開發(fā)心得（2）：Android智能硬件的關鍵——串口通信

通過總結大大小小多個Andriod智能硬件開發(fā)項目，記錄了智能硬件產品開發(fā)的全流程、智能硬件開發(fā)所涉及的技術體系概述的心得，并附上在主板選型、串口通信、屏幕顯示、常用外接設備上一些品類的特點和差異，分析了我的開發(fā)流程習慣原因，以供交流。

5.關于串口通信

串口通信是Android智能硬件開發(fā)所必須具備的能力，市面上類型眾多的外設基本都是通過串口進行數據傳輸的，所以說不會串口通信根本就做不了智能硬件開發(fā)。

5.1 UART定義

通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常稱作UART，是一種串行異步收發(fā)協議。

UART串口有三種工作方式：單工、半雙工、全雙工。硬件連接比較簡單，僅需要3條線，注意連接時兩個設備UART電平，如電平范圍不一致請做電平轉換后再連接，可參考此文章。

我們常見的串口通訊設置的界面如下所示,

主要有下列幾個參數；

Speed(baud) 波特率

Data bits 數據位

Stop bits 停止位

Parity 奇偶校驗位

Flow Control 流控

我們的設置基本都是8位數據位，1位停止位，無校驗無流控，就如上圖所示。對于程序開發(fā)而言，主要關注的參數就是波特率。

另外，需要注意的是比特率、成波特率兩者之間是有區(qū)別的。

波特率表示每秒鐘傳送的碼元符號的個數，是衡量數據傳送速率的指標，它用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數來表示。

在信息傳輸通道中，攜帶數據信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸的碼元數稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。

1波特即指每秒傳輸1個碼元符號（通過不同的調制方式，可以在一個碼元符號上負載多個bit位信息）。

1比特每秒是指每秒傳輸1比特（bit）。單位“波特”本身就已經是代表每秒的調制數，以“波特每秒”（Baud per second）為單位是一種常見的錯誤。

按照上述的基本設置，其實一個碼元總共傳輸了10個比特，1個起始位+1個停止位+8個數據位，如波特率為9600，那每秒一共傳輸了9600*10 = 96000個比特，換算成字節(jié)為12000 byte，約合11.72kb。

需要注意的是這12000byte指的是串口實際一共傳輸的數據位，但對于我們程序而言，真正能處理的數據就是除去起始位與停止位的數據位，對于傳輸8位數據位的設置而言，波特率是多少則傳輸的字節(jié)就是多少。如9600的波特率表示每秒傳輸9600個字節(jié)，每毫秒9.6字節(jié)。

安卓主板中一個串口端子的定義如下圖所示

幾乎所有安卓主板上的串口都是這種4pin的形式，這里有一個特別重要的點，就是對外設接線時，RX要對上外設的TX口，TX則對應RX口，否則是接收不到數據傳輸的。

在我所接觸的眾多外設中，安卓的常用串口有三種標準接口。

RS232

RS485

TTL

UART所指的是硬件接口，是硬件層次的描述。而TTL與RS232、485則指的是數據傳輸的電平標準，計算機的存儲單位是二進制位(bit)，也就是0和1，而0和1怎么用電壓來表示呢？不同的表示方法于是對應了不同的標準，這就是TTL、RS232這些電平標準之間的區(qū)別。

所有CPU芯片的UART數據傳輸的電平都是采用TTL標準的，我們所看到的安卓主板上RS232或485的接口都是要再需要經過一次電平轉換才能與CPU進行通信的?？梢赃@樣說，安卓主板CPU直接引出來的串口管腳都是TTL標準的，如需要其它的接口則要中間再增加一個電平轉換芯片以滿足要求。

參考文章:

https://www.jianshu.com/p/f1bfc7f6059b

https://blog.csdn.net/zhuyongxin_6688/article/details/78001767

5.2 三種UART接口介紹

TTL

TTL（Transistor-Transistor Logic，晶體管-晶體管邏輯），TTL電路的工作電壓是5V，它的輸出可以是高電平（3.6V）或者低電平（0.3V）。為了用這種模擬量的電壓來表示數字量的邏輯1和邏輯0，TTL電平規(guī)定：

對于輸出電路：電壓大于等于（≥）2.4V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.4V為邏輯0；

對于輸入電路：電壓大于等于（≥）2.0V為邏輯1；電壓小于等于（≤）0.8V為邏輯0；

參考//blog.csdn.net/wofreeo/article/details/82389002

RS232

它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準”，該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。

后來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實標準。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。如下圖所示。

采用負邏輯，規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V。選用該電氣標準的目的在于提高抗干擾能力，增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V，接收器將能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，將高到-3 V的信號作為邏輯“1”。

全雙工通信，傳輸距離較短，其通訊距離小于15 m，傳輸速率小于20 kb/s。

RS485

RS-485總線標準規(guī)定了總線接口的電氣特性標準即對于2個邏輯狀態(tài)的定義：正電平在+2V～+6V之間，表示一個邏輯狀態(tài)；負電平在-2V～-6V之間，則表示另一個邏輯狀態(tài)；

數字信號采用差分傳輸方式，即是A-B兩者的電壓差用以表示邏輯狀態(tài)，能夠有效減少噪聲信號的干擾。

RS-485工業(yè)總線標準能夠有效支持多個分節(jié)點和通信距離遠，總共可接收32個設備，且對于信息的接收靈敏度較高,均采用屏蔽雙絞線傳輸。采用半雙工(兩線制)最大傳輸距離約1219米，傳輸速度最高達10Mbps。

原文地址：https://blog.csdn.net/pigdreams/article/details/104351352