串口通訊（上）——基礎概念

通訊協議

通訊協議分為物理層和協議層。

• 物理層：規定通訊系統中具有機械、電子功能部分的特性，確保原始數據在物理媒體的傳輸；
• 協議層：規定通訊邏輯，統一收發雙方的數據打包、解包標準。

串口通訊物理層之RS-232

RS-232標準主要規定了信號用途、通訊介面和信號電平標準。如圖9-1為常見的設備間串口通訊結構圖。

如上圖所示，每個設備都有一個DB9介面，通過DB9介面連接RS-232標準的串口線進行數據傳輸。由於通過RS-232標準傳輸的電平信號到達設備後，不能直接被識別，所以會通過電平轉換晶元（例如MAX3232、SP3232晶元等）轉換成能識別的TTL電平信號，實現通訊。

相互通訊的兩個設備間，一個設備發送數據，一個設備接收數據。一般情況下，發送數據的設備稱為DTE，如計算機；接收數據的設備稱為DCE，如數據機。

這裡需要介紹下DB9介面。如圖9-2為DB9標準的公頭、母頭接法（接線口以針式引出信號線為公頭，以孔式引出信號線為母頭）。

如上圖，以公頭為例，有9條信號線，其中，

• RXD：用於接收DCE發來的數據信號，即輸入；
• TXD：用於發送DTE的信號，即輸出。公頭和母頭的RXD和TXD應交叉連接；
• GND：用於平衡設備雙方的地電位，即共地。

其他信號線如DCD、DTR、DSR、RTS、CTS等，使用邏輯1表示有效信號，邏輯0表示無效信號。如DTE端的RTS信號線置1時，是為了告知DCE設備本機已準備好接收數據，而置0則表示未準備就緒。

串口通訊協議層

協議層規定了數據包的內容，內容包含了起始位、主體數據、校驗位及停止位，雙方需要約定一致的數據包格式才能正常收發數據。如圖9-3為數據包的基本組成。

波特率

串口非同步通訊中由於沒有時鐘信號，所以通訊雙方需要約定好波特率，即每個碼元的長度，以便對信號進行解碼。常見的波特率有4800、9600、115200等。

起始位、停止位

數據包從起始位開始，到停止位結束。起始信號用邏輯0的數據位表示，停止信號由0.5、1、1.5或2個邏輯1的數據位表示，只要雙方約定一致即可。

有效數據

起始位之後便是傳輸的主體數據內容了，也稱為有效數據，其長度一般被約定為5、6、7或8位長。

數據校驗

由於在通訊過程中易受到外部干擾導致傳輸數據出現偏差，所以在有效數據之後加上校驗位解決。校驗方法有奇校驗（odd）、偶校驗（even）、0校驗（space）、1校驗（mark）及無校驗（noparity）。

奇校驗要求有效數據和校驗位中「1」的個數為奇數，比如一個8位長的有效數據為：01101001，此時共有4個「1」，為達到奇校驗效果，校驗位為「1」，最後傳輸的是8位有效數據加1位校驗位，共9位。

而偶校驗剛好相反，要求有效數據和校驗位的「1」數量為偶數，則此時為達到偶校驗效果，校驗位為「0」。

而0校驗則無論有效數據中是什麼數據內容，校驗位總是為「0」，1校驗校驗位總是為「1」。

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