全双工异步通信（如何实现两个串口通信）

本文目录

• 如何实现两个串口通信
• 什么叫全双工串口
• stc单片机有几个异步通信口
• plc通讯有哪些类型
• stm32串口通讯是检测边沿还是电平

如何实现两个串口通信

串行通信
按数据传送方向：
单工：只允许一个方向
半双工：允许两个方向，但是不能同时传送
全双工：允许同时2个方向的传送
按通信方式：
同步通信：带时钟信号的传输（SPI）
异步通信：不带时钟信号的传输（USART），所以需要设置波特率，通过波特率来解析你传输的数据
                        常用串行通信接口：
 UART正常接口就是TXD（数据输出引脚）接RXD（数据输入引脚）。RXD接TXT。

什么叫全双工串口

51 单片机内部有一个全双工串行接口。什么叫全双工串口呢？一般来说，只能接受或只能发送的称为单工串行；既可接收又可发送，但不能同时进行的称为半双工；能同时接收和发送的串行口称为全双工串行口。串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式，其突出优点是只需一根传输线，可大大降低硬件成本，适合远距离通信。其缺点是传输速度较低。
串口可以有底下四种工作方式
1、方式0
串行接口的工作方式0为移位寄存器I／O方式。在串行口外接移位寄存器以扩展I／O接口，也可以外接串行同步I／O的设备。
（1）方式0输出
　　串行口以方式0发送时，数据以RXD端串行输出，TXD端输出同步信号。当一个数据写入串行口发送缓冲器以后，就启动串行口发送器以振荡频率的十二分之一的波特率，将数据从RXD端串行输出。
（2）方式0输入
　　当串行口定义为方式0并置位REN后，便启动串行口以方式0接收数据，此时RXD端为数据输入端，TXD端为同步脉冲信号输出端。接收器以振荡率的十二分之一的波特率接收RXD端输入的数据信息。但接收器接收到8位数据时，置1中断标志RI。
2、方式1
串行接口定义为工作方式1时，则被控制为8位的异步通讯接口，传送一帧信息为10位，其中1位为起始位，8位数据位（先低位后高位），1位停止位。
（1）方式1输出
串行接口以方式1发送时，数据由TXD端输出。CPU执行一条数据写入发送缓冲
器SBUF的指令（例如，MOV　　SBUF，A），数据字节写入SBUF后，便启动串行口发送器发送，发送完一帧信息，置1放送中断标志TI。
（2）方式1输入
串行口以方式1接收时，数据从RXD端输入。在REN置1以后，就允许接收器接收。接收器以所建立的波特率的16倍分频计数器，以便实现时间同步。计数器的16个状态把一位的时间等分成16份，在每位时间的第7、8和9个计数状态，位检测器采样RXD的值，接收的值是3次采样中取至少二次相同的值，以排除噪声的干扰。如果在起始接收的值不是0，则起始位无效，复位接收电路。在检测到另一个1到0的跳变时，再重新启动接收器。如果接收到值为0，起始位有效，则开始接收本帧的其余信息。当RI＝0并且接收到的停止位为1（或SM2＝0）时，停止位进入RB8，接收到的8位数据进入接收缓冲器SBUF，置位RI中断标志。接着接收便搜索另一帧信息的起始位。
3、方式2和方式3
串行接口工作方式2和方式3时，则被定义为9位的异步通信接口。传送一帧信息为11位，其中1位起始位，8位数据位（从低位至高位），1位是附加的可程控为1或0的第9位数据，1位停止位。
方式2和方式3的差别仅仅在于波特率不一样，方式2的波特率是固定的，波特率为2SMOD／64（振荡频率）；方式3的波特率是可变的，波特率＝2SMOD／32（T1的溢出率）。
方式2和方式3在发送和接收时唯一的区别就是波特率不同。
（1）方式2和方式3发送
方式2或方式3发送时，数据由TXD端输出，发出一帧信息为11位，附加的第9位数据是SCON中的TB8，CPU执行一条数据写入发送缓冲器SBUF的指令，就启动发送器发送，发送完一帧信息，置“1”TI中断标志。
（2）方式2和方式3接收
串行口被定义为方式2或方式3接收时，数据从RXD端输入，置REN＝1以后，开始接收过程。当检测到RXD端从高到低的负跳变时，确认起始位有效，开始接收本帧的其余信息。在接收完一帧信息后，在RI＝0、SM2＝0时，或接收到第9位数据为“1”时，8位数据装入接收缓冲器，第9位数据装入SCON中RB8，并置RI＝1。若不满足上述的两个条件，接收到的信息将会丢失，也不置位RI

stc单片机有几个异步通信口

4个。异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，STC8A8K64D4系列单片机具有4个全双工异步串行通信接口，2个同种单片机之间的异步串行通信。

plc通讯有哪些类型

1．数据通信主要有并行通信和串行通信两种方式。并行通信是以字节或字为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用的控制线。并行通信的传送速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的数据传送。并行通信一般用于PLC的内部，如PLC内部元件之间、PLC主机与扩展模块之间或近距离智能模块之间的数据通信。串行通信是以二进制的位（bit）为单位的数据传输方式，每次只传送一位，除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线，数据和联络信号在这根线上按位进行传送。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三根线，适用于距离较远的场合。计算机和PLC都备有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。串行通信多用于PLC与计算机之间、多台PLC之间的数据通信。在串行通信中，传输速率常用比特率（每秒传送的二进制位数）来表示，其单位是比特/秒（bit/s）或bps。传输速率是评价通信速度的重要指标。常用的标准传输速率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200bps等。不同的串行通信的传输速率差别极大，有的只有数百bps，有的可达100Mbps。HINET智能网关有线方式联网对PLC进行远程控制2．串行通信按信息在设备间的传送方向又分为单工、双工两种方式。单工通信方式只能沿单一方向发送或接收数据。双工通信方式的信息可沿两个方向传送，每一个站既可以发送数据，也可以接收数据。双工方式又分为全双工和半双工两种方式。数据的发送和接收分别由两根或两组不同的数据线传送，通信的双方都能在同一时刻接收和发送信息，这种传送方式称为全双工方式；用同一根线或同一组线接收和发送数据，通信的双方在同一时刻只能发送数据或接收数据，这种传送方式称为半双工方式。在PLC通信中常采用半双工和全双工通信。3．异步通信与同步通信在串行通信中，通信的速率与时钟脉冲有关，接收方和发送方的传送速率应相同，但是实际的发送速率与接收速率之间总是有一些微小的差别，如果不采取一定的措施，在连续传送大量的信息时，将会因积累误差造成错位，使接收方收到错误的信息。为了解决这一问题，需要使发送和接收同步。按同步方式的不同，可将串行通信分为异步通信和同步通信。发送的数据字符由一个起始位、7~8个数据位、l个奇偶校验位（可以没有）和停止位（1位、1.5或2位）组成。通信双方需要对所采用的信息格式和数据的传输速率作相同的约定。接收方检测到停止位和起始位之间的下降沿后，将它作为接收的起始点，在每一位的中点接收信息。由于一个字符中包含的位数不多，即使发送方和接收方的收发频率略有不同，也不会因两台机器之间的时钟周期的误差积累而导致错位。异步通信传送附加的非有效信息较多，它的传输效率较低，一般用于低速通信，PLC一般使用异步通信。同步通信以字节为单位（一个字节由8位二进制数组成），每次传送l~2个同步字符、若干个数据字节和校验字符。同步字符起联络作用，用它来通知接收方开始接收数据。在同步通信中，发送方和接收方要保持完全的同步，这意味着发送方和接收方应使用同一时钟脉冲。在近距离通信时，可以在传输线中设置一根时钟信号线。在远距离通信时，可以在数据流中提取出同步信号，使接收方得到与发送方完全相同的接收时钟信号。由于同步通信方式不需要在每个数据字符中加起始位、停止位和奇偶校验位，只需要在数据块（往往很长）之前加一两个同步字符，所以传输效率高，但是对硬件的要求较高，一般用于高速通信。

stm32串口通讯是检测边沿还是电平

STM32串口通信正常来说两项数据都需要检测。
介绍串口通信
按照数据传送方向分类
单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输
半双工：允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口
全双工：允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端
分别如下图中的a、b、c所示。

按照通信方式分类
同步通信：带时钟同步信号传输。比如：SPI，IIC通信接口
异步通信：不带时钟同步信号。比如：UART(通用异步收发器)，单总线
在同步通讯中，收发设备上方会使用一根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据。例如，通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进行采样。
在异步通讯中不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些用于同步的信号位，或者将主题数据进行打包，以数据帧的格式传输数据。通讯中还需要双方规约好数据的传输速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。
在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝大部分是有效数据，而异步通讯中会则会包含数据帧的各种标识符，所以同步通讯效率高，但是同步通讯双方的时钟允许误差小，稍稍时钟出错就可能导致数据错乱，异步通讯双方的时钟允许误差较大。
STM32串口通信基础
STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART（通用异步收发器）、USART（通用同步异步收发器）。而对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。
UART引脚连接方法
RXD：数据输入引脚，数据接收
TXD：数据发送引脚，数据发送

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

若是芯片与PC机（或上位机）相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。RS232接口是9针（或引脚），通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。故，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成RS232类型，再交叉连接。
经过电平转换后，芯片串口和RS232的电平标准是不一样的：
单片机是TTL电平：+5V表示1，0V表示0
RS232是负逻辑电平，-3~-15V为1，+3~+15V为0
RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：

所以单片机串口与PC串口通信就应该遵循下面的连接方式：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路(如下面图中的Max232芯片) 实现TTL电平与RS232电平之间的转换。下图中的P10，也就是上文中提到的DB9。

STM32的UART特点
全双工异步通信；
分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s；
可编程的数据字长度（8位或者9位）；
可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
可配置的使用DMA多缓冲器通信；
单独的发送器和接收器使能位；
检测标志：① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志；
多个带标志的中断源，触发中断；
其他：校验控制，四个错误检测标志。
串口通信过程

STM32中UART参数
串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备的RXD接口，通讯双方的数据包格式要规约一致才能正常收发数据。STM32中串口异步通信需要定义的参数：起始位、数据位（8位或者9位）、奇偶校验位（第9位）、停止位（1,15,2位）、波特率设置。
UART串口通信的数据包以帧为单位，常用的帧结构为：1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位（可选）+1位停止位。如下图所示：

奇偶校验位分为奇校验和偶校验两种，是一种简单的数据误码校验方法。奇校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为奇数；偶校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为偶数。
校验方法除了奇校验(odd)、偶校验(even)之外，还可以有：0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校验(noparity)。0/1校验：不管有效数据中的内容是什么，校验位总为0或者1。
UART框图

这个框图分成上、中、下三个部分，具体的可以看《STM32中文参考手册》中的描述。
框图的上部分，数据从RX进入到接收移位寄存器，后进入到接收数据寄存器，最终供CPU或者DMA来进行读取；数据从CPU或者DMA传递过来，进入发送数据寄存器，后进入发送移位寄存器，最终通过TX发送出去。
然而，UART的发送和接收都需要波特率来进行控制的，波特率是怎样控制的呢？
这就到了框图的下部分，在接收移位寄存器、发送移位寄存器都还有一个进入的箭头，分别连接到接收器控制、发送器控制。而这两者连接的又是接收器时钟、发送器时钟。也就是说，异步通信尽管没有时钟同步信号，但是在串口内部，是提供了时钟信号来进行控制的。而接收器时钟和发送器时钟又是由什么控制的呢？
可以看到，接收器时钟和发送器时钟又被连接到同一个控制单元，也就是说它们共用一个波特率发生器。同时也可以看到接收器时钟（发生器时钟）的计算方法、USRRTDIV的计算方法。
这里需要知道一个知识点：
UART1时钟：PCLK2（高速）
UART2、UART3、UART4时钟：PCLK1（低速）