STM32USART同步异步串行通讯.docx

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STM32USART同步异步串行通讯

慢慢的看一下,应该容易理解.

在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。

为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。

在计算机网络中，定时的因素称为位同步。

同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。

通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。

1.异步传输（AsynchronousTransmission）：

异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。

发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。

一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。

按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。

键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。

异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。

在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。

这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。

因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。

按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。

最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。

例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。

异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。

在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。

对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。

因此，异步传输常用于低速设备。

2.同步传输（SynchronousTransmission）：

同步传输的比特分组要大得多。

它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。

我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。

数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。

帧的最后一部分是一个帧结束标记。

与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。

同步传输通常要比异步传输快速得多。

接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。

一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。

另外，同步传输的开销也比较少。

例如，一个典型的帧可能有500字节（即4000比特）的数据，其中可能只包含100比特的开销。

这时，增加的比特位使传输的比特总数增加2.5%，这与异步传输中25%的增值要小得多。

随着数据帧中实际数据比特位的增加，开销比特所占的百分比将相应地减少。

但是，数据比特位越长，缓存数据所需要的缓冲区也越大，这就限制了一个帧的大小。

另外，帧越大，它占据传输媒体的连续时间也越长。

在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。

同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。

异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。

同步与异步传输的区别

1,异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。

2,异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。

3,异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。

4,异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。

5,异步传输相对于同步传输效率较低

USART通信

多了S同步、分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择

USART通信模式

任何USART通信，需要用到2个对外连接的引脚，RXD，TXD

RXD:

是输入引脚，用于串行数据接受

TXD：

是输出引脚，用于串行数据发送

SCLK：

发送器时钟输出（同步中用到）

IrDA模式的引脚：

调制解调器模式中

波特率节奏，串行输出

异步通信协议

异步串行通信协议需要以下5个内容

1.起始位

2.数据位（8、9）

3.奇偶校验位（9位包含）

4.停止位（1、1.5、2）

5.波特率设置（速度）

甲乙双方的通信协议要保持一致

异步通信应用场合

1.芯片间的近距离通信

2.与PC机通信（台式机，9针，RS232可十几米，到芯片）

3.模块间的远距离通信（RS485最大可3000米，最高10M，CAN协议更远更…在汽车通信中应用…）

单字节传输

发送：

发送方程序通过向发送寄存器（TDR）写入待传字节启动传输，并在USART内部移位寄存器和时钟脉冲的驱动下转换为串行比特流输送到TX线上；

接收方则从接收寄存器（RDR）获取收到的数据，RX线上收到的比特流首先进入USART内部移位寄存器中，待收到一个完整字节后才会转移到RDR。

与传输有关的状态位

（1）TXE：

（句句都重要）

1.当TDR中的数据被硬件转移到移位寄存器的时候，该位被置位。

2.若中断标志位开了，则产生中断。

3.对USART_DR的写操作，将该位清零。

4.该位为1时表示数据已经从发送缓冲器转移到移位寄存器。

（2）TC：

1.当前字节帧发送完成后，由硬件将该位置位。

2.若开了中断，则产生中断。

3.由软件序列清除该位（先对USART_SR进行读操作，然后对USART_DR进行写操作）

4.TC位也可以通过对他软件写0来清除，但次清零方式只在多缓冲器通信模式下推荐使用。

（3）RXNE:

1.当RDR移位寄存器中的数据被转移到USART_DR寄存器中，该位被硬件置位。

2.若开中断，则产生中断。

3.对USART_DR的读操作可以将该位清零。

发送方可以通过读取TXE标记的值判断当前是否可安全的写入下一个字节到发送缓冲器中，或在TXE中断中执行写动作；

接收方可以通过读取RXNE标记判断数据是否已经准备好被读取。

基于RTS和CTS硬件握手协议的控制过程

必要性：

发送方和接收方处理数据的速度很可能不匹配，仍有必要进一步设法调节TX/RX两端的发送速率，这可以通过流量软件或硬件握手协议来实现。

STM32提供基于RTS和CTS硬件握手协议

全双工异步通信数据发送配置

1.USART_CR1的UE位来激活USART

2.USART_CR1的M位定义字长

3.USART_CR2的STOP位编程停止位的位数

4.如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3的DMA使能位（DMAT）。

按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器

5.设置USART_CR1的TE位，发送一个空闲帧，作为第一次数据发送。

6.波特率

7.把要发送的数据写进USART_DR寄存器（此动作清除TXE位）。

只有在一个缓冲器的情况下，对每个发送的数据重复此步骤。

全双工异步通信数据接收配置

在USART接收期间，数据的最低有效位首先从RX脚移近。

1.USART_CR1的UE位来激活USART

2.USART_CR1的M位定义字长

3.USART_CR2的STOP位编程停止位的位数

4.如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3的DMA使能位（DMAT）。

按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。

5.波特率

6.设置RE位，激活接收器，使它开始寻找起始位。

当字符被接收时：

A）RXNE被置位。

它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。

换句话说就是，数据已经被接收，并且可以被读出（包括与之有关的错误位）。

B）若开中断，则产生中断。

C）在接收期间如果检测到帧错误、噪音、或溢出错误，错误标志将被置起。

D）在多缓冲器通信时，RXNE在每个字节接收后被置起，并由DMA对数据寄存器的读操作而清零。

E）在单缓冲模式里，由软件读USART_DR寄存器完成对RXNE位清除。

RXNE标志也可以通过对他写0来清除。

RXNE位必须在下一字符接收结束前被清零，以避免溢出错误。