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book/06：串口通信/01.md

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+[TOC]
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+# 1. 串口通信概述
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+## 1.1. 计算机通信
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+问题：
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+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。
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+通信要素：
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+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
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+### 1.1.1. 并行通信
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+![image-20240926082752190](./img/image-20240926082752190.png)
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+优势：
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+1. 一次传输1个字节；
+2. 速度快；
+3. 信息表达相对简单；
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+劣势：
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+1. 只适合短距离传输；
+2. 成本高。
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+问题：那些地方采用并行通信？
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+### 1.1.2. 串行通信
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+![image-20240926083220154](./img/image-20240926083220154.png)
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+优势：
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+1. 适合长距离传输；
+2. 成本低；
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+劣势：
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+1. 速度相对较慢；
+2. 信息表达（通信控制）相对复杂；
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+问题：
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+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？
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+## 1.2. 串行通信的基本概念
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+### 1.2.1. 同步和异步
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+![image-20240926105411531](./img/image-20240926105411531.png)
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+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；
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+![image-20240926105432567](./img/image-20240926105432567.png)
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+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）；
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+### 1.2.2. 异步串行通信的特点
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+![image-20240926110126910](./img/image-20240926110126910.png)
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+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。
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+**字符格式：**
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+![image-20240926110639835](./img/image-20240926110639835.png)
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+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。
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+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；
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+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。
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+![alt text](img/uart1.drawio.png)
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+奇偶校验：
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+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。
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+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)
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+**波特率：**
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+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）。
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+### 1.2.3. 异步串口通信的数据接收过程
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+![image-20240926115059698](./img/image-20240926115059698.png)
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+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：
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+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。
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+### 1.2.4. 串行通信的传输方向
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+![image-20240926120728340](./img/image-20240926120728340.png)
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+## 1.3. STM32串口通信
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+![image-20240926120759519](./img/image-20240926120759519.png)
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+**数据寄存器：**
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+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；
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+**通信状态标志位：**
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+![image-20240926163850067](./img/image-20240926163850067.png)
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+轮询方式可以通过读取上述的状态来进行控制：
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+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；
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+中断方式也会有对应的三种方式。
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+## 1.4. 硬件结构
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+串口通信的示意图是这样的：
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+![alt text](img/uart2.drawio.png)
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+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：
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+![image-20240926165734028](./img/image-20240926165734028.png)
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+因此实际的情况是这样：
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+![alt text](img/uart3.drawio.png)
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+这个芯片在开发板的位置是：
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+![image-20240926170851906](./img/image-20240926170851906.png)
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+# 2. HAL库外设初始化过程