大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正是如此，才有了借助头条平台寻求认同感和成就感的想法。在这里，我准备陆续把自己花了很多心思设计的教学课件分享出来，如果您正是一名单片机爱好者或是一名同行，欢迎点赞+关注，各位的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！#30天学会STM32##单片机#

通信，按照传统的理解就是信息的传输与交换。对于像STM32这样的单片机来说，通信则与传感器、存储芯片、外围控制芯片等技术紧密结合，成为整个单片机系统的“神经中枢”。没有通信，单片机所实现的功能仅仅局限于单片机本身，就无法通过其它设备获得有用信息，也无法将自己产生的信息告诉其它设备。如果单片机通信没处理好的话，它和外围器件的合作程度就会受到限制，最终整个系统也无法完成强大的功能，由此可见单片机通信技术的重要性。UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用异步收发器）串行通信是单片机最常用的一种通信技术，通常用于单片机和电脑之间、单片机和单片机之间、单片机与外围器件的通信。

【学习目标】

1. 知道通信基本概念的含义；
2. 理解通信机制中物理层和协议层分离的理念；
3. 学会配置STM32的串口功能；
4. 了解printf()函数“打印”至串口的实现过程；
5. 掌握使用串口调试软件对单片机的调试方法。

STM32串口通信涉及的知识较多，为了不让篇幅太长，本章打算分五个部分来讲解，本文是第二部分。

二、串口通信的电气特性与逻辑协议

串口通信（Serial Communication）是一种设备间非常常用的通信方式，因为它简单便捷，因此大部分电子设备都支持该通信方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通信方式输出调试信息。

2.1 通信协议的分层理念

对于通信协议，通常以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。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。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。打个比方，物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

2.2 物理层之RS-232标准

提到串口，就不得不先聊聊RS-232这个古老而经典的有线通信协议。因为无论学习哪一种通信协议，都需要了解其信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准，而RS-232通信协议就是初学者入门的最佳选择。首先，我们先来瞅瞅它的接口和线缆，如图5所示。

其次，我们还得知道，在我们的STM32开发板上，3.3V代表高电平而0V代表低电平的，但这并不意味着其他场合都遵照这套逻辑。对于RS-232标准来说，它是个反逻辑，也叫做负逻辑。为何叫负逻辑？如图6所示，在它的传输线缆中，-3V~-15V电压代表是逻辑1，+3~+15V电压代表是逻辑0。即低电平代表的是1，而高电平代表的是0，所以称之为负逻辑。至于为什么采用这样“别扭”的负逻辑，这与早期线缆抗干扰性能不足有关，电压高一些、跨度范围大一些可以适当弥补这个不足。

因此，传统的RS-232线缆上传输信号的电平是不能直接被控制器直接识别，这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成单片机能够承受和识别的“TTL标准”的电平信号，才能实现通信，如图7所示。看到这里，大家似乎慢慢有点明白了，其实RS-232串口和单片机串口，它们的协议类型是一样的，只是电平标准不同而已。

我们再来看一下图8中的DB9接头，虽然它有9个针脚（孔），但在目前工业控制使用的串口通讯中，一般只使用RXD（接收）、TXD（发送）以及GND（接地）三条线，其他信号都被裁剪掉了。因此，就算不使用这种形状的接头，单独接三根导线也能完成通信（只不过抗干扰性能差点），如图9所示，一方的发送连另一方的接收（反之亦然）。通过以上讲解，不知大家是否理解了通信物理层和协议层分离的理念。

2.3 协议层之UART数据格式

通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种串行、异步、全双工的通信协议，在嵌入式领域应用的非常广泛。如图10所示，它规定了数据帧的内容，它由起始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据帧格式要约定一致才能正常收发数据。

• 波特率：两个通信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，图10中用虚线分开的每一格就是代表一个码元。常见的波特率有4800、9600、115200等。
• 通信的起始位和停止位：串口通信的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，而数据包的停止信号可由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。最常用的是1个停止位。
• 有效数据：在数据包的起始位之后紧接着的就是要传输的主体数据，也称为有效数据，有效数据的长度常被约定为5、6、7或8位长。最常用的8位有效数据，因为正好是一个字节。
• 数据校验位：由于数据通信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。校验方法有奇校验、偶校验、0校验、1校验以及无校验。最常用的是无校验。

对于以上最常用的数据格式，我们通常简写成“8-N-1”，即8位有效数据、无校验、1个停止位。

2.4 USB转串口通信

随着技术的发展，工业上还有RS-232串口通信的大量使用，但是商业技术的应用上，已经慢慢的使用USB转UART技术取代了RS-232串口，绝大多数台式机和笔记本电脑已经没有串口这个东西了，更很少见DB9接头和线缆。那我们要实现单片机和电脑之间的通信该怎么办呢？我们只需要在电路上添加一个USB转串口芯片，就可以成功实现USB通信协议和标准UART 串行通信协议的转换，在我们的开发板上，使用的是CH340G这个芯片，开发板上的实物如图11所示，电路原理如图12所示。

CH340G这个电路结构和原理我们不做分析，只需要知道6脚和7脚的D+和D-分别接micro-USB口的2个数据引脚上去，2脚和3脚接到了STM32芯片的USART1_RX和USART1_TX上，配合必要的外围电路，就能通过USB线缆实现电脑与开发板的串口通信。

（第二部分完，共五部分）