一、串口协议与RS-232标准

1.串口通信协议

? ? ? 串口通讯?(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。?通讯协议，我们以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。

? ? 串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。

一般情况下，设备之间的通信方式分为串行通信和并行通信。

	并行通信	串行通信
传输原理	数据各个位同时传输	数据按位顺序传输
优点	速度快	占用引脚资源少
缺点	占用引脚资源多	速度相对较慢

按照数据的传输方向，串口通信分为：

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。

按照通信方式，分为

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

串口通讯的物理层有很多标准及变种，我们主要讲解RS-232标准，RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。

串口通信协议层：

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。在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据。

2.?RS-232标准

?使用RS-232标准的串口设备间常见的通讯结构见图

在上面的通讯方式中，两个通讯设备的"DB9接口"之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用"RS-232标准"传输数据信号。由于RS-232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个"电平转换芯片"转换成控制器能识别的"TTL校准"的电平信号，才能实现通讯。

1.??RS232电平与TTL电平的区别?

根据通讯使用的电平标准不同，串口通讯可分为TTL标准及RS-232标准，见表?。

通讯标准

电平标准(发送端)

5V TTL

逻辑1：2.4V-5V

逻辑0：0~0.5V

RS-232

逻辑1：-15V~-3V

逻辑0：+3V~+15V

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表?TTL电平标准与RS232电平标准

? ? ? ?我们知道常见的电子电路中常使用TTL的电平标准，理想状态下，使用5V表示二进制逻辑1，使用0V表示逻辑0；而为了增加串口通讯的远距离传输及抗干扰能力，RS232使用-15V表示逻辑1，+15V表示逻辑0。使用RS232与TTL电平校准表示同一个信号时的对比见图。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图 RS-232与TTL电平标准下表示同一个信号

因为控制器一般使用TTL电平标准，所以常常会使用MA3232芯片对TTL及RS-232电平的信号进行互相转换。

2.RS-232串口简介

在最初的应用中，RS-232串口标准常用于计算机、路由与调制调解器(MODEN，俗称"猫")之间的通讯，在这种通讯系统中，设备被分为数据终端设备DTE(计算机、路由)和数据通讯设备DCE(调制调解器)。我们以这种通讯模型讲解它们的信号线连接方式及各个信号线的作用。

在旧式的台式计算机中一般会有RS-232标准的COM口(也称DB9接口)，见图。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图??电脑主板上的COM口及串口线

其中接线口以针式引出信号线的称为公头，以孔式引出信号线的称为母头。在计算机中一般引出公头接口，而在调制调解器设备中引出的一般为母头，使用上图中的串口线即可把它与计算机连接起来。通讯时，串口线中传输的信号就是使用前面讲解的RS-232标准调制的。

在这种应用场合下，DB9接口中的公头及母头的各个引脚的标准信号线接法见图

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DB9标准的公头及母头接法

RS232接口（封装D89）? ? ??

序号	名称	符号	数据方向	说明
1	载波检测	DCD	DTEàDCE	Data Carrier Detect，数据载波检测，用于DTE告知对方，本机是否收到对方的载波信号
2	接收数据	RXD	DTE?DCE	Receive Data，数据接收信号，即输入。
3	发送数据	TXD	DTEàDCE	Transmit Data，数据发送信号，即输出。两个设备之间的TXD与RXD应交叉相连
4	数据终端(DTE)?就绪	DTR	DTEàDCE	Data Terminal Ready，数据终端就绪，用于DTE向对方告知本机是否已准备好
5	信号地	GND	-	地线，两个通讯设备之间的地电位可能不一样，这会影响收发双方的电平信号，所以两个串口设备之间必须要使用地线连接，即共地。
6	数据设备(DCE)就绪	DSR	DTE?DCE	Data Set Ready，数据发送就绪，用于DCE告知对方本机是否处于待命状态
7	请求发送	RTS	DTEàDCE	Request To Send，请求发送，?DTE?请求?DCE?本设备向DCE端发送数据
8	允许发送	CTS	DTE?DCE	Clear To Send，允许发送，DCE回应对方的RTS发送请求，告知对方是否可以发送数据
9	响铃指示	RI	DTE?DCE	Ring Indicator，响铃指示，表示DCE端与线路已接通