串口通讯RS-232-C详解

目录
1.串行通讯简单认识
2.单工、半双工和全双工的定义
3.串口的原理和特点
4.硬件流控制RTS和CTS

1.串行通讯简单认识   
          串行通讯的基本概念：与外界的信息交换称为通讯。基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种。   
   
          一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯。并行通讯的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只适用于近距离（相距数米）的通。   
   
          一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。   
   
          根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。信息只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。   
   
          串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式。在单片机中，主要使用异步通讯方式。   
   
          全双工的串行通讯只需要一根输出线和一根输入线。数据的输出又称发送数据（TXD），数据的输入又称接收数据（RXD）。串行通讯中主要有两个技术问题，一个是数据传送、另一个是数据转换。数据传送主要解决传送中的标准、格式及工作方式等问题。数据转换是指数据的串并行转换。具体说，在发送端，要把并行数据转换为串行数据；而在接收端，却要把接收到的串行数据转换为并行数据。

2.单工、半双工和全双工的定义     
    如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。   
    如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。   
    如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。

3.串口的原理和特点
           串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal Serial Bus或者USB混淆）。

         大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB(通用接口总线)兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。

         串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。

         典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，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。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

         对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：
         a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。

         b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。

         c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

         d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步.

4.硬件流控制RTS和CTS
      硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。
    硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。
     常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。


解释1：
RTS：终端我准备发数据给你，快用CTS应答，准备好没？
CTS：好了，来吧

解释2：
CTS：主机，我有数据，请求接收
RTS：我是主机，就绪，请求发送。

armjishu.com的解释
RTS是模块的输入端，用于MCU通知模块，MCU是否准备好，模块是否可向MCU发送信息，RTS的有效电平为低。
CTS是模块的输出端，用于模块通知MCU，模块是否准备好，MCU是否可向模块发送信息，CTS的有效电平为低

        很久很久以前，计算机还没有出现，那时就已经存在了(计算机)史前的串口设备(电传打字机，工控测量设备，通信调制解调器)，为了连接这些串口，EIA制定了RS232标准，采用DB25接插件，支持同步和异步串口，D型的接口可以有效防止插反。标准化给使用带来了便利。

        时光荏苒，个人计算机出现了，这些已有的串口设备毫无疑问地成为了最初的外设，自然而然地RS232标准被个人计算机采纳。但是设备制造商倾向于体积更小，成本更低的接口，因此，将DB25中未使用的和支持同步模式的引脚去掉，形成DB9。最初的情况相当混乱，因为DB9只定义了信号，却没有指定信号和引脚的对应关系，各个制造商只能自行定义。幸运的是，IBM的PC成了工业标准，DB9逐渐统一到IBM的定义上来。

    DB9只有9根线，遵循RS232标准。定义如下：
    DTR,DSR------DTE设备准备好/DCE设备准备好。主流控信号。
    RTS,CTS------请求发送/清除发送。用于半双工时，收发切换。属于辅助流控信号。半双工的意思是说，发的时候不收，收的时候不发。那么怎么区分收发呢？缺省时是DCE向DTE发送数据，当DTE决定向DCE发数据时，先有效RTS，表示DTE希望向DCE发送，一般DCE不能马上转换收发状态，DTE就通过监测CTS是否有效来判断可否发送，这样避免了DTE在DCE未准备好时发送所导致的数据丢失。
    全双工时，这两个信号一直有效即可。
   
    随着计算机的日益普及，很多非RS232的串口也要接入PC机，如果为每一种新出现的串口都增加一个新的I/O口显然不现实，因为PC后面板位置有限，因此，将RS232串口和非RS232串口都通过RS232口接入是最佳方案。UART的U(通用)指的就是这个意思。早期ROM BIOS和DOS里的通信软件都是为RS232设计的，在没有检测到DCD有效前不会发送数据，因此，就连发送一个字符这样朴素的应用也要给出DCD、DTR、DSR等控制信号。因此，串口接头上要将一些控制线短接，或者干脆绕过系统软件自己写通信程序。

    到此，UART的涵义就总结为：通用的 异步 (串行) I/O口。

    就在UART冠以通用二字，准备一统江湖的时候，制造商们不满于它的速度、体积和灵活性(软件可配置)，推出了USB和1394串口。目前，笔记本上的UART串口有被取消的趋势，因而有网友发出了“没有串口，吾谁与归”的慨叹，古今多少事，都付笑谈中，USB取代UART是后话，暂且不表。

    话说自从贺氏(HAYES)公司推出了聪明猫(SmartModem)，他们制定的MODEM接口就成了业界标准，自此以后，所有公司制造的兼容猫都符合贺氏标准(连AT指令也兼容，大家一起抄他呗)。

    细观贺氏制定的MODEM串口，与RS232标准大不相同。DTR在整个通信过程中一直保持有效，DSR在MODEM上电后/可以拨号前有效(取决于软件对DSR的理解)，在通信过程的任意时刻，只要DTR/DSR无效，通信过程立即终止。在某种意义上，这也可以算是流控，但肯定不是RS232所指的那种主流控。如果拘泥于RS232，你是不会理解DTR和DSR的用途的。

    贺氏不但改了DTR和DSR，竟然连RTS和CTS的涵义也重新定义了。因此，RTS和CTS已经不具有最开始的意义了。从字面理解RTS和CTS，是用于半双工通信的，当DTE想从收模式改为发模式时，就有效RTS请求发送，DCE收到RTS请求后不能立即完成转换，需要一段时间，然后有效CTS通知DTE：DCE已经转到发模式，DTE可以开始发送了。在全双工时，RTS和CTS都缺省置为有效即可。然而，在贺氏的MODEM串口定义中，RTS和CTS用于硬件流控，和什么劳什子的全双工/半双工一点关系也没有。

    注意，硬件流控是靠软件实现的，之所以强调“硬件”二字，仅仅是因为硬件流控提供了用于流量情况指示的硬件连线，并不是说，你只要把线连上，硬件就能自己流控。如果软件不支持，光连上RTS和CTS是没有用的。

    RTS和CTS硬件流控的软件算法如下：(RTS有效表示PC机可以收，CTS有效表示MODEM可以收，这两个信号互相独立，分别指示一个方向的流量情况。)