【程序设计-底层设计-串口通信-底层交互-一些定义-嵌入式学习-自己思考（1）】

1、概述

在底层软件，或者mcu端，自己工作并没有做很多年，但是通过自己的一些学习，希望总结出一些通用的知识，这些解释我不写出来，你只要多年工作，也能有大致感觉，但这样太漫长了，对新手有些不友好。

不像某个芯片的技术手册，你只要上网，基本都能查到，软件设计和底层交换协议是一种内化的功夫，如果可能，一个工程师不应该去讲，因为这是他通过很多年摸索出来的，但是这种不清不楚的东西，有些像“软技能”，你求职时候，无法直接体现出来，但这也是真功夫。

本博客我想说说有关底层交互协议，特别指串口这块，硬件交互协议设计方向，自己的一点所学所感。

2、环境说明

这块需要看情况，本篇是用协议讲解篇，后续想设计一份代码。用以实现协议。

系统：win10
硬件：SMT32H743II

3、学习部分-底层硬件

1、当我们说：底层串口-TX&RT，我们在说什么

当我们说低等串口或者 TX或者RX的时候。
大部分时候我们默认说的是，UART串口通信，如下是一些定义的东西，我们在聊串口的时候，默认有些知识是知道的，如果你忘了，以下我们一起复习下，定义的这类东西，不需要你逐字逐句背诵，大概了解就可以，忘记了就查查。

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种常见的串口通信方式，通常用于嵌入式系统中，当然也有叫UASRT，是稍微有些区别的。UART通信通过以下信号线进行数据传输：

1. TX: 发送数据。
2. RX: 接收数据。
3. GND: 地线，提供公共参考电平。

其中着重注意GND的重要性，实际调试过程中，很容易忘记共地，倒是收到数据有问题，或者就不通。

（1）uart（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发传输器

特点：

1. 异步通信: UART仅支持异步通信，这意味着在传输数据时不需要时钟信号同步。
2. 波特率: 发送和接收设备必须事先约定好波特率，波特率决定了数据传输速度。
3. 数据格式: 典型的数据格式包括一个起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位。

工作原理：

• 起始位: 表示数据帧的开始，通常为低电平。
• 数据位: 实际传输的数据，通常为7或8位。
• 奇偶校验位: 用于错误检测的可选位。
• 停止位: 表示数据帧的结束，通常为高电平

应用：

• 用于低成本、低速串行通信，如微控制器与传感器、模块之间的通信

（2）usart（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发传输器

特点：

1. 同步和异步通信: USART可以支持同步通信和异步通信。
2. 同步通信: 在同步模式下，发送和接收设备使用一个共同的时钟信号进行数据传输，这种方式下可以达到更高的传输速度和精确的时序控制。
3. 异步通信: 类似于UART，USART在异步模式下不需要时钟信号同步。
4. 灵活性: USART比UART更加灵活，适用于更多类型的应用。

工作原理：

• 同步模式: 发送和接收设备共享一个时钟信号，这个时钟信号可以是外部提供的或者内部生成的。数据在时钟信号的上升沿或下降沿进行传输。
• 异步模式: 与UART相同，使用起始位、数据位、校验位和停止位进行数据传输。

应用：

• 用于需要更高传输速度和精确时序控制的场合，如工业自动化、通信设备等。

（3）举例-底层看波形

这里需要说明的是，自己没有使用过usart的同步模式，没有使用过带有时钟这种，反而uart这种经常使用，这里使用逻辑分析仪的一张图片说明下，串口数据是怎么被识别，并且各种（起始位、数据位、校验位和停止位）是怎么回事。

如下图，一般串口软件，都会带有如下设置，（起始位、数据位、校验位和停止位），在开始自己为新手的时候，其实不知道是怎么回事，反正最后数据对了就无所谓了。暂时不需要了解硬件如何实现也行，但是随着深入，应该都需要了解的。

如下图使用逻辑分析仪抓的一个波形。这块的好处就是他都给你标记好了，一幕了然。

1. 因为校验位我们一般不设置，或者设置“NONE”。所以这里没有校验位。
2. 开始位我们发现，和很多设计类似，都是拉低一段时间，告诉单片机开始了。
3. 停止位就是拉高一段时间，再放下，告诉单片机结束了
4. 在特定波特率下，每一位时间都是固定的，像都是1和1挨着，长度超了，像数据位这样，是连续的话，默认挨着这两位都是1，或者都是0，自动分块。

因为通信前协议波特率和各种位都是定好的，硬件自动帮你划分。

那么接下来，就是，硬件如何知道这段数据位8为，是什么数呢，逻辑分析仪器已经告诉你了，但你也需要知道为什么是这个数0x67，因为传输时，是小端模式，即小位在前，即bit0在第一位，顺次位bit1，直到bit7。如下图，

所以在计算器上，你要反过来输入。倒这输入，就可以得到0x67这个十六进制的数了。

2、当我们说：RS485，我们在说什么

当我们说485是一般是指差分信号的RS-485,并且多为半双工两条线A和B，即同一时间，在这条总线上，只能有一个设备发送或接受数据。主要用于工业和商业应用中的数据传输。它因其长距离、高速和多点通信能力而受到广泛欢迎。
参考链接：https://zh.wikipedia.org/wiki/EIA-485

其中终端电阻很重要，如果电阻不是特别匹配位120欧，通信很有可能出问题。

（1）485全称TIA/EIA-485-A

特点：

1. 差分信号传输:RS-485使用差分信号传输，意味着数据通过两条线（A和B）传输。信号通过两条线的电压差来表示，高抗干扰能力使其适用于噪声环境，另外485的线有个特点，一般是双绞线，两个绕在一起的，这样差分信号可以更好地抵抗电磁干扰（EMI），提供更可靠的通信
2. 多点通信:RS-485支持多点通信，即同一总线上可以连接多个设备（最多32个设备），这使其非常适合分布式系统。
3. 长距离传输:RS-485支持长距离数据传输，理论上可以达到4000英尺（约1200米），具体距离取决于数据传输速率和电缆质量。这块自己实际应用都不是很长，没有实际测试过。
4. 高速传输:RS-485可以支持高达10 Mbps的传输速率，但速率和距离成反比关系：距离越远，速率越低。这块也是，一般都是串口波特率115200左右。

工作原理：

1. 差分对: 数据通过两条线（A和B）传输。A和B之间的电压差决定了逻辑电平
   这块需要注意的时候，从定义上，来说是比信号高低。

如果A > B，则表示逻辑1。
如果A < B，则表示逻辑0。

3. 全双工和半双工: RS-485可以工作在全双工（同时发送和接收）或半双工（发送和接收分时进行）模式下。

全双工: 需要四条线，两条用于发送，两条用于接收。
半双工: 需要两条线，发送和接收共享同一对差分线。

接线方式：
（1）两线制

设备A     设备B     设备C
--------  --------  --------
A -------- A -------- A
B -------- B -------- B

（2）四线制

发送线A  设备A TX+ 设备B RX+
发送线B  设备A TX- 设备B RX-
接收线A  设备A RX+ 设备B TX+
接收线B  设备A RX- 设备B TX-

应用：

1. 工业自动化:RS-485广泛用于PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等工业设备的通信。
2. 楼宇自动化:用于楼宇控制系统中的HVAC（供暖、通风和空调）、照明控制、安全系统等。
3. 计算机和外设:RS-485用于计算机与外部设备之间的数据通信，如POS（销售点）系统、远程数据采集等。
4. 能源管理:在能源管理系统中用于智能电表、能源计量设备等。

（2）举例-底层示例波形

查到的维基百科也有波形示例，如下图所示。

3、当我们说：422通信，我们在说什么

一般来说，它和RS485真的很像，不特指的情况下，一般是4线制度。RS-422是一种串行通信标准，常用于需要长距离和高可靠性数据传输的应用。它在物理层上与RS-485有很多相似之处，但在一些特性和应用上有所不同。
参考链接：https://zh.wikipedia.org/wiki/EIA-422

（1）422全称TIA/EIA-422-A

特点：

1. 差分信号传输:RS-422使用差分信号传输，与RS-485类似，通过两条线（A和B）传输数据，具有高抗干扰能力。
2. 区别：点对多点通信:RS-422支持点对多点通信，即一个发送设备（驱动器）可以连接多个接收设备（接收器），最多可以连接10个接收器。但RS-422不支持多驱动器通信，即不能有多个发送设备在同一总线上
3. 长距离传输:RS-422支持长距离传输，理论上传输距离可达4000英尺（约1200米），具体距离取决于传输速率和电缆质量
4. 高速传输:RS-422可以支持高达10 Mbps的传输速率，但速率和距离成反比关系：距离越远，速率越低。

工作原理：

1. 差分对: 数据通过两条线（A和B）传输。A和B之间的电压差决定了逻辑电平
2. 单向通信: RS-422通常用于单向通信，一个发送设备发送数据，多个接收设备接收数据。

如果A > B，则表示逻辑1。
如果A < B，则表示逻辑0。

接线方式：

发送线A  设备A TX+ 设备B RX+
发送线B  设备A TX- 设备B RX-
接收线A  设备A RX+ 设备B TX+
接收线B  设备A RX- 设备B TX-

（2）RS422 与 RS485比较

4、当我们说：TTL电平，我们在说什么

TTL（Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）电平是一种用于数字电路的电压标准，它在数字电路和通信中非常常见，TTL电平标准定义了数字信号的高电平（逻辑1）和低电平（逻辑0）的电压范围。。

简单说它是一个标准，定义了一些东西。

不一定准确，但是你大体上可以将一个电平为1.8V以下的电压，认为是数字0.高于这个的认为是数字1.

以下是一些应用和电平比较

4、总结说明

原本想简单说说，然后弄协议的，没想到已经4千多字了，没关系，我们慢慢来，期待接下来的文章，我们一步步来。

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_22146161/article/details/140543034

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