STM32F103 学习笔记-21-串口通信(第1节)-串口通信协议简介
引言
上节章我们讲解了通信的基本概念，包括并行通信、串行通信、同步和异步通信等。本章，我们正式进入串口通信的学习。串口通信是嵌入式开发中最常用的通信方式之一，理解其原理对后续实践至关重要。本节重点讲解串口通信协议的理论部分，分为物理层和协议层来阐述，确保新手小白能轻松入门。
一、串口通信协议概述
串口通信协议并非STM32独有，而是一种通用标准，适用于各种处理器。我们将串口学习分为三部分：协议简介、STM32外设详解和实战编程。本节先讲解协议部分。
串口通信协议可分为两个层次：
物理层：规定通信系统的硬件特性，如电平标准、接口形状等，确保数据在物理介质上的传输。简单说，就是“用什么硬件来通信”。
协议层：规定数据的打包和解包逻辑，统一收发双方的规则。简单说，就是“用什么规则来通信”。
用一个生活比喻：物理层就像我们选择用嘴巴还是手势交流（硬件方式），协议层则像选择用中文或英文交流（软件规则）。
二、物理层详解
物理层涉及实际硬件连接，常见的有三种标准：RS-232标准、USB转串口和原生串口（TTL电平）。它们的核心区别在于电平定义。
1. RS-232标准
电平特点：RS-232使用负逻辑，逻辑“1”用-15V左右表示，逻辑“0”用+15V左右表示。这与TTL电平（高电平为1，低电平为0）相反，且电压差大（约30V），抗干扰能力强，适合工业环境。
硬件连接：需要电平转换芯片（如MAX3232、SP3232）将控制器的TTL电平转换为RS-232电平。设备通过DB9接口连接（开发板上常见母头，需用公头串口线）。
应用场景：主要用于工业设备直接通信，如工控机、老式调制解调器。
扩展说明：DB9接口有公头（针）和母头（孔）之分，连接时需匹配。如果想与电脑通信，可购买USB转串口线（需安装驱动）。
2. USB转串口
电平特点：电脑使用USB信号，而单片机是TTL电平，因此需要转换芯片（如CH340、PL2303、CP2102）进行中介。
硬件连接：开发板上的USB转串口模块（如霸道板使用CH340）默认连接到单片机串口1（PA9为TX，PA10为RX）。通过跳线帽可切换至其他串口。
应用场景：主要用于设备与电脑通信，如打印调试信息、烧录程序。
3. 原生串口（TTL电平）
电平特点：TTL电平直接来自芯片引脚，高电平为3.3V或5V（STM32用3.3V），低电平为0V。逻辑简单：高电平为1，低电平为0。
硬件连接：设备间直接通过导线连接，TX与RX交叉即可，无需电平转换芯片。
应用场景：常用于控制器与串口传感器或模块通信，如GPS模块、Wi-Fi模块（ESP8266）、蓝牙模块（HC-04）等。
三、协议层详解
协议层定义了数据包的格式，确保收发双方能正确解析数据。一个标准的串口数据包包括起始位、数据位、校验位和停止位。
数据包基本组成
起始位：用1个逻辑0（低电平）表示数据包开始，起到同步作用。
数据位：紧接起始位，是有效数据，长度可为5、6、7、8位（STM32支持9位）。例如，发送字符“A”（ASCII 0x41）时，数据位为8位二进制数。
校验位：可选位，用于抗干扰。校验方式包括：
奇校验（Odd）：数据位和校验位中“1”的个数为奇数。例如，数据
01101001有4个“1”，则校验位为“1”使总数为奇数。偶校验（Even）：数据位和校验位中“1”的个数为偶数。例如，同上数据，校验位为“0”使总数为偶数。
0校验（Space）：校验位固定为“0”。
1校验（Mark）：校验位固定为“1”。
无校验（None）：不包含校验位，直接传输数据。
停止位：用0.5、1、1.5或2个逻辑1（高电平）表示数据包结束，通常使用1位。
数据包示例
假设数据位为8位，无校验，1位停止位，则一帧数据包括：1位起始位 + 8位数据位 + 0位校验位 + 1位停止位，共10位。波特率（如9600bps）决定每位的时间长度。
四、总结与注意事项
关键点：
物理层关注硬件：RS-232需电平转换，USB转串口用于电脑通信，原生TTL最简。
协议层关注规则：数据包格式可配置，校验位增强可靠性。
实践提示：
使用开发板时，注意跳线帽设置，避免连接错误。
电脑端需安装USB转串口驱动（如CH340驱动）。
多设备通信时，确保波特率、数据位、停止位等参数一致。
本节理论部分为后续STM32串口外设学习打下基础。下一章我们将深入STM32串口的功能框图，结合寄存器讲解配置方法。
备注：本笔记基于《零死角玩转STM32》教材整理