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［導讀］ 單片機開發串口是應用最為廣泛的通信接口，也是最為簡單的通信接口之一，但是其中的一些要點你是否明了呢？來看看本人對串口的一些總結，當然這個總結并不能面面俱到，只是將個人認為具有共性以及相對比較重要的點做了些梳理。
啥是串口？首先這玩意兒分兩種：
通用異步收發器（UART）是用于異步串行通信的一種物理層標準，其中數據格式和傳輸速度是可配置的。
通用同步收發器（USART）是一種串行接口設備，可以對其進行編程以進行異步或同步通信。
數據格式
線上空閑、無數據狀態為常高電平，故邏輯低定義為起始位。
起始位：總是 1 位
數據位：常見的有 8 位或 9 位。
校驗位
奇校驗
偶校驗
無校驗
停止位：
1 位
2 位
波特率：bit rate 就是位/秒的概念，就是 1 秒傳送多少位的概念。常見的波特率有哪些呢？
這里須注意的要點：
一個有效字節的傳輸時間怎么算？
比如 9600 下，1 位起始位，8 位數據位，奇校驗，1 位停止位，則
為什么要理解清楚這個概念呢，因為在應用中需要計算數據吞吐率問題，就比如一個應用是數據采集串口傳輸問題，需要計算采集的位速率需要小于或等于傳輸波特率，否則數據就來不及傳。當然如果說你有足夠大的緩沖區可以臨時存儲，但是如果進來太快，而傳出速度跟不上，多大的緩沖都會滿！
校驗位有用嗎？當你的傳輸介質處于一個有干擾的場景下，校驗位就可以從物理層檢測出錯誤。
理解數據編碼方式有啥意義呢？比如在調試中你可以利用邏輯分析直接去解析收發線上的數據報文。
應用電路設計的時候 RX-TX 相連，很多初學者容易在這里踩坑！
常見的傳輸位序為低有效位在前。
對于波特率而言需要注意波特率發生器有可能帶來誤碼問題
啥是 UART？
兩邊分別代表兩個通信的設備，單從 UART 編程的角度講收發不需要物理同步握手，想發就發。圖中箭頭代表數據信息流向。RX 表示接收數據，TX 表示發送數據。數據總是從發送端傳遞到接收端，這就是為啥 RX 連接 TX，TX 連 RX 的原因。
啥是 USART？
同步簡單說，收發不可自如，不可以想發就發，收發需要利用硬件 IO 口進行握手，RTS/CTS 就是用于同步的握手信號：
RTS:Ready to send，請求發送，用于在當前傳輸結束時阻止數據發送。
CTS：clear to send，清除發送，用于指示 USART 已準備好接收數據。
這個對于普通應用而言并不常見，這里不做詳細展開，需要用到的時候只需要對應收發時控制握手信號即可。
編程策略對于不同的單片機，其硬件體系各異，寄存器也差異很大，但是從收發編程策略角度而言，常見有下面三種方式：
查詢發送/中斷接收模式
收發中斷模式
DMA 模式
查詢發送/中斷接收模式這里以偽代碼方式描述一下：
/*查詢發送字節*/
void uart_send_byte（ uint8 ch ）
{
/*如果當前串口狀態寄存器非空閑，則一直等待*/
/*注意while循環后的分號，表示循環體為空操作*/
while（ ！UART_IS_IDLE（） ）;
/*此時將發送字節寫入發送寄存器*/
UART_TX_REG = ch;
}
/*發送一個緩沖區*/
void uart_send_buffer（ uint8 *pBuf，uint8 size ）
{
uint8 i = 0;
/* 異常參數處理*/
if（ pBuf == NULL ）
return;
for（ i=0; i《size;i++ ）
{
send_byte（ pBuf［i］ ）;
}
}
對于接收而言，如采用查詢模式則幾乎是沒有任何應用價值，因為外部數據不知道什么時候會到來，所以查詢接受就不描述了，這里描述一下中斷接收。
static uint8 rx_index = 0;
void uart_rx_isr（ void ）
{
/* 接收報文處理 */
rx_buffer［rx_index++］ = UART_RX_REG;
}
中斷接收需要考慮的幾個要點：
斷幀：這就取決于協議怎么制定了，比如應用協議定義的是 ASCII 碼方式，就可以定義同步頭、同步尾，比如 AT 指令的解析，做邏輯判斷幀頭、幀尾即可。但是如果傳輸的是 16 進制數據，比如 MODBUS-RTU 其斷幀采用的是 3.5 個字節時間沒有新的字節接收到，則認為收到完整的幀了。
如何保證幀的完整性，一般會在報文尾部加校驗，比較常用的校驗模式有 CRC 校驗算法。
不同的單片機開發環境對于中斷向量的處理方式略有不同，需要根據各自芯片的特點進行處理。比如 51 單片機，其發送/接收都共享一個中斷向量號。
收發中斷模式#define FRAME_SIZE （128u）
static uint8 tx_buffer［FRAME_SIZE］;
static uint8 tx_index = 0;
static uint8 tx_length = 0;
static uint8 rx_buffer［FRAME_SIZE］;
static uint8 rx_index = 0;
static bool rx_frame_done = false;
void prepare_frame（ uint8 * pBuf， uint8 size ）
{
/*將待傳的報文按照協議封裝*/
/*可能需要處理的事情，比如幀頭、幀尾、校驗等*/
}
bool uart_start_sending（ uint8 * pBuf， uint8 size ）
{
if（ pBuf == NULL ）
return false;
memcpy（ tx_buffer，pBuf，size ）;
tx_index = 0;
tx_length = size;
/*使能發送中斷，向發送寄存器寫入一個字節，進入連續發送模式*/
ENABLE_TX_INT = 1;
UART_TX_REG = tx_buffer［tx_index++］;
}
void uart_tx_isr（ void ）
{
if（ tx_index《tx_length ）
{
UART_TX_REG = tx_buffer［tx_index++］;
}
else
{
/*發送完畢，關閉發送中斷*/
DISABLE_TX_INT = 1;
}
}
void uart_rx_isr（ void ）
{
/*處理接收，待接收到完整的幀就設置幀完成標記*/
/*由于應用各有不同，這里就無法描述實現了*/
}
還需要考慮的是，對于 UART 硬件層面的出錯處置，以 STM32 為例，就可能有下面的錯誤可能發生：
溢出錯誤
噪聲檢測
幀錯誤
奇偶校驗錯誤
另外不同的單片機其底層硬件實現差異也不較大，比如有的硬件發送緩沖是單字節的緩沖，有的則具有 FIFO，這些在選型編程時都需要綜合考慮。
DMA 模式DMA 發送模式而言，大致分這樣幾步：
初始化 UART 為 DMA 發送模式，開啟 DMA 結束中斷，并寫好 DMA 傳輸結束中斷處理函數
準備待發送報文，幀頭、幀尾、校驗處理
將待發送報文緩沖區首地址賦值給 DMA 源地址，DMA 目標地址設置為 UART 發送寄存器，設置好發送長度。
啟動 DMA 傳輸，剩下傳輸完成就會進入傳輸結束中斷處理函數。
DMA 接收模式而言，大致分這樣幾步：
初始化 UART 為 DMA 接收模式，開啟 DMA 結束中斷，并寫好 DMA 傳輸結束中斷處理函數
中斷處理函數中標記接收到幀，對于使用 RTOS 而言，還可以使用的機制是利用 RTOS 的事件機制、消息機制進行通知有新的幀接收到了。
對于 DMA 接收模式而言，對于變長幀的處理較為不利，所以如果想使用 DMA 接收，制定協議時盡量考慮將幀長度固定，這樣處理會方便些。
總結一下單片機串口是一個需要好好掌握的內容，這里總結了一些個人經驗，盡量將一些個人共性的東西總結出來。至于實際實現而言，由于芯片體系差異較多，具體代碼各異。但個人認為處置的思路方法卻是基本一致。所以本文除了描述串口本身的細節而言，想表達的一個額外的觀點是：
對于一些技術點盡量學會將其共性的東西剝離總結出來。
總結、概括、剝離抽象是一個比較好的學習思路，不用對具體的硬件死記，萬變不離其宗。
如果本文有喜歡的朋友，后面陸續可以總結一下I2C/SPI等常用接口。
? ? ? ? 責任編輯:pj
工商網監
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