1、串口通讯
串口通信是一种设备间常用的串行通信方式，串口按位（bit）发送和接受字节。而串口通信协议是指规定了数据包的内容（起始位、主体数据、校验位和停止位），常见的协议有RS232、RS485、RS422等。
对于通信协议，采用分层的方式分为物理层和协议层。
- 物理层：电气特性、机械接口、信号类型等
- 协议层：数据传输的格式、时序和控制逻辑等。
2、RS232
RS232（Recommended Standard 232）是由 EIA（电子工业协会）制定的串行通信标准。属于全双工，异步通信。
2.1、物理层特性
1、电气特性
- 逻辑电平定义：
- 逻辑“1”：-3V~-15V
- 逻辑“0”：+3V~+15V
- 传输距离
- 无调制解调器时，最大约15m。
- 传输速率
- 常见标准速率为9600bps、19200bps、115200bps等。
2、机械接口
常见的接口类型为DB-9接口（现在一般只用TXD、RXD和GND信号），以及DB-25接口（早期使用）。
一般是将发送设备的TXD接口连接到接收设备的RXD接口，发送设备的RXD接口连接到接收设备的TXD接口。
3、信号类型
- 数据信号：
- TXD（Transmit Data）：发送数据。
- RXD（Receive Data）：接收数据。
- 控制信号：
- RTS（Request To Send）：请求发送数据。
- CTS（Clear To Send）：允许发送（对 RTS 的响应）。
- DTR（Data Terminal Ready）：终端就绪。
- DSR（Data Set Ready）：设备就绪。
- DCD（Data Carrier Detect）：检测到载波（用于调制解调器）。
2.2、协议层规范
1、数据传输格式
- 帧结构：
起始位（1位，低电平） + 数据位（5-8位，低位在前） + 校验位（0或1位） + 停止位（1/1.5/2位，高电平）
关键参数：
- 波特率：每秒传输的码元数，需收发双方一致（如 9600bps）。
- 数据位长度：常见 5、6、7、8 位（8 位时可传输任意字节数据）。
- 校验方式：无校验（None）、奇校验（Odd）、偶校验（Even）。
- 停止位长度：1 位（常用）、1.5 位（极少）、2 位。
数据帧编码类型
虽然RS232的数据帧结构（起始位+数据位+校验位+停止位）是固定的，但数据位的内容可以采用多种编码格式。- ASCII编码：将每个字符映射为7位或8位二进制值（如 'A’→0x41）。
- 二进制编码：直接传输原始二进制数据。
- 十六进制字符串：将二进制数据转换为ASCII字符表示（如0XAB->“AB”）
- 自定义协议：按特定协议组织数据（如Modbus的功能码+数据域+CRC校验）。
常见数据编码类型优缺点和应用场合对比：
| 编码方式 | 优点 | 缺点 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|
| ASCII | 可读性强、调试方便 | 传输效率低 | 调试信息、文本协议 |
| 二进制 | 传输效率高、适合大数据 | 调试困难 | 传感器数据、固件升级 |
| 十六进制 | 兼容性好、易解析 | 双倍占用带宽 | 调试工具、兼容性协议 |
| 自定义协议 | 功能强大、可扩展性高 | 开发复杂度高 | 工业控制、设备通信 |
3、RS485
RS485 是一种基于差分信号传输的串行通信标准，由 EIA/TIA-485 定义，主要解决 RS232 在远距离、多节点通信中的不足。属于半双工、异步串行。
3.1、物理层特性
1、电气特性
- 差分信号传输：
- 逻辑 “1”：A 线电压比 B 线高 200mV 以上（如 A=+2V，B=0V）。
- 逻辑 “0”：B 线电压比 A 线高 200mV 以上（如 A=0V，B=+2V）。
- 抗干扰性：差分信号可抑制共模干扰，适合工业环境。
- 传输距离与速率：
- 标准传输距离：1200 米（速率≤100kbps）。
- 高速传输：速率 10Mbps 时，距离≤12 米（需匹配终端电阻）。
- 节点数量：
- 理论支持 32 个节点（使用 120Ω 终端电阻）。
- 通过增加收发器可扩展至 128/256 个节点。
2、机械接口
- 常见接口类型：
- DB-9 接口：工业设备常用，通常只使用 A、B、GND 三根线。
- RJ45 接口：部分设备使用（如安防摄像头），见到过用这个接口的，但是没用双绞，也是震惊了！还是量产产品。
- 端子排：便于布线和工业应用。
- 线缆要求：
- 屏蔽双绞线（STP），特性阻抗 120Ω。
- 推荐线规：24AWG（0.51mm²）或更粗。
3、. 信号类型
- 数据信号：
- A 线（Data+）：差分正信号。
- B 线（Data-）：差分负信号。
- 控制信号：
- DE（Driver Enable）：发送使能（高电平有效）。
- RE（Receiver Enable）：接收使能（低电平有效）。
- 多数收发器将 DE 和 RE 短接，通过一个引脚控制收发方向。
3.2、协议层规范
RS485 本身只定义物理层，协议层需结合上层协议（如 Modbus、Profibus 等）或自定义。
4、RS422
RS422（EIA-422）是由电子工业协会（EIA）制定的全双工差分串行通信标准，基于 RS485 发展而来，主要用于高速、长距离数据传输。
4.1、物理层特性
1、 电气特性
- 差分信号传输：
- 逻辑 “1”：差分电压 ≥ +200mV（如 A=+2V，B=0V）。
- 逻辑 “0”：差分电压 ≤ -200mV（如 A=0V，B=+2V）。
- 抗干扰性：差分信号抑制共模噪声，适合工业环境。
- 传输距离与速率：
- 标准传输距离：1200 米（速率≤100kbps）。
- 高速传输：10Mbps 时距离可达 12 米（需匹配终端电阻）。
- 驱动能力：
- 单个驱动器可支持最多 10 个接收器（负载系数 0.1）。
2、机械接口
- 单个驱动器可支持最多 10 个接收器（负载系数 0.1）。
- 常见接口类型：
- DB-9/DB-25 接口：工业设备常用，通常使用 4 根数据线（TX+、TX-、RX+、RX-）。
- RJ45 接口：部分高速设备使用。
- 线缆要求：
- 屏蔽双绞线（STP），特性阻抗 100-120Ω。
- 推荐线规：24AWG（0.51mm²）或更粗。
3、信号类型
- 数据信号：
- 发送差分对：TX+（发送正）、TX-（发送负）。
- 接收差分对：RX+（接收正）、RX-（接收负）。
- 控制信号：
- 无需方向控制信号（全双工），发送和接收可同时进行。
4.2、协议层规范
RS422 仅定义物理层，协议层需结合上层协议（如 Modbus、自定义协议）。
5、上述串口通信协议对比
| 特性 | RS232 | RS485 | RS422 |
|---|---|---|---|
| 传输方式 | 单端信号（2线） | 差分信号（2线） | 差分信号（4线） |
| 电平范围 | ±3V~±15V | -7V~+12V | -7V~+12V |
| 传输距离 | ≤15米 | ≤1200米 | ≤1200米 |
| 传输速率 | 最高115.2kbps | 10Mbps（12米） | 10Mbps（12米） |
| 节点数 | 点对点（1主1从） | 多节点（≤32/128） | 1主多从（≤10） |
| 通信模式 | 单工/半双工 | 半双工 | 全双工 |
| 典型应用 | 近距离调试 | 长距离多节点通信 | 高速数据传输 |
6、如何使用stm32实现串口通讯
STM32的USART实现串口通讯，需要结合硬件电路和软件驱动。即在于电平转换方式、通信模式等方面。
STM32的USART输出的是TTL电平，通常约3.3V表示逻辑高电平，接近0V表示逻辑低电平。
6.1、使用stm32实现232通讯
1、硬件连接
由于232的通信模式基本与STM32自带的USART逻辑一致，所以一般只需要做电平转换即可。
STM32 MAX232（电平转换芯片） PC/设备
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│ │ │ │ │ │
│ USART1 ├──TXD───→│T1IN │ │ │
│ │ │ T1OUT──┼──DB9(2-RXD)────→│ │
│ │ │ │ │ │
│ USART1 ├──RXD───←│R1OUT │ │ │
│ │ │ R1IN───┼──DB9(3-TXD)────←│ │
│ │ │ │ │ │
│ GND ├───┬────→│GND │ │ GND │
└─────────┘ │ │ │ │ │
│ └───────────┘ └───────┘
│
└───→ VCC（+5V，为MAX232供电）
2、软件驱动
软件方面一般使用STM32的USART接口即可，需要配置波特率、数据位长度、校验方式和停止位长度。
6.2、使用stm32实现485通讯
1、硬件连接
硬件方面，需要将STM32的USART口输出的TTL电平转换成485逻辑（差分信号），同时有独立IO控制485收发状态。（也有专用芯片可以省略这个IO信号）
STM32 MAX485（RS485收发器） 另一RS485设备
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│ │ │ │ │ │
│ USART1 ├──TXD───→│DI │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ USART1 ├──RXD───←│RO │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ PB12 ├──DE/RE─→│ │ │ │
│ │ │ A──────┼─────────────────┼──A │
│ GND ├───┬────→│GND │ │ │
└─────────┘ │ │ │ │ │
│ │ B──────┼─────────────────┼──B │
│ └───────────┘ │ │
│ │ │
└───→ VCC（+5V，为MAX485供电） └───────┘
2、软件驱动
需要配置波特率、收发模式，同时需要配置方向控制引脚。发送前切换为发送模式，发送后切换为接收模式。
6.3、使用stm32实现422通讯
1、硬件连接
由于422需要4根信号线，所以使用两个USART口进行控制，一个用于发送，一个用于接收。
STM32 SN75174（RS422发送器） 另一RS422设备
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│ │ │ │ │ │
│ USART1 ├──TXD───→│INPUT │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ USART2 ├──RXD───←│ │ │ │
│ │ │ A+─────┼─────────────────┼──A+ │
│ GND ├───┬────→│GND │ │ │
└─────────┘ │ │ │ │ │
│ │ A-─────┼─────────────────┼──A- │
│ └───────────┘ │ │
│ │ │
└───→ VCC（+5V，为收发器供电） └───────┘
另一RS422设备 SN75175（RS422接收器） STM32
┌───────┐ ┌───────────┐ ┌─────────┐
│ │ │ │ │ │
│ │ │ INPUT+─┼─────────────────┼──USART2 │
│ │ │ │ │ RXD │
│ │ │ INPUT-─┼─────────────────┼── │
│ │ │ │ │ │
│ │ │ OUTPUT─┼─────────────────┼──USART1 │
│ │ │ │ │ TXD │
│ │ │ GND────┼─────────────────┼──GND │
└───────┘ └───────────┘ └─────────┘
2、软件驱动
需要将一路USART配置为接收模式，一路配置为发送模式。其它与485一致。