你這個(gè)小板子和電腦通訊，做個(gè)上位機(jī)，最常用的接口是什么？我想大家閉眼說-串口！

串口是什么？

串行接口（Serial port），也稱串行接口或串行端口，串行通信接口，COM接口，簡稱串口。

就字面意思，一根線就可以傳輸，也就是說，其實(shí)傳輸?shù)氖菐瑪?shù)據(jù)，那不免得就要說一幀里面有什么？

我在之前的文章里面說，一個(gè)協(xié)議最重要的就是抓住01到底是怎么傳輸?shù)模约拔覀內(nèi)绾卧O(shè)計(jì)一些東西，可以找到這個(gè)幀數(shù)據(jù)的頭和尾如何把數(shù)據(jù)載荷取出來。

你看這個(gè)就是頭+尾+8bit數(shù)據(jù)，不就是一個(gè)字節(jié)，這就是包裝出來的一幀數(shù)據(jù)。

更加詳細(xì)的是這樣

當(dāng)兩個(gè)設(shè)備需要通過UART協(xié)議進(jìn)行通訊時(shí)，它們需要同時(shí)約定好以下內(nèi)容：

每一位信號(hào)的時(shí)間長度T（波特率 = 1/T）

幀結(jié)構(gòu)中每一項(xiàng)的具體位數(shù)

是否有校驗(yàn)位，以及校驗(yàn)位的機(jī)制（奇/偶/..）

有了這些約定，接收設(shè)備只需要等待起始位的到來，再對(duì)之后的波形進(jìn)行固定間隔的采樣即可獲得傳輸?shù)木唧w信息。以字符‘D‘的波形為例:

取樣的波形

波特率是UART協(xié)議，或者說所有異步串行協(xié)議，非常重要的一個(gè)概念，即單位時(shí)間內(nèi)（1秒）可表示的bit位個(gè)數(shù)，或者也可以表述為bit位寬的倒數(shù)。例如一個(gè)波特率為115200的UART波形表示1秒可容納115200個(gè)bit位，也就是說每一位bit數(shù)據(jù)占大約8.68uS的時(shí)長。

UART等異步串行協(xié)議，為了簡化信號(hào)物理連接，降低通訊成本，一般只有一根信號(hào)線，無法同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。

收/發(fā)設(shè)備為了正確解析波形就需要在相同的波特率設(shè)置下。而相同的波形使用不同的波特率獲取的信息可能會(huì)完全不同。對(duì)于接收設(shè)備來講，只有起始位可以作為一幀數(shù)據(jù)的同步點(diǎn)，其它數(shù)據(jù)都是通過波特率來確定具體的取樣位置。

波特率錯(cuò)誤

空閑時(shí)持續(xù)的高電平

UART接收端會(huì)一直檢測信號(hào)線上的電平變化，開始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端將信號(hào)線從高電平拉到低電平結(jié)束空閑狀態(tài)，并保持一個(gè)bit位的時(shí)長。

接收器檢測到高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，開始接收信號(hào)。

而我們現(xiàn)代的協(xié)議其實(shí)是分層的

我們關(guān)心的是具體數(shù)據(jù)的意思，但是物理層走的確實(shí)高高低低的電平。物理層就是數(shù)據(jù)手冊里面的東西，這個(gè)電平范圍什么的，IO的速度什么的，因?yàn)橐环D(zhuǎn)就是一個(gè)01出來了。然后這么多的01，交給協(xié)議層，就是01如何分配，把里面的頭尾校驗(yàn)這些都分離出來。然后把我們感興趣的數(shù)據(jù)再傳一層，擁有著實(shí)際意義的應(yīng)用層。

為什么我這一次說了這個(gè)協(xié)議分層？因?yàn)榇诘奈锢韺佑悬c(diǎn)多。

針對(duì)不同的通訊需求，便可以使用不同的物理層實(shí)現(xiàn)。例如簡單的板內(nèi)通訊，或者常見的設(shè)備調(diào)試場景，使用簡單的LVTTL/TTL電平即可在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行UART協(xié)議通訊。

夢源的圖

通用的串口則使用的是RS232電平，可以增加傳輸距離，并且抵抗一定程度的信號(hào)干擾。 付出的成本則是在物理層需要對(duì)應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)，發(fā)送端需要將內(nèi)部的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓更高的+/-電壓信號(hào)，接收端需要將+/-電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的高低電平信號(hào)。

這里使用這個(gè)芯片，就好像是一個(gè)外置的RF芯片，01還是哪個(gè)01，但是物理層做了一些更改。

電壓大了，這個(gè)傳輸?shù)臅r(shí)候，其實(shí)能量也強(qiáng)了

在工業(yè)通訊的場景下，為了進(jìn)一步提高傳輸距離，以及增強(qiáng)信號(hào)的可靠性，一般會(huì)采用RS485的電平標(biāo)準(zhǔn)。 在發(fā)送端將普通的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分信號(hào)，在接收端將差分信號(hào)再轉(zhuǎn)換成普通的高低電平信號(hào)。另外，RS485允許總線上連接多達(dá)128收發(fā)器，而TTL或者RS232則是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。

也就是說，工業(yè)設(shè)備要追求抗干擾和穩(wěn)定，一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量不大，但是又需要通訊，那這個(gè)RS485就大顯身手了。

可以看到，就是AB兩個(gè)線就可以傳輸了

甩來甩去

我們使用的最多的是TTL電平

還是夢源的圖

我們看這些MCU的特性里面一定會(huì)有，這個(gè)支持的模式

同步通訊是有時(shí)鐘的，大家在一個(gè)線上面采集。

也就是要三個(gè)線

高級(jí)功能

還可以設(shè)置時(shí)鐘

串口同步通信：在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持同步，以保證通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一樣的定時(shí)關(guān)系。

串口異步通信：也稱為起止式異步通信，是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)模址g沒有固定的時(shí)間間隔要求，每個(gè)字符中的各位則以固定的時(shí)間傳送。

后者也叫字符同步，大家一般都是選這個(gè)的多。 上面就是咱們的基礎(chǔ)知識(shí)了，來看看具體在MCU，SOC里面的樣子

我這里選了英偉達(dá) Jetson Nano：

可以看到，直接給了3個(gè)串口

不愧是說SOC，性能就是好，時(shí)鐘200M，還有FIFO

三組

可以看到，再牛逼也得用串口調(diào)試

那其實(shí)我們的電腦只有USB和Type-C接口了，根本沒有串口！！！那咋辦？

所以就需要一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口的芯片！

CP2102，明星產(chǎn)品，也是貴族了

中規(guī)中矩的異步串口功能

這里

虛擬串口，全平臺(tái)適配

框圖也簡單，如果異步通訊的話，就TX和RX就行了

這也簡單，電源就是濾波，然后USB就是保護(hù)，RST是上拉

還有一個(gè)2104

1. CP2104更便宜。

2. CP2104體積更小，占地面積不同。CP2104是QFN24（4x4mm）; CP2102是QFN28（5x5mm）。

會(huì)小一點(diǎn)

3. CP2104具有 I/O 電源引腳，可通過外部電阻承受VDD至5V的電壓。

4. CP2104支持RS-485; CP2102沒有。

5. CP2104具有GPIO引腳; CP2102沒有。

6. CP2104具有一次性可編程存儲(chǔ)器（OTP）; 只能自定義一次CP2104。CP2102具有可重新編程的閃存; 可以多次自定義CP2102。

一模一樣，無所謂

還有咱們的WCH

就是它的封裝不好看，有點(diǎn)大

微小型的 10 腳貼片-MSOP-10，這個(gè)好

這個(gè)是什么畫的？PADS？

就和我不出油的筆有一拼。

還有下載電路，數(shù)據(jù)手冊里面介紹了不少應(yīng)用例子，不錯(cuò)

反正就是這三個(gè)吧！

MCU還是要說一下：

CW32還有個(gè)好玩的，就是TX和RX互換功能，再也不怕連錯(cuò)了

在CR2這個(gè)寄存器這里改

這個(gè)也值得一看，別的MCU也可以用的上

除了MCU有串口，需要一個(gè)USB橋以外，還有自己帶MCU USB IP的。

哈哈哈哈，沒想到吧？每次買東西湊單的貨，有這種好玩的東西。也就是說可以不使用額外的芯片，就直接一個(gè)USB線就可以通訊了。

直接這樣就ok

推薦這本書

STM32F103 自帶的 USB 符合 USB2.0 規(guī)范，不過 STM32F103 的 USB 都只能用來做設(shè)備，而不能用作主機(jī)。 標(biāo)準(zhǔn) USB 共四根線組成,除 VCC/GND 外,另外為 D+,D-; 這兩根數(shù)據(jù)線采用的是差分電壓的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?在 USB 主機(jī)上，D-和 D+都是接了 15K 的電阻到低的，所以在沒有設(shè)備接入的時(shí)候，D+、D-均是低電平。而在 USB 設(shè)備中，如果是高速設(shè)備，則會(huì)在 D+上接一個(gè) 1.5K 的電阻到 VCC，而如果是低速設(shè)備，則會(huì)在 D-上接一個(gè) 1.5K 的電阻到 VCC。這樣當(dāng)設(shè)備接入主機(jī)的時(shí)候，主機(jī)就可以判斷是否有設(shè)備接入，并能判斷設(shè)備是高速設(shè)備還是低速設(shè)備。 STM32F103 的 MCU 自帶 USB 從控制器，符合 USB 規(guī)范的通信連接；PC 主機(jī)和微控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過共享一專用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來完成的，該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)能被 USB 外設(shè)直接訪問。 這塊專用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小由所使用的端點(diǎn)數(shù)目和每個(gè)端點(diǎn)最大的數(shù)據(jù)分組大小所決定，每個(gè)端點(diǎn)最大可使用 512 字節(jié)緩沖區(qū)（專用的 512 字節(jié)，和 CAN 共用），最多可用于 16 個(gè)單向或 8 個(gè)雙向端點(diǎn)。USB 模塊同 PC 主機(jī)通信，根據(jù) USB 規(guī)范實(shí)現(xiàn)令牌分組的檢測，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的處理，和握手分組的處理。整個(gè)傳輸?shù)母袷接捎布瓿桑渲邪?CRC 的生成和校驗(yàn)。

這個(gè)是設(shè)置頁面

Speed：Full Speed 12MBit/s（固定為全速）

Low Power：默認(rèn) Disabled（在任何不需要使用usb模塊的時(shí)候，通過寫控制寄存器總可以使USB模塊置于低功耗模式（low power mode ，suspend模式）。在這種模式下，不產(chǎn)生任何靜態(tài)電流消耗，同時(shí)USB時(shí)鐘也會(huì)減慢或停止。通過對(duì)USB線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋z測，可以在低功耗模式下喚醒USB模塊。也可以將一特定的中斷輸入源直接連接到喚醒引腳上，以使系統(tǒng)能立即恢復(fù)正常的時(shí)鐘系統(tǒng)，并支持直接啟動(dòng)或停止時(shí)鐘系統(tǒng)。）

USB 的 DP 引腳必須上拉 1.5K 歐的電阻，電腦才能檢測到 USB，否則檢測不到。

如果USB端口出現(xiàn)感嘆號(hào)設(shè)備無法啟動(dòng)的問題，可適當(dāng)將堆改大，如0x400。

就是這么多了。

IIC支持熱拔插嗎?(附有詳細(xì)CW32 IIC協(xié)議解讀）

SPI協(xié)議，這篇就夠了！

夢源邏輯分析儀分析IIC，SPI協(xié)議

這樣看就低速協(xié)議全面了。

https://blog.csdn.net/qq_36347513/article/details/127404464https://blog.csdn.net/qq_36347513/article/details/127404464https://dreamsourcelab.cn/logic-analyzer/uart/https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%B2%E8%A1%8C%E7%AB%AF%E5%8F%A3https://www.silabs.com/documents/public/data-sheets/CP2102-9.pdf