通用异步串行通讯接口一般应用方法.doc

1、通用异步串行通讯接口一般应用方法通用异步串行通讯（UART，以下简称：串口通讯），是一般嵌入式工程控制系统中使用非常普遍的一种通讯方式，又主要是以 TTL 电平、RS232、RS485 或 RS422 总线方式为最多。所以，一般从事工控行业的 IT 工程师，需撑握串口通讯的一般应用方法，包括接口总线的硬件及通讯协议的软件。但还是有不少的工程师对此不了解，因此该技术文章对串口通讯应用相关的硬件及软件进行一些描述。串口设备在一般的 PC 机、单片机、ARM 处理器等常用的 CPU 都有，且有些芯片多达好几个串口。串口通讯是按“字节”进行数据传输，每一个字节的传输由这几个位元素组成：起始位、数据位、

2、校验位、停止位。其中，数据位由应用程序填装，校验位是通过应用程序设置相应的控制寄存器设置，为可选位。设置好校验并填装好要发送的数据后，串口控制器会自动生成数据通讯的波形。因此在通讯波形中就会根据校验设置，增加或不增加校验波形时钟。串口通讯的时序如下所示： 空闲：通讯线上没有任何数据在通讯，这时通讯电平为高电平（均以 TTL 进行说明） 起始位：通讯电平由高电平变为低电平，表示开始 数据位：开始位以后，接就是数据位，且低位在前，高位在后。（根据不同的控制器，通讯位可设置为 7 位、 8 位、9 位，具体的要视应用而确定） 校验位：根据数据位的高电平个数及校验设置要求，在该位出现一个高电平或低电平

3、 停止位：通讯电平由低电平变为高电平后且通讯位数据位已达到指定个数，则表示停止通讯。串口通讯的各通讯电平距离说明：TTL：最长安全通讯距离视控制器而定，一般不要超过 30cmRS232：最长安全通讯距离不要超过 2MRS485/RS422：最长安全通讯距离不能超过 1KM如果两个通讯设备在同一个 PCB 基板或很近的两个板卡之间，可以使用TTL 电平进行通讯，如同一机箱内的两个单片机微控制系统。如果两个通讯设备相距很近，但没有在同一系统中，可以使用 RS232 进行通讯，如控制系统与 PC 机之间。如两个通讯设备之间距离非常远，则必须使用 RS485 或 RS422 方式进行通讯，如室外环境控

4、制与检测设备与控制室的服务器或管理器之间的通讯。串口通讯的基本硬件连接方式：TTL 连接：RS232 连接：RS485 连接：RS422 连接：电路连接说明：使用 TTL 或 RS232 进行串口通讯时，需要共地处理，即两个系统的地线需要连接在一起，且最好想办法尽可能减小信号线受到外界的干扰，以保证通讯的可靠。由于 RS482 和 RS422 使用的是差分信号进行通讯，所以不需要也没必要共地。但是，由于 RS485 和 RS422 的通讯距离比较长，因此受到外界环境的共模干扰信号也比较严重，特别是冲击波类型的信号，因此，在 RS485 和RS422 的通讯线一定要使用双绞线，且连接线的最端口位

5、置，需要增加 TVS、放电管等对冲击脉冲信号及弱小雷电信号的过滤，对 RS485 和 RS422 驱动芯片进行保护。由于使用这种通讯方式的特殊性，因此有必要将通讯驱动部份与系统部份隔离，典型的隔离方法就是使用光电隔离。串口通讯应用软件：无论使用 TTL、RS232、RS485 、RS422，都需要应用软件对通讯数据进行打包、发送、数据接收、组装、解析，都需要针对自己的应用，编排有利于自己的数据包格式及协议。通常情况下，会相对地设置通讯主机及从机。如远程数据采集系统的应用中，数据服务器是主机，数据采集终端为从机。通讯主机主动发出数据请求，从机等待并接收到有效数据或指令后进行相应处理或回应。因此数

6、据发送过程及数据接收过程则成了串口通讯编程中的重要工作。对于大多数应用中，可以按如下的编程思路：数据发送：准备工作：需要一个全局的数据发送 BUFF 及发送数据的计数变量，且需要将串口初始化为可使用数据发送状态，关闭串口发送中断。1、 组装要发送的数据，并装入数据发送 BUFF 中，同时统计好数据发送的字节数，放入发送数据的计数变量中。2、 设置并打开串口的发送中断。3、 串口中断服务代码中，检查是否为发送中断。如果是，则检查是否为发送 FIFO 为空，确认后，向串口发送的 FIFO 中放入一定的数据量（该数据量是根据相应的发送 FIFO 数量而定，如 STM32F103，一次只能放一个字节。

7、），同时重新统计要发送的数据个数。如这时发送的数据个数变为 0，表示要发送的数据已发送完毕，则关闭串口的发送中断。数据接收：准备工作：同样，需要一个全局的数据接收 BUFF 及接收到数据总字节数的计数变量，并初始化串口为可接收数据状态，同时打开串口接收中断（如是类似于 WinCE系统，它有一个数据接收线程，即类似于数据接收中断）。1、 当中断产生时，检查是否为数据接收中断状态，如果是，则从控制器的数据接收 BUFF 中读取数据并存入全局的数据接收 BUFF，同时统计接收个数。2、 对当前所接收到的数据或接收到的数据个数进行判断，根据通讯协议的约定，判断本次的数据包是否接收完毕（有些简单的通讯协

8、议，是根据一个特定的字符来进行判断，较为完整点的通讯协议，每一个通讯包可能都有不同的数据长度，这时可以解读数据包中的标识符来判断所接收的数据长度）。如果没有接收完毕，最好是启动一个超时检查定时器（时间一般为 3-5 个字节通讯所花的时间）或重新装载定时器的值，退出中断代码。如接收完毕，则向特定的数据 BUFF 或功能函数发消息，并关闭超时检查定时器。同时清理全局的数据接收 BUFF 及计数变量，为下一个数据包做准备。3、 如果超时检查定时器产生中断，则说明通讯数据出了错，这时需要清理全局的数据接收 BUFF 及计数变量，为下一个数据包做准备，并关闭定时器。用这种方式进行数据发送的好处就是简单可靠。主要的应用程序中，需要数据发送时，只需要组装好数据并打开发送中断即可，然后数据发送的整个过程，均由中断服务代码完全。在实际代码编写中，数据的接收及处理，要比数据的发送复杂得多！因为在接收数据时，要拼装数据、判断数据是否接收完成、校验数据、解析数据。为了数据的可靠，一般在通讯数据中，都会加入CRC16 校验码。如我们所设计的步进电机控制系统，在通讯数据中包含如下元素：起始数据、指令数据、设备地址、有效数据长度、数据、CRC16 校验码。到此，串口通讯的基本使用方法（硬件、软件）已介绍完，如说得不对或不好，请指正，谢谢。