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单片机串口协议 六种串口协议特征及范式

在现实生活中，我们总是需要与人打交道，彼此之间毫无关系。单片机是相同的，它需要与各种设备交互。例如，汽车的显示仪器需要知道汽车的速度和电机的运行参数，然后显示仪器需要从汽车的底部控制器获得数据。获得该数据的过程是一个通信过程。类似的例子是控制器通常是单个芯片或PLC和变频器之间的通信。沟通的双方需要遵守一套既定的规则，也就是协议，这就像我们之间的对话，双方都必须遵守一套语言和语法规则来实现对话。

通信协议又分为硬件层协议和软件层协议。硬件层协议主要规范了物理上的连线，传输电平信号及传输的秩序等硬件性质的内容。常用的硬件协议有串口，IIC， SPI， RS485， CAN和 USB。软件层协议则更侧重上层应用的规范，比如modbus协议。

好了，那这里我们就简单介绍51单片机的串口通信协议，以下简称串口。串口的6个特征如下。

(1)、物理上的连线至少3根，分别是Tx数据发送线，Rx数据接收线，GND共用地线。

(2)、0与1的约定。RS232电平，约定﹣5V至﹣25V之间的电压信号为1，﹢5V至﹢25V之间的电压信号为0 。TTL电平，约定5V的电压信号为1，0V电压信号为0 。CMOS电平，约定3.3V的电压信号为1，0V电压信号为0 。其中，CMOS电平一般用于ARM芯片中。

(3)、发送秩序。低位先发。

(4)、波特率。收发双方共同约定的一个数据位(0或1)在数据传输线上维持的时间。也可理解为每秒可以传输的位数。常用的波特率有300bit/s, 600bit/s, 2400bit/s, 4800bit/s, 9600bit/s。

(5)、通信的起始信号。发送方在没有发送数据时，应该将Tx置1 。 当需发送时，先将Tx置0，并且保持1位的时间。接受方不断地侦测Rx，如果发现Rx常时间变高后，突然被拉低(置为0)，则视为发送方将要发送数据，迅速启动自己的定时器，从而保证了收发双方定时器同步定时。

(6)、停止信号。发送方发送完最后一个有效位时，必须再将Tx保持1位的时间，即为停止位。

串口协议开发：

以下解析范式都是采用数据队列的形似来存储，并且根据设备运行速度差异，还需增加数据包队列来存储解析完毕的数据包

1.范式一《固定长度》无校验

0x6B----------20字节--------0xB6

上面数据中有一个帧头0x6B，帧尾0xB6，中间数据20个。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取完22个字节后结束储存，并判断最后一个字节是否为0xB6.

这种范式如果出现误码，整个包就会变成错误包，会比较危险。

1.范式二《固定长度》有校验

0x6B----------20字节--------校验-0xB6

上面数据中有一个帧头0x6B，帧尾0xB6，中间数据20个，帧尾前面有一个校验码。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取完23个字节后结束储存，并判断最后一个字节是否为0xB6.

并且判断校验码。

这种范式解决上述出现的误码问题。

1.范式三《不固定长度》无校验

0x6B----------N字节---------0xB6

上面数据中有一个帧头0x6B，帧尾0xB6，中间数据N个，帧尾前面有一个校验码。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取到0xB6后结束储存，并判断最后一个字节是否为0xB6.

这种范式会出现错误解包的问题，例如数据中出现了0xB6的数据，这个包就丢了。

依然会有误码的问题。

1.范式四《不固定长度》有校验

0x6B----------N字节--------校验-0xB6

上面数据中有一个帧头0x6B，帧尾0xB6，中间数据N个，帧尾前面有一个校验码。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取到0xB6后结束储存，并判断最后一个字节是否为0xB6.

并且判断校验码。

这种范式解决上述出现的误码问题。

这种范式会出现错误解包的问题，例如数据中出现了0xB6的数据，这个包就丢了。

1.范式五《不固定长度》有校验，加入转义字符

0x6B----------N字节--------校验-0xB6

如果数据中有0xB6数据，那么数据包就被提前结束了，并不是我们想要的数据。

这里需要加入转义字符

0xB6 -> 0xBf,0x01

0xBf -> 0xBf,0x02

上面数据中有一个帧头0x6B，帧尾0xB6，中间数据N个，帧尾前面有一个校验码。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取到0xB6后结束储存，并判断最后一个字节是否为0xB6.

并且判断校验码。

需要去解析特定的转义字符

这种范式解决上述出现的误码问题。

这种范式不会出现错误解包的问题。

1.范式6《不固定长度》有校验

0x6B-0xB6-N数据长度---------N字节--------校验

上面数据中有一个帧头0x6B，0xB6，数据长度，中间数据N个，校验码。

每次数据要找到帧头0x6B才开始存储，读取到数据长度后读取对应长度，再读取一个校验码。

判断校验码即可。

这种范式解决上述出现的误码问题。

这种范式不会出现错误解包的问题。