單片機(jī)串口協(xié)議 六種串口協(xié)議特征及范式

　　在現(xiàn)實(shí)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(jī)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(jī)的運(yùn)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(gè)通信過程。類似的例子是控制器通常是單個(gè)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(shí)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再|(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(jī)的串口通信協(xié)議，以下簡稱串口。串口的6個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)位（0或1）在數(shù)據(jù)傳輸線上維持的時(shí)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(shí)，應(yīng)該將Tx置1 。 當(dāng)需發(fā)送時(shí)，先將Tx置0，并且保持1位的時(shí)間。接受方不斷地偵測Rx，如果發(fā)現(xiàn)Rx常時(shí)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(shí)器，從而保證了收發(fā)雙方定時(shí)器同步定時(shí)。

　　（6）、停止信號。發(fā)送方發(fā)送完最后一個(gè)有效位時(shí)，必須再將Tx保持1位的時(shí)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(duì)列的形似來存儲，并且根據(jù)設(shè)備運(yùn)行速度差異，還需增加數(shù)據(jù)包隊(duì)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(yàn)

　　0x6B----------20字節(jié)--------0xB6

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

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

　　這種范式如果出現(xiàn)誤碼，整個(gè)包就會變成錯(cuò)誤包，會比較危險(xiǎn)。

　　1.范式二《固定長度》有校驗(yàn)

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

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

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

　　并且判斷校驗(yàn)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(yàn)

　　0x6B----------N字節(jié)---------0xB6

　　上面數(shù)據(jù)中有一個(gè)幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個(gè)，幀尾前面有一個(gè)校驗(yàn)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(gè)字節(jié)是否為0xB6.

　　這種范式會出現(xiàn)錯(cuò)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(gè)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(yàn)

　　0x6B----------N字節(jié)--------校驗(yàn)-0xB6

　　上面數(shù)據(jù)中有一個(gè)幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個(gè)，幀尾前面有一個(gè)校驗(yàn)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(gè)字節(jié)是否為0xB6.

　　并且判斷校驗(yàn)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(cuò)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(gè)包就丟了。

　　1.范式五《不固定長度》有校驗(yàn)，加入轉(zhuǎn)義字符

　　0x6B----------N字節(jié)--------校驗(yàn)-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(gè)幀頭0x6B，幀尾0xB6，中間數(shù)據(jù)N個(gè)，幀尾前面有一個(gè)校驗(yàn)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(gè)字節(jié)是否為0xB6.

　　并且判斷校驗(yàn)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(cuò)誤解包的問題。

　　1.范式6《不固定長度》有校驗(yàn)

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

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

　　判斷校驗(yàn)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(cuò)誤解包的問題。