搭建机器人电控系统——通信协议——串口通信USART/UART、RS232、RS485及其实例_机器人通讯协议有哪些类型

通信协议

串口通信详解
IIC通信详解
SPI通信详解
CAN通信详解

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计算机与外界的信息交互称为通信。

基本的通信方式分为两种：
串行通信：所传送的数据各位按顺序一位一位地发送或接受，占用资源少，速度相对较慢。
并行通信：所传送的数据的各个位是同时发送或接受。速度快，占用引脚资源多。

通信的速率：
比特率（bit rate）：每秒能传输的二进制位数。
波特率（Baud rate）：每秒能传输的码元数（不一定是二进制）。
对于数字信号而言，波特率=比特率。

串行通信的种类：
同步通信：带时钟同步信号传输，通讯双方是受同一个时钟源控制，如I2C、SPI、USART。
异步通信：不带时钟信号同步，不是同一个时钟源，按照一定规则传输，如USART、UART、单总线、CAN。

串行通信的方式：
单工：只允许单方向传输，只需一条信号线
半双工：允许非同时进行的双方向传输，只需一条信号线。
全双工：允许同时进行双方向传输，需要两条信号线。

通信协议是主控MCU与各类驱动器、传感器之间实现信息交互的基本逻辑，搞懂通信协议在机器人的电控系统中占有很重要的地位。在接下来的内容中，我将分别讲解串口、IIC、SPI和CAN通信协议的区别原理以及结合实际一些模块的代码部分。

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什么是串口？

串口，全称串行接口（Series Interface），是指以串口协议为基础，数据一位一位地按顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信。

串口分类

根据串口具体实物表现的不同，我们将串口分为UART/USART、RS232、RS485等。其中UART只能异步通信，而USART既能够异步也能同步通信。

USART/UART、RS232、RS485的区别

不同串口分类遵循相同的协议——串口协议。
它们的本质区别是遵循的通信方式和电平格式不一样：

UART/USART：全双工传输；TTL电平格式，常见以3.3V/5V高电平为1，以0V低电平为0。

RS232：全双工传输；负逻辑电平格式，-5V~-15V为1，5V到+15V为0。

RS485：半双工传输；差分传输电平格式，压差在-2V~-6V之间为1，在2V到6V之间为0。
（RS485通常适用于远距离传输）

串口协议原理

以上，不管是串口的何种分类，不管电平格式或者通信方式有多大的不同，它们都遵循统一的一种协议，即串口协议，这也是为什么不管是RS232、RS485或者UART/USART，它们在程序上的写法都是一样的。

传输协议

空闲状态：TX、RX信号线为“1”高电平。（电压表测USART线为3.3V/5V，测RS232线为-5—-15V）

传输状态：

• 起始位（发送线置“0”表示开始传输）；
• 数据位（一般为8位，最高为9位，先发低位再发高位）；
• 奇偶校验位（0位/1位）；
• 停止位（发送线置“1”表示结束传输，1位/2位）。
  

*数据帧格式：把用于完成数据传输的格式称为数据帧。

需要定义的参数

• 数据位长度
• 奇偶校验位长度
• 停止位长度
• 传输模式：只用于收/发，收/发均使用
• 传输速率设置：波特率
  

在这一章的开头，我讲解过，要想学会MCU控制传感器、电机等，先要掌握MCU的三大基石——时钟、GPIO和中断。现在可以看到MCU三大基石在我们想要利用MCU控制一个模块时的作用。

发送函数USART_SendData

发送函数中核心在于

USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF)

其中将你要发送的数据Data与十六进制的01FF（二进制为0000 0001 1111 1111）做与运算，是因为我们讲过串口协议发送的数据位最高可以设置为9位。

Example：比如我要发送的数据为0x01（0000 0000 0000 0001），那么与0x01FF做与运算后就为我发送的数据本身。
（如果不与0x01FF与运算，那么当你实际写入一个0x11FF时，就会发生错误，接收方接收不到正确的信息，0x01FF的存在就是防止此类事件的发生）

接收中断USART3_IRQHandler中的USART_GetITStatus位

前提：初始化开启USART外设中断

USART_GetITStatus位将默认为0（RESET），当串口中断发生时，将变为1（SET），所以通常利用此位的变化作为接收数据的标志。

串口通信硬件管脚

TX（发送）、RX（接收）、VCC（提供传输电源）、GND（保证共地）
很显然，两个模块做通信时，发送方TX接接收方RX。

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串口通信实例——蓝牙和RS232通信的定位模块

蓝牙模块

蓝牙模块通常有六个引脚：TX、RX、VCC、GND、MD0、MD1。
其中MD0和MD1用于蓝牙模块的模式选择，通常蓝牙模块有三种模式：

MD0 MD1
00：通信功能（在使用蓝牙模块进行通信时，将这两个管脚拉低即可）
01：固件升级
10：配置功能
（根据厂商不同，可能不一样）

RS232陀螺仪定位模块

引脚：TX、RX、VCC、GND

你需要一个RS232转TTL电平格式的模块才能用MCU去控制。如果你买到了一个独立的模块，可以把该模块作为MCU的一部分，也可以把它当成陀螺仪定位模块的一部分。

（比如当成MCU的一部分时，从MCU引出的USART_TX接该模块的USART_TX，把该模块引出的RS232_TX接定位模块RS232_RX）