RS-232串口通信协议
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1 串口通讯协议简介
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。
2 物理层
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。
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 标准”的电平信号，才能实现通讯。RS232标准串口主要用于工业设备直接通信，电平转换芯片一般有MAX3232，SP3232.
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
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，它使用
-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下图
RS-232
信号线
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
。
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
及表
信号线说明
(
公头，为方便理解，可把
DTE
理解为计算机，
DCE
理解为调制调解器)
上表中的是计算机端的
DB9
公头标准接法，由于两个通讯设备之间的收发信号
(RXD与 TXD)
应交叉相连，所以调制调解器端的
DB9
母头的收发信号接法一般与公头的相反，两个设备之间连接时，只要使用“直通型”的串口线连接起来即可
串口线中的
RTS
、
CTS
、
DSR
、
DTR
及
DCD
信号，使用逻辑
1
表示信号有效，逻辑
0 表示信号无效。例如，当计算机端控制 DTR
信号线表示为逻辑
1
时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据，0
则表示还没准备就绪。在目前的其它工业控制使用的串口通讯中，一般只使用 RXD
、TXD 以及 GND 三条信号线，直接传输数据信号，而 RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD 信号都被裁剪掉了。
USB转串口主要用于设备跟电脑通信，电平转换芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232 使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动。
原生串口到串口
原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用TTL电平通信。GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块
3 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。
1.
波特率
本章中主要讲解的是串口异步通讯，异步通讯中由于没有时钟信号
(
如前面讲解的
DB9接口中是没有时钟信号的)
，所以两个通讯设备之间需要约定好波特率，即每个码元的长度，以便对信号进行解码，图 21-6 中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率为4800、
9600
、
115200
等。
2.
通讯的起始和停止信号
串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0
的数据位表示，而数据包的停止信号可由
0.5
、
1
、
1.5
或
2
个逻辑
1
的数据位表示，只要双方约定一致即可。
3.
有效数据
在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据内容，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为 5
、
6
、
7
或
8
位长。
4.
数据校验
在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验 (odd)、偶校验
(even)
、
0
校验
(space)
、
1
校验
(mark)
以及无校验
(noparity)
。
奇校验要求有效数据和校验位中“
1
”的个数为奇数，比如一个
8
位长的有效数据为：01101001，此时总共有
4
个“
1
”，为达到奇校验效果，校验位为“
1
”，最后传输的数据将是 8
位的有效数据加上
1
位的校验位总共
9
位。
偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“
1
”的个数为偶数，比如数据帧：11001010
，此时数据帧“
1
”的个数为
4
个，所以偶校验位为“
0
”。0 校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“
0
”，
1
校验是校验位总为“
1
”。