技術標籤：串列埠 接收端

串列埠通訊協議，基本上是每個微控制器開發人員必會的協議，是所有通訊協議裡面最最常用的。但是很多人並沒有去研究過細節，這篇文章乾貨滿滿，將帶你深入串列埠協議的內部。

1、串列埠協議簡介

什麼是串列埠通訊？

簡而言之，串列埠通訊就是通過一根導線（TX，只討論傳送，當然一定還包括GND），將需要的資料按bit流傳送給接收端，既然是通訊，參與的雙方當然要制定資料的傳輸方式以及規範。

隨便開啟一個串列埠助手都可以看到，如果需要使用串列埠就需要配置埠、波特率、資料位、停止位、校驗位、流控這些引數。

如果接收端和傳送端的設定不同，就可能會導致資料異常。

埠：這個就不用解釋了，使用串列埠晶片安裝驅動後就可以在電腦上看到埠號了。

現在，我們從電平訊號角度分析一下波特率、資料位、停止位、校驗位、流控（由於用的比較少，暫不分析）的作用。

2、電平訊號分析

開啟串列埠工具，分別調整如下引數

①調整引數9600/8/N/1，傳送十六進位制資料55 AA

②調整引數115200/8/N/1傳送十六進位制資料55 AA

③調整引數9600/7/N/1傳送十六進位制資料55 AA

④調整引數9600/8/O/1傳送十六進位制資料55 BA

⑤調整引數9600/8/E/1傳送十六進位制資料55 BA

⑥調整引數9600/8/N/2傳送十六進位制資料55 AA

其中B代表起始位，E代表停止位，很明顯看出是先傳輸的低bit，再傳輸的高bit。

根據①②分析，調整波特率並不會影響整體波形形狀，只有bit的持續時長不同，9600波特率時的一個bit大概佔104us，115200波特率大概是9us，這是可以算出來的9600：1000ms/9600 = 104.1us，115200：1000/115200=8.6us。分析可知波特率越大，傳輸速度越快。

根據①③分析，調整資料位後，55本來應該是01010101但是資料位調整到7之後，55變成了1010101，AA本來是10101010變成了0101010，分析可知錯誤的資料位會將傳輸的位元組從高位開始截斷，可能導致資料丟失。一般來說除非特殊需求，否則不會調整資料位引數。

根據①④⑤分析，將校驗位調整至奇校驗(ODD)後，傳輸的bit多了一個奇校驗位，就是說如果本來的8個bit的bit位按位加起來是偶數，則在最高位需要補一位1，否則補0，55傳輸變成了 (1)01010101，BA變成(0)10111010，同樣偶校驗（EVEN）、MASK校驗（校驗位始終為1）、SPACE校驗（校驗位始終為0）是相同的道理。

根據①⑥分析，將停止位設定為2後，傳輸的結束位（圖片中的E）變成之前的2倍，分析可知，設定停止位，可改變資料傳輸完成後的停止位bit持續的時間。

3、為什麼需要起始位和停止位？

波特率、資料位、校驗位很好理解，都是為了實現不同的業務需求，但是起始位和停止位存在的意義是什麼呢？

起始位：平時這根導線上是高電平，如果接收方檢測到低電平了，說明要開始接受資料了，是傳送方通知接收方開始接受的一種方式。（不考慮流控）

停止位：傳送方通知接收方傳送完成的一種方式。傳送方傳送完一個位元組後，“暫停一會”再繼續傳送下一個位元組。

這時帥氣的小夥伴就要問了，起始位存在的意義可以理解，但是為什麼需要停止位呢？不是提前都約定好了傳輸8個bit，接收方不能就接受到8個bit後認為一個位元組傳輸結束就OK了嗎？

能思考到這一步的小夥伴已經很棒了。如果我們是設計師，我們從設計的角度設計一下接收方接受資料的虛擬碼

//接收端接收資料執行緒
while(1) {
    //接收到起始位下降沿電平
    if((isGetStartFlag == 0) && getDownEdge()) {
        Delayus(52);
        //檢測起始位低電平
        if(isLowPin()) {
            isGetStartFlag = 1;
            getBitIndex = 0;
        }
    }
 
     //已經接收到起始位
    if(isGetStartFlag) {
        Delayus(104);
  
        if(getHighOrLow() == high) {
            //接收到1bit
        }else {
            //接收到0bit
        }
        getBitIndex++;
        if(getBitIndex == 8) {
            //位元組接收完成
            isGetStartFlag = 0;
            getBitIndex = 0;
        }
    }
}

按照這種虛擬碼邏輯，如果不存在停止位，會產生兩個問題。

1、可能無法檢查下降沿

如果上一個位元組最後一次傳輸是0，而下一個位元組的起始位也是0，那麼下一個位元組的起始位就檢測不到下降沿，無法觸發下一個位元組的傳輸，就會丟失資料。這時帥氣的小夥伴又要問了，那我不檢查下降沿，只檢查低電平不行嗎？直接把getDownEdge換成isLowPin函式不就可以了嗎，確實可以，這樣又會引入第二個問題。

2、時鐘同步問題

假設A跟B說，10分鐘後你提醒我喝水，然後B就看著自己的表，10分鐘後提醒A，這時A一看錶，才過去9分鐘。這種場景現實也會出現，造成的原因是A和B的表不同步或者有誤差這個誤差的引入就導致了A和B所指的“10分鐘”不相同，在我們這個串列埠的場景裡，就是傳送方和接收方約定了9600波特率，也就相當於約定了104.1us傳輸一個位元組，按照上面的虛擬碼，幾個採集點應該是

但是由於誤差，可能導致採集點偏移為

這兩個圖能大致表達時鐘不同步，導致接收裝置的採集點後移，如果這時引入了停止位，第二個BYTE開始時，由於還是從下降沿開始採集，所以會重置上一個BYTE引入的誤差。

4、總結

這篇乾貨基本把串列埠協議分析透徹了，大家在分析協議的時候，最好是從設計的角度去思考這樣設計的作用，如果有什麼分析不對的地方，歡迎大家指正。希望這篇文章能給你帶來一點作用。