一文读懂串口（波形分析、起始位、数据位、停止位、空闲位）
一文读懂串口（波形分析、起始位、数据位、停止位、空闲位）
串口
一、串口（串行接口）
概念：串行接口（英文：Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送，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。
特点：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。
优点：通信线路简单，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。
分类：串口分为同步串行接口和异步串行接口
- 同步串行接口（英文：SynchronousSerialInterface，SSI），即通信双方共用一个时钟，是一种常用的工业用通信接口。
- 异步串行接口（英文：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART），通信双方通过使用相同的波特率来实现同步，采用固定的通信格式，数据以相同的帧格式进行传送，这里我们主要讨论异步串行接口。
二、异步串口（以下统称串口）
串口有TTL和RS232两种电平，它们的具体区别是：
电平 | TTL | RS232 |
|---|---|---|
输出低电平 | Lo <= 0.8V | +3V <= Lo <= +15V |
输出高电平 | Ho >= 2.4V | -15V <= Ho <= -3V |
输入低电平 | Li <= 1.2V | +3V <= Li <= +15V |
输入高电平 | Hi >= 2.0V | -15V <= Hi <= -3V |
三、重要参数
1、波特率
串口通信最重要的是波特率，它实现了通信双方的时序同步。
波特（Baud）即调制速率，指的是有效数据讯号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。
波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数，它是对符号传输速率的一种度量，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，1波特即指每秒传输1个符号。常用的波特率为：115200 、9600。
2、报文格式
串口的报文数据由：
起始位（1bit）+数据位（58bit）+奇偶校验位（1bit）+停止位（11.5bit）
2.1、起始位
在发送有效数据前，无需配置，会自动产生1bit逻辑“0”的低电平的起始位,表示串口数据传输开始，之后开始发送有效数据。
2.2、数据位
数据位，决定了通信过程中传输的有效数据位数，数据位通常有5、6、7 、8 bit，需要根据需要进行相应的配置，这里我选择8位字长。还需要注意的是有效数据在报文中的存放顺序是以LSB还是以MSB进行存放，这里我的是LSB，
2.3、奇偶校验位
奇偶校验位，因为在通信过程中易受到外部干扰而导致数据出现偏差，所以在有效数据之后增加了校验位来解决这个问题，校验方式需要配置，校验方式有奇校验、偶校验、0校验和1校验：
- 奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数；
- 偶校验则要求有效数据和校验位中“1”的个数为偶数；
- 0校验位则是校验位始终为0，在收到报文后，检测校验位是否为0；
- 1校验则是校验位始终为1，在收到报文后，检测校验位是否为1；
0校验和1校验过于简陋，不建议使用，这里我选择不使用奇偶校验。
2.4、停止位
停止位，停止位是一帧数据结束的标志，可以是1bit、1.5bit或者2bit逻辑“1”高电平，需要根据自己需求配置，每一个设备都有自己的时钟，在传输过程中可能出现了小小的不同步，停止位不仅仅表示传输的结束，并且提供了校正时钟同步的机会。这里我选择1bit停止位。
2.5、空闲位
空闲位不算是串口报文内的数据, 它是发送完一组报文后，总线会自动将电平拉高，产生1bit逻辑“1”的空闲位
四、波形
1、具体连接
调节示波器触发方式为上升沿触发后，将程序烧入开发板，连接板子Tx端（PA）与GND 进行测试。
2、波形分析
以下串口配置我选择了
- 8bit 的数据位
- 无奇偶校验位
- 1bit 的停止位
2.1 发送1报文
- 首先是1bit 的起始位，则报文为： 0；
- 发送1， 8bit有效数据即为： 0000 0001 又因为是小端字节序（ 英文：little endian）所以在报文中的实际存储为：1000 0000，则此时报文为： 0 1000 0000 ；
- 没有使用奇偶校验，不使用奇偶校验位，此时报文没有变化为：0 1000 0000；
- 使用1bit的停止位，则完整数据报文为： 0 1000 0000 1 ；
- 发送完成后，自动产生1bit的空闲位，具体见下图：
2.2 发送65报文
- 首先是1bit 的起始位，则报文为： 0；
- 发送65，8bit数据即为：0100 0001， 又因为是小端字节序，所以实际储存为：1000 0010， 则此时报文为： 0 1000 0010;
- 没有使用奇偶校验，则不使用奇偶校验位，原报文不做变化，此时报文为：0 1000 0010；
- 使用1bit的停止位，则完整的数据报文为：0 1000 0010 1
- 发送完成后，自动产生1bit的空闲位，详情见下图：
五、总结
通过抓取串口波形，对串口的报文格式有了进一步了解，串口报文格式为：
起始位（1bit）+数据位（58bit）+奇偶校验位（1bit）+停止位（11.5bit）
在发送完成一组报文后，会自动产生1 bit 的空闲位，以便进行下一组数据的传输。