詳解RS232/UART/協定/序列槽通信

RS232基本概念：

序列槽通信時串行通信裡面的異步方式 UART是序列槽通信裡面的一種協定，通俗的講：

序列槽(基本上) = RS232 = UART = USART = U(S/A)RT

注：

①RS232是協定名稱，而序列槽還應該包括了其它協定，如：RS485、RS422等；

②U是通用，A是異步，S是同步，是以，UART跟USRT差別在于有無同步時鐘，是以有的序列槽會有三根線（地線除外），多了一根時鐘線；

距離稍微遠一點，同步通信就不太合适了，通着通着就亂了；

③RS232發送是靠TXD和GND之間的電壓來傳資料（接收跟發送雷同），是共模電壓，抗幹擾能力差，導緻傳輸距離非常有限；

④被廣泛使用的原因：因為RS232的簡單、低成本，是以不管是單片機、ARM、DSP都配了這種接口；

⑤真正裝置間通信肯定是RS232電平的序列槽資料，抗幹擾能力強，TTL電平是電路闆上使用的電平，是以真正傳輸時，肯定會進行RS232和TTL之間的轉換。

RS232的協定

因為是異步的通信，那麼如何保證資料發送的可靠呢，那麼就需要幾個扛大旗的人，如起始位，停止位；

典型的其中一種消息協定主要分以下幾個部分：起始位、資料位、校驗位、停止位，注意：這裡用的是位（bit）。

單純地按照協定規定的去做，會出現一些問題。

1、奇偶校驗的校驗能力太差。

2、傳錯一個資料，沒法重傳。

3、在總線上挂了幾個從機，主機如何區分是哪台從機發出的資料（有的裝置不能把校驗位當位址位用）。

4、如果沒有成功發送停止位，那麼接收端會不會一直等待。

5、總線上傳錯了一組資料，沒法定位是哪個地方（哪個位）出問題。

鑒于以上諸多問題，我們想到了一種解決辦法，就是封裝成幀。一幀資料包含多個byte，而一個byte的資料包含多個bit（起始位、資料位等）。

自定義協定

根據實際需求自定義協定。下面舉個例子（非通用協定/準則），并以“域”來表示協定裡面各個功能子產品。

1、幀起始。

幀起始，一般以0x55或者0xaa作為起始的标志，為什麼要用這種數字？

十六進制的5，轉為二進制是0101；十六進制的A，轉為二進制是1010。這樣，0x55，就是01010101了。

0和1交替出現，一來友善接收方實作自适應波特率，二來避免幹擾。

a、通過檢測0和1之間的時間間隔，即可知道該幀資料的波特率。

b、如果設為0xff，那麼，在總線上出現一個幹擾，接收端很有可能誤以為要接收資料。

2、指令域。

指令域，可以随意一點，如：設上行為0x1d，下行為0x3a，重傳為0xb7，應答為0x89。

3、位址域（可選）。

位址域，也可以随意一點，如果所有裝置的位址均不相同，那就隻具備點對點的功能。

當然，你也可以視實際情況，把某幾台裝置的位址設為一樣，這樣就有點對多點的功能。

4、長度域（可選）。

如果是發送固定長度的幀，是可以不使用長度域；如果是不固定長度的幀，則可以加上。

4、資料域。

資料域，一般由資料個數和資料組成。

比如，你要傳3個數，分别是0x00到0x02。那麼資料域就是0x03 0x00 0x01 0x02。

5、校驗域。

校驗域，可以使用校驗和或者CRC校驗。如，使用CRC16算法話，校驗域為2個byte。

一般除了幀起始和幀結束以外，都送進CRC校驗。

好了，這樣的話，我要發一個上行的資料，到位址為0x0a的裝置，一共3個資料（固定長度），分别是0xa0，0xb0，0xc0。

那麼一幀資料就是：0x55 0x1d 0x0a 0x03 0xa0 0xb0 0xc0 0x53 0xfb

隻要把上面這一幀資料，一個byte一個byte地發送出去，即可。

使用CRC-16對該幀（除去幀起始）進行計算，可以得到0x53FB。如下圖所示。

6、應答和重傳。

如果接收端，收到一幀資料，經過CRC校驗，資料正确，這時得傳一幀簡易的應答幀，以告訴主機，這個幀接收成功。

應答幀， 如：0x55 0x89 0xa6 0xc1。

如果接收端，收到一幀資料，經過CRC校驗，發現資料有錯，這時得傳一幀簡易的重傳幀，以請求重傳。

重傳幀，如：0x55 0xb7 0x76 0x40。

這樣，序列槽的功能就強大了很多

總結：

不管是RS232、或者其他協定，一般是都以byte為機關，傳輸資料的。如果你想把12位的ADC資料，通過序列槽發到PC機，那麼，你得分成兩個byte，高位補零。

從RS232到USB、以太網，不難看出，實體層/實體接口變化不大，而協定/資料鍊路層卻越來越複雜。

這也說明了，傳輸資料的可靠性，不能過于依賴實體層，而應該依賴協定上的一些機制（校驗、重傳等）。

要是實作序列槽通訊，隻許連接配接這三根線就好了：

如果地線不連（共地），兩個裝置識别出來的電壓就會産生很大的誤差，出現資料亂飄的情況。