率

有两个物理上独立的接收、发送缓冲器 SBUF ，它们占用同一地址 99H ；接收器是双缓冲结构 ；发送缓冲器，因为发送时 CPU 是主动的，不会产生重叠错误。

电平转换

89S52 89S52

通过MAX232 实现 RS-232C 电平转换

MAX232管脚说明

①C1+、 C1-、 C2+、 C2- 是外接电容端； ②R1IN、 R2IN则是 2路 RS-232C 电平信号接

收输入端； ③R1OUT、 R2OUT是 2 路转换后的 TTL 电平

接收信号输出端，送 80S52的 RxD 接收端； ④T1IN、 T2IN是 2路 TTL 电平发送输入端，接 80S52的 TxD 发送端；

⑤T1OUT、 T2OUT是 2 路转换后的发送 RS-232C 电平信号输出端，接传输线；

⑥V+经电容接电源十 5V； ⑦V-经电容接地。

PC 机单片机串行通信电路

AT89S52

TXD

RXDGND

C1+

C1-

C2+

C2-

+

+

C1

C2

T1in T1out

R1inR1out

V

GND

VCC

V+

MAX232

+

+

C3

C5

C4

+5 V

GND

TXD

RS232

RXD

IBM-PC

2. 信号接口

引脚 信号名 功 能1 DCD 载波检测2 RXD 接收数据3 TXD 发送数据

4 DTR数据终端准备就绪

5 GND 信号地线6 DSR 数据准备完成7 RTS 发送请求8 CTS 发送清除9 RI 振铃指示

串口的作用

用在 STM32 板子和 PC 机通信的。我们调试的时候，无法知道是否正确，就可以用 STM32 的 cpu ，给串口输出一些信息给 PC ，我们通过屏幕（实际上是终端串口软件），可以看到这些信息，从而知道当前程序的错误可能出现的位置。当然，也可以在 PC 的键盘敲打命令，让串口帮传递给 STM32板子，来执行这些命令。

很多书籍或者教程，在介绍串口的时候，总会先介绍 UART 的功能多么强大。

功能强大，可以红外，可以流控，那跟我有啥关系？我只要让串口成为我的工具即可。我们对串口编程，熟悉串口，只是想利用串口来调试信息等。

串口到底如何工作的？

一般有两种方式：查询和中断。 （ 1 ）查询：串口程序不断地循环查询，看看当前有没有数据要它传送。如果有，就帮助传送（可以从 PC 到 STM32 板子，也可以从 STM32 板子到 PC ）。

（ 2 ）中断：平时串口只要打开中断即可。如果发现有一个中断来，则意味着要它帮助传输数据——它就马上进行数据的传送。同样，可以从 PC 到 STM32板子，也可以从STM32 板子到 PC 。

3 、如何通过编程，让串口工作在查询或中断方式下？

SP3232EEN 芯片能帮助把数据信号转换成电脑 232 接口能识别的信号。其转换是自动进行的。因此，我们只需要把要发送的数据送给引脚 PA9 ，然后再串口座的引脚 3 上去接收数据即可。反之，接收数据也是一样。

为啥使用 PA9 和 PA10？下载 STM32 的 datasheet 文档后，在

GPIO 的复用功能章节，即可找到原因：原来这两个引脚是 USART 复用的