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二十七、通信接口

news 2025/11/11 8:44:13

前言：本章为通信接口的简单介绍。下一章节讲解UART。

一、通信接口简介

二、串口通信原理

三、串口通信的硬件连接

常见连接方式

四、口通信的电平标准

五、串口通信的参数

六、UART 数据帧结构

七、UART 时序图分析

八、UART 的同步与误差

九、总结

一、通信接口简介

在嵌入式系统中，通信接口是微控制器与外部设备进行数据交换的桥梁。常见的通信接口包括：

UART（通用异步收发器）
SPI（串行外设接口）
I²C（集成电路间通信）
CAN（控制器局域网）
USB、Ethernet 等高速接口

这些接口的区别主要在于数据传输方式、同步方式、传输速率和应用场景。
而在众多通信接口中，UART 串口通信是最基础、最常用的接口之一，几乎所有单片机都具备 UART 模块。

二、串口通信原理

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter） 中文称为通用异步收发器。
它是一种异步、全双工的串行通信方式，也就是说：

“异步”表示通信双方不共享时钟信号，而是依靠波特率来保持同步；
“全双工”意味着发送和接收可以同时进行。

UART 通信以比特为单位在一条线上依次发送数据，因此被称为串行通信。
相比并行通信，虽然速度略慢，但线路简单、成本低、抗干扰能力强。

三、串口通信的硬件连接

在 STM32C8T6 中，串口通信一般使用 USART1、USART2、USART3 等硬件外设。
每个 USART 都有两条主要信号线：

常见连接方式

1.MCU 与上位机通信（如电脑）
电脑通常没有直接的 UART 接口，因此需要使用 USB 转 TTL 模块（如 CH340、CP2102、FT232） 将信号转换后连接。

STM32 TX → USB-TTL RX
STM32 RX → USB-TTL TX
GND → GND

2.MCU 与 MCU 通信

两个 STM32 之间也可以通过交叉连接 TX/RX 实现通信。

四、口通信的电平标准

UART 只是通信协议规范，而具体的电平标准决定了信号电压范围。常见的有两种：

STM32 的 UART 口使用 TTL 电平。
若要与电脑的 RS-232 串口通信，需要通过 MAX232 芯片进行电平转换。

五、串口通信的参数

UART 通信双方必须在通信前约定好相同的参数，否则会出现乱码或丢包。常见参数包括：

常用配置是 8N1：

8 位数据
无校验位（N）
1 位停止位

六、UART 数据帧结构

在 UART 中，数据以帧（Frame）为单位发送。
一个典型的 8N1 数据帧如下图所示：

空闲线起始位数据位0~7 停止位
| | | |
|--------------|---------|-----------|
1 (高) 0 (低) bit0→bit7 1 (高)

解释：

空闲状态：线路为高电平
起始位：低电平表示传输开始
数据位：从低位（LSB）开始发送
停止位：高电平表示传输结束

七、UART 时序图分析

下面是 UART 的标准时序图（以 8N1 格式为例）：

电平
高 ────────────────────────────────────────────
↓起始位 ↑停止位
┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐
低───┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └─┘ └───────────
|<- 每一位的持续时间取决于波特率 ->|

例如：
波特率 = 9600 bps → 每位时间 = 1/9600 ≈ 104.17 μs
那么发送 1 帧（10 位数据：1+8+1）需要约 1.04 ms。