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Android智能硬件开发之串口通信介绍

通过总结大大小小多个Andriod智能硬件开发项目,记录了智能硬件产品开发的全流程、智能硬件开发所涉及的技术体系概述的心得,并附上在主板选型、串口通信、屏幕显示、常用外接设备上一些品类的特点和差异,分析了我的开发流程习惯原因,以供交流。

5.关于串口通信

串口通信是Android智能硬件开发所必须具备的能力,市面上类型众多的外设基本都是通过串口进行数据传输的,所以说不会串口通信根本就做不了智能硬件开发。

5.1 UART定义

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UART,是一种串行异步收发协议。

UART串口有三种工作方式:单工、半双工、全双工。硬件连接比较简单,仅需要3条线,注意连接时两个设备UART电平,如电平范围不一致请做电平转换后再连接,可参考此文章。

我们常见的串口通讯设置的界面如下所示,

Android智能硬件开发之串口通信介绍

主要有下列几个参数;

Speed(baud) 波特率

Data bits 数据位

Stop bits 停止位

Parity 奇偶校验位

Flow Control 流控

我们的设置基本都是8位数据位,1位停止位,无校验无流控,就如上图所示。对于程序开发而言,主要关注的参数就是波特率。

另外,需要注意的是比特率、成波特率两者之间是有区别的。

波特率表示每秒钟传送的码元符号的个数,是衡量数据传送速率的指标,它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。

在信息传输通道中,携带数据信息的信号单元叫码元,每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率,简称波特率。

1波特即指每秒传输1个码元符号(通过不同的调制方式,可以在一个码元符号上负载多个bit位信息)。

1比特每秒是指每秒传输1比特(bit)。单位“波特”本身就已经是代表每秒的调制数,以“波特每秒”(Baud per second)为单位是一种常见的错误。

按照上述的基本设置,其实一个码元总共传输了10个比特,1个起始位+1个停止位+8个数据位,如波特率为9600,那每秒一共传输了9600*10 = 96000个比特,换算成字节为12000 byte,约合11.72kb。

需要注意的是这12000byte指的是串口实际一共传输的数据位,但对于我们程序而言,真正能处理的数据就是除去起始位与停止位的数据位,对于传输8位数据位的设置而言,波特率是多少则传输的字节就是多少。如9600的波特率表示每秒传输9600个字节,每毫秒9.6字节。

安卓主板中一个串口端子的定义如下图所示

Android智能硬件开发之串口通信介绍

几乎所有安卓主板上的串口都是这种4pin的形式,这里有一个特别重要的点,就是对外设接线时,RX要对上外设的TX口,TX则对应RX口,否则是接收不到数据传输的。

在我所接触的众多外设中,安卓的常用串口有三种标准接口

RS232

RS485

TTL

UART所指的是硬件接口,是硬件层次的描述。而TTL与RS232、485则指的是数据传输的电平标准,计算机的存储单位是二进制位(bit),也就是0和1,而0和1怎么用电压来表示呢?不同的表示方法于是对应了不同的标准,这就是TTL、RS232这些电平标准之间的区别。

所有CPU芯片的UART数据传输的电平都是采用TTL标准的,我们所看到的安卓主板上RS232或485的接口都是要再需要经过一次电平转换才能与CPU进行通信的。可以这样说,安卓主板CPU直接引出来的串口管脚都是TTL标准的,如需要其它的接口则要中间再增加一个电平转换芯片以满足要求。

5.2 三种UART接口介绍

TTL

TTL(Transistor-Transistor Logic,晶体管晶体管逻辑),TTL电路的工作电压是5V,它的输出可以是高电平(3.6V)或者低电平(0.3V)。为了用这种模拟量的电压来表示数字量的逻辑1和逻辑0,TTL电平规定:

对于输出电路:电压大于等于(≥)2.4V为逻辑1;电压小于等于(≤)0.4V为逻辑0;

对于输入电路:电压大于等于(≥)2.0V为逻辑1;电压小于等于(≤)0.8V为逻辑0;

RS232

它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”,该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。

后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器,从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。如下图所示。

Android智能硬件开发之串口通信介绍

采用负逻辑,规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V,逻辑“0”的电平为+5 V~+15 V。选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力,增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V,接收器将能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”,将高到-3 V的信号作为逻辑“1”。

全双工通信,传输距离较短,其通讯距离小于15 m,传输速率小于20 kb/s。

RS485

RS-485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2个逻辑状态的定义:正电平在+2V~+6V之间,表示一个逻辑状态;负电平在-2V~-6V之间,则表示另一个逻辑状态;

数字信号采用差分传输方式,即是A-B两者的电压差用以表示逻辑状态,能够有效减少噪声信号的干扰。

RS-485工业总线标准能够有效支持多个分节点和通信距离远,总共可接收32个设备,且对于信息的接收灵敏度较高,均采用屏蔽双绞线传输。采用半双工(两线制)最大传输距离约1219米,传输速度最高达10Mbps。

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原文标题:开发心得(2):Android智能硬件的关键——串口通信

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审核编辑:刘清

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