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單片機串口協(xié)議 六種串口協(xié)議特征及范式

在現(xiàn)實生活中，我們總是需要與人打交道，彼此之間毫無關(guān)系。單片機是相同的，它需要與各種設(shè)備交互。例如，汽車的顯示儀器需要知道汽車的速度和電機的運行參數(shù)，然后顯示儀器需要從汽車的底部控制器獲得數(shù)據(jù)。獲得該數(shù)據(jù)的過程是一個通信過程。類似的例子是控制器通常是單個芯片或PLC和變頻器之間的通信。溝通的雙方需要遵守一套既定的規(guī)則，也就是協(xié)議，這就像我們之間的對話，雙方都必須遵守一套語言和語法規(guī)則來實現(xiàn)對話。

通信協(xié)議又分為硬件層協(xié)議和軟件層協(xié)議。硬件層協(xié)議主要規(guī)范了物理上的連線，傳輸電平信號及傳輸?shù)闹刃虻扔布�性質(zhì)的內(nèi)容。常用的硬件協(xié)議有串口，IIC， SPI， RS485， CAN和 USB。軟件層協(xié)議則更側(cè)重上層應(yīng)用的規(guī)范，比如modbus協(xié)議。

好了，那這里我們就簡單介紹51單片機的串口通信協(xié)議，以下簡稱串口。串口的6個特征如下。

(1)、物理上的連線至少3根，分別是Tx數(shù)據(jù)發(fā)送線，Rx數(shù)據(jù)接收線，GND共用地線。

(2)、0與1的約定。RS232電平，約定﹣5V至﹣25V之間的電壓信號為1，﹢5V至﹢25V之間的電壓信號為0 。TTL電平，約定5V的電壓信號為1，0V電壓信號為0 。CMOS電平，約定3.3V的電壓信號為1，0V電壓信號為0 。其中，CMOS電平一般用于ARM芯片中。

(3)、發(fā)送秩序。低位先發(fā)。

(4)、波特率。收發(fā)雙方共同約定的一個數(shù)據(jù)位(0或1)在數(shù)據(jù)傳輸線上維持的時間。也可理解為每秒可以傳輸?shù)奈粩?shù)。常用的波特率有300bit/s, 600bit/s, 2400bit/s, 4800bit/s, 9600bit/s。

(5)、通信的起始信號。發(fā)送方在沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時，應(yīng)該將Tx置1 。 當(dāng)需發(fā)送時，先將Tx置0，并且保持1位的時間。接受方不斷地偵測Rx，如果發(fā)現(xiàn)Rx常時間變高后，突然被拉低(置為0)，則視為發(fā)送方將要發(fā)送數(shù)據(jù)，迅速啟動自己的定時器，從而保證了收發(fā)雙方定時器同步定時。

(6)、停止信號。發(fā)送方發(fā)送完最后一個有效位時，必須再將Tx保持1位的時間，即為停止位。

串口協(xié)議開發(fā)：

以下解析范式都是采用數(shù)據(jù)隊列的形似來存儲，并且根據(jù)設(shè)備運行速度差異，還需增加數(shù)據(jù)包隊列來存儲解析完畢的數(shù)據(jù)包

1.范式一《固定長度》無校驗

0x6B----------20字節(jié)--------0xB6

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)20個。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取完22個字節(jié)后結(jié)束儲存，并判斷最后一個字節(jié)是否為0xB6.

這種范式如果出現(xiàn)誤碼，整個包就會變成錯誤包，會比較危險。

1.范式二《固定長度》有校驗

0x6B----------20字節(jié)--------校驗-0xB6

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)20個，幀尾前面有一個校驗碼。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取完23個字節(jié)后結(jié)束儲存，并判斷最后一個字節(jié)是否為0xB6.

并且判斷校驗碼。

這種范式解決上述出現(xiàn)的誤碼問題。

1.范式三《不固定長度》無校驗

0x6B----------N字節(jié)---------0xB6

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個，幀尾前面有一個校驗碼。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取到0xB6后結(jié)束儲存，并判斷最后一個字節(jié)是否為0xB6.

這種范式會出現(xiàn)錯誤解包的問題，例如數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了0xB6的數(shù)據(jù)，這個包就丟了。

依然會有誤碼的問題。

1.范式四《不固定長度》有校驗

0x6B----------N字節(jié)--------校驗-0xB6

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個，幀尾前面有一個校驗碼。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取到0xB6后結(jié)束儲存，并判斷最后一個字節(jié)是否為0xB6.

并且判斷校驗碼。

這種范式解決上述出現(xiàn)的誤碼問題。

這種范式會出現(xiàn)錯誤解包的問題，例如數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了0xB6的數(shù)據(jù)，這個包就丟了。

1.范式五《不固定長度》有校驗，加入轉(zhuǎn)義字符

0x6B----------N字節(jié)--------校驗-0xB6

如果數(shù)據(jù)中有0xB6數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)包就被提前結(jié)束了，并不是我們想要的數(shù)據(jù)。

這里需要加入轉(zhuǎn)義字符

0xB6 -> 0xBf,0x01

0xBf -> 0xBf,0x02

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個，幀尾前面有一個校驗碼。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取到0xB6后結(jié)束儲存，并判斷最后一個字節(jié)是否為0xB6.

并且判斷校驗碼。

需要去解析特定的轉(zhuǎn)義字符

這種范式解決上述出現(xiàn)的誤碼問題。

這種范式不會出現(xiàn)錯誤解包的問題。

1.范式6《不固定長度》有校驗

0x6B-0xB6-N數(shù)據(jù)長度---------N字節(jié)--------校驗

上面數(shù)據(jù)中有一個幀頭0x6B，0xB6，數(shù)據(jù)長度，中間數(shù)據(jù)N個，校驗碼。

每次數(shù)據(jù)要找到幀頭0x6B才開始存儲，讀取到數(shù)據(jù)長度后讀取對應(yīng)長度，再讀取一個校驗碼。

判斷校驗碼即可。

這種范式解決上述出現(xiàn)的誤碼問題。

這種范式不會出現(xiàn)錯誤解包的問題。