USB、UART、TTL、RS232串口通信知识点
串行通信技术(serial communication)，是指通信双方按位bit进行，遵守时序的一种通信方式。串行通信中，将数据按位依次传输， 每位数据占据固定的时间长度，仅用一根接收线和一根发送线就可以完成系统间交换信息。
尽管串行通讯的比按字节传输的并行通信慢，但是串口具有通信线路少，布线简便易行，施工方便，结构灵活，系统间协商协议，自由度及灵活度较高的特点。
同步通信：
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。它们均由同步字符、数据字符和校验字符(crc)组成。
同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。
数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定;
校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。
同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。
异步通信：
异步通信中，有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率，在发送端和接收端要保持一致。
数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。
发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。
接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑0(即字符帧起始位)时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。
虽然异步技术使用简单,但起始和停止位是额外开销,浪费了带宽。
一、不同接口之间的区别：
usb (universal serial bus，通用串行总线)是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。
串行接口简称串口，也称串行通信接口(通常指com接口)，是采用串行通信方式的扩展接口。
(1) d型9针串口(db9)：rs-232电平标准
(2)4针串口：ttl电平标准
二、串口通信
典型的串口通信使用3根线完成，分别是地线gnd、发送txd(transport)、接收rxd(receive)。
由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
串口通信(异步)最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶的校验。对于两个需要进行串口通信的端口，这些参数必须匹配，这也是能够实现串口通讯的前提。
串口通信(如rs232接口)的数据传输都是0和1，在单总线、i2c、uart中都是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0，但这种信号线的gnd再与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。而差分通信、支持多机通信、抗干扰强的rs485则能够实现更适合长距离、高速传输。
对于通讯协议，最基本的是把它分为物理层和协议层。
物理层
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。
串口通讯的物理层有很多标准及变种，例如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。
在上面的通讯方式中，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与ttl的电平标准
不平衡传输、相对于信号地的单端通讯、全双工
rs485 差分信号
为了提高抗干扰特性和增大传输距离，rs485采用差分信号进行数据传输，是一种半双工通信方式;
在rs485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：
1)抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
2)能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
3)时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
由于差分信号线具有这些优点，所以在usb协议、485协议、以太网协议及can协议的物理层中，都使用了差分信号传输。
2. 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， 规定了通讯逻辑(数据包的内容)，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式(帧格式)要约定一致才能正常收发数据;通常两个设备之间通信要约定好波特率、数据长度、检验位和停止位。
波特率：数据信号对载波的调制速率，串口异步通讯中由于没有时钟信号(如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。比如波特率为9600bps;代表的就是每秒中传输9600bit，也就是相当于每一秒中划分成了9600等份。【比特率 = 波特率 x 单个调制状态对应的二进制位数】
起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。
数据位：数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定(通常为5、6、7或8位。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。
校验位：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。
(1)奇校验(odd)：数据位加上校验位中的“逻辑高位1”的个数保持为奇数;
(2)偶校验(even)：数据位加上校验位中的“逻辑高位1”的个数保持为偶数(3)0校验(space)：校验位永远是0;
(4)1校验(mark)：校验位永远是1;
(5)无校验(noparity)：没有校验位。
停止位：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。
空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。
例如，对于16进制数据 55aah，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如下图所示。
(先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是 从低位向高位 逐位传输)
3、数据传输方向
单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输;
半双工：允许数据在两个方向上传输，但某一时刻只允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换方向的单工通信，不需要独立的接收端和发送端，两者可合并为一个端口;
全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工方式的结合，需要独立的接收端和发送端。
4、设备间通信
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。例如gps模块、gsm模块、串口转wifi模块、hc04蓝牙模块等与控制器之间的通讯。
rs232转ttl，通过电平转换芯片将 标准 rs232 串口信号转换为 ttl电平的 rs232 串口信号，不需要安装驱动。
usb转串口(ttl)实现计算机usb接口到物理串口之间的转换。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。
串口发送
串口应用发送数据->usb串口驱动获取数据->驱动将数据经过usb通道发送给usb串口设备->usb串口设备接收到数据通过串口发送
串口接收
usb串口设备接收串口数据->将串口数据经过usb打包后上传给usb主机->usb串口驱动获取到通过usb上传的串口数据->驱动将数据保存在串口缓冲区提供给串口应用读取
4、usart、uart简介
通用同步异步收发器(usart，universal synchronous asynchronous receiver and transmitter)是一个串行通信设备， 可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
通用同步异步收发器(usart，universal synchronous asynchronous receiver and transmitter)是一个串行通信设备， 可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
通用异步收发器(uart，universal asynchronous receiver and transmitter)， 它是在usart基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。
数据通信方式包括同步和异步通信，发送方和接收方按照同一个时钟周期工作就叫同步，发送方和接收方没有提供时钟输出、不按照统一的时钟周期、而各自按照自己的时钟周期工作就叫异步。
异步通信时接收方不必一直在意发送方，发送方需要发送信息时会首先给接收方一个信息开始的起始信号，接收方接收到起始信号后就认为后面紧跟着的就是有效信息，才会开始注意接收信息，直到收到发送方发过来的结束标志。串口通信是属于异步的，这个时候的波特率及数据包规则(帧格式)就显得很重要了。
5、串口流控
在两个串口设备间传输数据时经常有必要进行数据流控。这可能是受到中间串口通信线路、其中一个设备或者其他存储介质的限制。异步数据流控通常使用的有两种方法。
第一种方法通常称为软件流控，使用特殊字符开始(xon or dc1)或者停止(xoff or dc3)数据流。这些字符定义参见 ascii 码表。这些码值在传输文本信息时很有用，但不能在未经特殊编程时用于传输其他类型的信息。
第二种方法称作硬件流控，使用rts和cts信号线取代特殊字符。当接收方准备好接收数据时会将rts置为逻辑0以请求对方发送数据，当未准备好时置为逻辑1，因此发送方会通过检测 cts 电平状态判断是否可以发送数据。
使用硬件流控至少需要连接的信号线有gnd、rxd、txd、rts、cts。
使用软件流控只需要gnd、rxd、txd。
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二、串口通信
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3、数据传输方向
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通用同步异步收发器(usart，universal synchronous asynchronous receiver and transmitter)是一个串行通信设备， 可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
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