diff --git a/book/06:串口通信/01.md b/book/06:串口通信/01.md index e69de29..b108c61 100644 --- a/book/06:串口通信/01.md +++ b/book/06:串口通信/01.md @@ -0,0 +1,189 @@ +[TOC] + +# 1. 串口通信概述 + +## 1.1. 计算机通信 + +问题: + +1. 我们知道的通信方式有哪些? +2. 理解通信技术的发展。 +3. 通信的要素:以烽火为例子。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +通信要素: + +1. 硬件:通信介质 +2. 软件: + 1. 语法:格式 + 2. 语义:格式中信息的具体含义 + +### 1.1.1. 并行通信 + +![image-20240926082752190](./img/image-20240926082752190.png) + +优势: + +1. 一次传输1个字节; +2. 速度快; +3. 信息表达相对简单; + +劣势: + +1. 只适合短距离传输; +2. 成本高。 + +问题:那些地方采用并行通信? + +### 1.1.2. 串行通信 + +![image-20240926083220154](./img/image-20240926083220154.png) + +优势: + +1. 适合长距离传输; +2. 成本低; + +劣势: + +1. 速度相对较慢; +2. 信息表达(通信控制)相对复杂; + +问题: + +1. 那些设备是串行通信? +2. 是否可以结合串行和并行的优势?如何结合? + +## 1.2. 串行通信的基本概念 + +### 1.2.1. 同步和异步 + +![image-20240926105411531](./img/image-20240926105411531.png) + +1. 通信双方需要专门又时钟线来同步双方的时钟,并保持严格一致; +2. 通信速度相对较高; +3. 如 SPI、I2C通信; + +![image-20240926105432567](./img/image-20240926105432567.png) + +1. 不需要时钟同步; +2. 通信双方对时间的理解差异可以有少量的偏差; +3. 每通信一帧(固定数量的bit位),会进行一次同步(如上图的START和STOP电平); +4. 例如USB、UART(串口); + +### 1.2.2. 异步串行通信的特点 + +![image-20240926110126910](./img/image-20240926110126910.png) + +1. 以固定的长度(位)传输一组数据(帧);对于串口来说,一帧一般是一个字符(注意不是字节,以前一个字符是7个位;现在几乎都是8个位,和字节是对应的); +2. 通过帧之间的间隔来进行时间的同步; +3. 如果通信双方对时间的理解差异较小,那就可以在一帧的时间片内检查到有效数量的0和1的序列(帧),这样不需要通信双方对时间的理解完全一致,因为在一帧内的时间差异几乎可以忽略。 + +**字符格式:** + +![image-20240926110639835](./img/image-20240926110639835.png) + +一般由起始位、数据位、校验位、停止位组成。对于连续的通信来说,停止也就是起始,因此往往设置停止就可以了。 + +1. 空闲情况下,通信线路的电平为高; +2. 当需要传输数据的时候,发送方把电位拉低,持续一段时间(开始位); +3. 然后连续发送一个字符和校验位; +4. 最后拉高电平至少持续一段时间(停止位),表示该帧数据发送完成; + +从上述的通信过程得知,空闲(不传输数据)为高电平;一旦低电平后,表示通信开始;字符传输完成后,拉高电平;因此起始其实是可以不要的。 + +![alt text](img/uart1.drawio.png) + +奇偶校验: + +奇校验:如果数据中1的个数为奇数,则奇校验位0,否则为1。 + +偶校验:如果数据中1的个数为偶数,则偶校验位0,否则为1。 + +![image-20240926114933398](./img/image-20240926114933398.png) + +**波特率:** + +波特率是每秒传输位的单位(bps),波特率越高,表示通信速率越快。注意,在任何通信场景中,通信速率的都应该用bps表示;例如100M的以太网,表示 100Mbps,也就是每秒大约传输10M字节(本来应该是100M/8,但是可能有停止位和校验,因此大约估算是100M/10)。 + +### 1.2.3. 异步串口通信的数据接收过程 + +![image-20240926115059698](./img/image-20240926115059698.png) + +我们假设采样时钟是波特率的16倍,具体的数据接收过程如下: + +1. 接收过程由起始位的下降沿启动。 +2. 接收端等待8个时钟周期,以便建立一个接近起始位周期中点的采样点。 +3. 接收端再次等待 16个时钟周期,使其进入第一个数据位周期的中点。 +4. 第一个数据位被采样并存储在接收寄存器中。 +5. 串口模块在采样第二个数据位之前,等待另外16个时钟周期。 +6. 重复此过程,直到所有的数据位都被采样和存储。 +7. 由停止位的上升沿使数据线返回到空闲状态。 + +### 1.2.4. 串行通信的传输方向 + +![image-20240926120728340](./img/image-20240926120728340.png) + +## 1.3. STM32串口通信 + +![image-20240926120759519](./img/image-20240926120759519.png) + +**数据寄存器:** + +1. TDR 发送寄存器,结合发送位移寄存器,把数据以电平的方式用时间进行排序发送到TX引脚; +2. RDR 接收寄存器,通过接收位移寄存器组成的一个字符装载到RDR; + +**通信状态标志位:** + +![image-20240926163850067](./img/image-20240926163850067.png) + +轮询方式可以通过读取上述的状态来进行控制: + +1. RXNE表示有新的数据(字符); +2. TXE:表示可以向TDR写入新的数据; +3. TC:发送完成; + +中断方式也会有对应的三种方式。 + +## 1.4. 硬件结构 + +串口通信的示意图是这样的: + +![alt text](img/uart2.drawio.png) + +但是目前的很多计算机没有串口,因此在开发板上有一个USB转串口的芯片: + +![image-20240926165734028](./img/image-20240926165734028.png) + +因此实际的情况是这样: + +![alt text](img/uart3.drawio.png) + +这个芯片在开发板的位置是: + +![image-20240926170851906](./img/image-20240926170851906.png) + +# 2. HAL库外设初始化过程 \ No newline at end of file diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926082752190.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926082752190.png new file mode 100644 index 0000000..1f0812b Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926082752190.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926083220154.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926083220154.png new file mode 100644 index 0000000..451f6df Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926083220154.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926105411531.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926105411531.png new file mode 100644 index 0000000..a107d3f Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926105411531.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926105432567.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926105432567.png new file mode 100644 index 0000000..30b9693 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926105432567.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926110126910.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926110126910.png new file mode 100644 index 0000000..152dd10 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926110126910.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926110639835.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926110639835.png new file mode 100644 index 0000000..ad40f91 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926110639835.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926114933398.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926114933398.png new file mode 100644 index 0000000..8adfd43 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926114933398.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926115059698.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926115059698.png new file mode 100644 index 0000000..f230c2a Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926115059698.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926120728340.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926120728340.png new file mode 100644 index 0000000..2a9541e Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926120728340.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926120759519.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926120759519.png new file mode 100644 index 0000000..6c54895 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926120759519.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926163850067.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926163850067.png new file mode 100644 index 0000000..6a6a108 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926163850067.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926165734028.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926165734028.png new file mode 100644 index 0000000..d86a6ea Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926165734028.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/image-20240926170851906.png b/book/06:串口通信/img/image-20240926170851906.png new file mode 100644 index 0000000..9f07299 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/image-20240926170851906.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/uart1.drawio.png b/book/06:串口通信/img/uart1.drawio.png new file mode 100644 index 0000000..dcb9eab Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/uart1.drawio.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/uart2.drawio.png b/book/06:串口通信/img/uart2.drawio.png new file mode 100644 index 0000000..4a43ba5 Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/uart2.drawio.png differ diff --git a/book/06:串口通信/img/uart3.drawio.png b/book/06:串口通信/img/uart3.drawio.png new file mode 100644 index 0000000..8ac900b Binary files /dev/null and b/book/06:串口通信/img/uart3.drawio.png differ