搭建机器人电控系统——通信协议——串口通信USART/UART、RS232、RS485及其实例

已于 2022-02-09 21:37:05 修改
阅读量5.3k 收藏 39
点赞数 4
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： 《如何从头搭建机器人电控系统》 文章标签： 单片机 stm32 嵌入式硬件
于 2022-02-06 15:02:15 首次发布
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ROS_homes/article/details/122798177

通信协议

串口通信详解
IIC通信详解
SPI通信详解
CAN通信详解

文章目录

计算机与外界的信息交互称为通信。

基本的通信方式分为两种：
串行通信：所传送的数据各位按顺序一位一位地发送或接受，占用资源少，速度相对较慢。
并行通信：所传送的数据的各个位是同时发送或接受。速度快，占用引脚资源多。

通信的速率：
比特率（bit rate）：每秒能传输的二进制位数。
波特率（Baud rate）：每秒能传输的码元数（不一定是二进制）。
对于数字信号而言，波特率=比特率。

串行通信的种类：
同步通信：带时钟同步信号传输，通讯双方是受同一个时钟源控制，如I2C、SPI、USART。
异步通信：不带时钟信号同步，不是同一个时钟源，按照一定规则传输，如USART、UART、单总线、CAN。

串行通信的方式：
单工：只允许单方向传输，只需一条信号线
半双工：允许非同时进行的双方向传输，只需一条信号线。
全双工：允许同时进行双方向传输，需要两条信号线。

通信协议是主控MCU与各类驱动器、传感器之间实现信息交互的基本逻辑，搞懂通信协议在机器人的电控系统中占有很重要的地位。在接下来的内容中，我将分别讲解串口、IIC、SPI和CAN通信协议的区别原理以及结合实际一些模块的代码部分。

什么是串口？

串口，全称串行接口（Series Interface），是指以串口协议为基础，数据一位一位地按顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信。

串口分类

根据串口具体实物表现的不同，我们将串口分为UART/USART、RS232、RS485等。其中UART只能异步通信，而USART既能够异步也能同步通信。

USART/UART、RS232、RS485的区别

不同串口分类遵循相同的协议——串口协议。
它们的本质区别是遵循的通信方式和电平格式不一样：

UART/USART：全双工传输；TTL电平格式，常见以3.3V/5V高电平为1，以0V低电平为0。
在这里插入图片描述

RS232：全双工传输；负逻辑电平格式，-5V~-15V为1，5V到+15V为0。
在这里插入图片描述

RS485：半双工传输；差分传输电平格式，压差在-2V~-6V之间为1，在2V到6V之间为0。
（RS485通常适用于远距离传输）
在这里插入图片描述

串口协议原理

以上，不管是串口的何种分类，不管电平格式或者通信方式有多大的不同，它们都遵循统一的一种协议，即串口协议，这也是为什么不管是RS232、RS485或者UART/USART，它们在程序上的写法都是一样的。

传输协议

空闲状态：TX、RX信号线为“1”高电平。（电压表测USART线为3.3V/5V，测RS232线为-5—-15V）

传输状态：

  • 起始位（发送线置“0”表示开始传输）；
  • 数据位（一般为8位，最高为9位，先发低位再发高位）；
  • 奇偶校验位（0位/1位）；
  • 停止位（发送线置“1”表示结束传输，1位/2位）。
    在这里插入图片描述

*数据帧格式：把用于完成数据传输的格式称为数据帧。

需要定义的参数

  • 数据位长度
  • 奇偶校验位长度
  • 停止位长度
  • 传输模式：只用于收/发，收/发均使用
  • 传输速率设置：波特率
    在这里插入图片描述

在这一章的开头，我讲解过，要想学会MCU控制传感器、电机等，先要掌握MCU的三大基石——时钟、GPIO和中断。现在可以看到MCU三大基石在我们想要利用MCU控制一个模块时的作用。

发送函数USART_SendData

在这里插入图片描述

发送函数中核心在于

USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF)

其中将你要发送的数据Data与十六进制的01FF（二进制为0000 0001 1111 1111）做与运算，是因为我们讲过串口协议发送的数据位最高可以设置为9位。

Example：比如我要发送的数据为0x01（0000 0000 0000 0001），那么与0x01FF做与运算后就为我发送的数据本身。
（如果不与0x01FF与运算，那么当你实际写入一个0x11FF时，就会发生错误，接收方接收不到正确的信息，0x01FF的存在就是防止此类事件的发生）

接收中断USART3_IRQHandler中的USART_GetITStatus位

前提：初始化开启USART外设中断

USART_GetITStatus位将默认为0（RESET），当串口中断发生时，将变为1（SET），所以通常利用此位的变化作为接收数据的标志。

串口通信硬件管脚

TX（发送）、RX（接收）、VCC（提供传输电源）、GND（保证共地）
很显然，两个模块做通信时，发送方TX接接收方RX。

串口通信实例——蓝牙和RS232通信的定位模块

蓝牙模块

蓝牙模块通常有六个引脚：TX、RX、VCC、GND、MD0、MD1。
其中MD0和MD1用于蓝牙模块的模式选择，通常蓝牙模块有三种模式：

MD0 MD1
00：通信功能（在使用蓝牙模块进行通信时，将这两个管脚拉低即可）
01：固件升级
10：配置功能
（根据厂商不同，可能不一样）

RS232陀螺仪定位模块

引脚：TX、RX、VCC、GND

你需要一个RS232转TTL电平格式的模块才能用MCU去控制。如果你买到了一个独立的模块，可以把该模块作为MCU的一部分，也可以把它当成陀螺仪定位模块的一部分。

（比如当成MCU的一部分时，从MCU引出的USART_TX接该模块的USART_TX，把该模块引出的RS232_TX接定位模块RS232_RX）
在这里插入图片描述

ROS机器人通信协议：TCP_IP,UDP,MQTT
AI天才研究院
02-11 1762
1. 背景介绍 随着机器人技术的快速发展，机器人在工业、服务、医疗等领域的应用越来越广泛。为了实现机器人之间的协同工作和信息交流，需要一种高效、稳定、可靠的通信协议。ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）作为一种广泛应用于机器人领域的软件框架，为机器人提供了一套完整的通信机制。本文将介绍ROS中常用的三种通信协议：TC
机器人的基本概念
m0_60274660的博客
04-05 382
机器人控制器程序和机器人执行器(法兰)进行数据传输和指令传递的通信接口。
usart、ttl，rs232和rs485区别
最新发布
m0_45099065的博客
05-24 298
​定义​：USART 是硬件外设（如 STM32 中的模块），支持 ​同步​ 和 ​异步​ 两种通信模式。​定义​：一种 ​工业标准串行接口，定义了电平、连接器和协议。​典型接口​：UART（TX/RX）、I2C、SPI 等。​常见应用​：老式 PC 串口（DB9 接口）、工业设备。​逻辑 1​：3.3V 或 5V（取决于芯片供电电压）​逻辑 0​：A > B（差分电压 ≥ +0.2V）​逻辑 1​：B > A（差分电压 ≤ -0.2V）​常见应用​：工业总线（Modbus）、传感器网络。
一个简单的自定义通信协议（socket）
热门推荐
懒人的技术笔记
12-31 6万+
转自：http://vtrtbb.javaeye.com/blog/849336这是转自javaeye的一篇文章，作者是vtrtbb。按照网络通信的传统，我们都会自定义协议，这有很多好处，大家可以自己体会（嘿嘿）。一直不知道socket通信时候自定义数据包是什么样子的，偶然做了个小例子。先来说说数据包的定义，我这里是包头+内容 组成的：其中包头内容分为包类型+包长度， 那就是 消息对象=包类型+包长度+消息体包类型 byte 型包长度 int 型消息体 byte[]包总长度为 1 + 4 +  消息体.ge
六轴机器人通信协议内容
07-01
了解协议设计很好的手册,你可以知道协议是怎么设计的,十分实用的设备控制设计参考
【ROS2机器人入门到实战】通讯协议小课堂-I2C通信
生活不止眼前的苟且
08-29 893
本节小鱼带你从I2C协议信号入手，详细介绍了I2C数据的特点，如果你手头也有逻辑分析工具，也可以尝试进行分析，开发板设计的时也非常人性化，你可以这样随手拿几个杜邦线就可以接入进行测量。
机器人通用底盘通讯协议（串口通讯、can口通讯）stm32源码，ROS源码
Woods的博客
08-25 2743
经过了半个月的编排，终于码好了机器人的通用底盘协议，后面会跟上ROS源码。 文档的下载地址
UART、RS232、RS485通信协议详解
DZJ_Nirvana
04-18 2088
485接口原理：串口是一种接口标准，规定了接口的电气标准，即物理层的一个标准他们重新定义了电压，阻抗。：不带时钟同步信号SCL线，需要波特率来控制传输速率，双方波特率要一致才能正确传输如UART。串口传输时，首先引脚拉低后，维持波特率输出一位的时间后，开始传输数据，一个字节，从。RS232传输距离有限，最大传输距离标准值为50米，实际上也只能用在15米左右。RS-485最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S。进行数据传输，十进制99，0x63转换为0110 0011。最后一位为停止位1。
RS485-USART.zip_RS485通信协议_STM32F1XX _rs485 usart_stm32f1xx rs485
07-14
基于STM32F1xx系列微处理器、RS485通信协议，Kill ARM开发环境下，可通过串口收发任意长度字符串的完整程序。下载至开发板后通过串口助手反复测试无误，代码清晰简洁，关键处有详细注释。
基于STM32CubeMX和keil采用USART/UART实现非中断以及中断方式数据回环测试借助CH340以及XCOM
11-04
USART（通用同步/异步收发传输器）和UART（通用异步收发传输器）是微控制器中常见的串行通信接口，用于设备间的串行数据传输。在非中断模式下，我们需不断查询USART的状态来读取或发送数据；而在中断模式下，当数据...
串行通信协议——UART协议
09-29
串行通信协议——UART协议 UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）是一种异步串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统和单片机领域。UART协议与IIC通信协议不同，UART主要用于板外通信，而IIC通信协议...
IIC、SPI、USART、RS485、RS232、CAN外设通信总结
m0_61118772的博客
03-16 3176
硬件上为4根线。主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
解析robots.txt
weixin_30383279的博客
06-11 188
案例： http://www.taobao.com/robots.txt 学习： User-agent: * 这里的*代表的所有的搜索引擎种类，*是一个通配符 Disallow: /admin/ 这里定义是禁止爬寻admin目录下面的目录 Disallow: /require/ 这里定义是禁止爬寻require目录下面的目录 Disallow: /ABC/ 这里定义是禁止爬寻AB...
USART、RS232、RS485、IIC、SPI通信协议详解
m0_63325230的博客
11-18 7356
#IIC，#SPI#USART#RS232#RS485
Robots协议
杨鑫newlife的专栏
03-23 1325
Robots协议
ROS的机器人协议：实现机器人之间的有效通信
AI天才研究院
07-18 3202
作者：禅与计算机程序设计艺术 ROS是什么？ ROS（Robot Operating System）是一个开源的机器人操作系统，其功能主要包括以下几个方面： 消息传递：ROS通过消息传递的方式进行通信，各个节点之间可以通过发布、订阅等方式互相通讯。 资
自定义通信协议（实用）
ArthurBruin‘s Blogs
03-08 5823
自定义通信协议（实用） 现在大部分的仪器设备都要求能过通过上位机软件来操作，这样方便调试，利于操作。其中就涉及到通信的过程。在实际制作的几个设备中，笔者总结出了通信程序的通用写法，包括上位机端和下位机端等。 1．自定义数据通信协议   这里所说的数据协议是建立在物理层之上的通信数据包格式。所谓通信的物理层就是指我们通常所用到的RS232、RS485、红外、光纤、无线等等通信方式。在这个层面上
Aubo Robotics 工业机器人系列编程：i7_Aubo机器人i7系列通信协议
zhubeibei168的博客
10-10 1076
Aubo机器人i7系列支持多种通信协议，每种协议都有其独特的优势和适用场景。通过合理选择和配置通信协议，可以实现高效、安全的机器人与外部设备之间的通信。此外，维护和更新通信协议也是确保系统长期稳定运行的重要措施。希望本文档能为Aubo机器人的用户和开发者提供有价值的参考和指导。
Robots协议（爬虫协议、机器人协议）
weixin_34253539的博客
05-07 1309
Robots协议（也称为爬虫协议、机器人协议等）的全称是“网络爬虫排除标准”（Robots Exclusion Protocol），网站通过Robots协议告诉搜索引擎哪些页面可以抓取，哪些页面不能抓取。 ____________________________________ Robots协议也称为爬虫协议、爬虫规则、机器人协议，是网站国际互联网界通行的道德规范,其目的是保护网站数据和敏感信...
USART 于uart rs232 rs485有什么区别
03-11
<think>好的，用户现在问的是USART、UART、RS-232、RS-485之间的区别。我需要先理清楚每个术语的定义和功能，然后比较它们的异同点。 首先，用户之前已经了解Modbus协议可以在不同物理层上使用，比如UART和RS-485，现在他们可能想更深入理解这些通信接口的具体区别，以便在实际项目中选择合适的方案。我需要确保回答清晰，结构分明，避免混淆概念。 UART是通用异步收发器，属于硬件模块，负责处理异步串行通信，比如TX和RX信号。USART则是在UART基础上增加了同步通信功能，所以更灵活，但用户可能不太清楚同步和异步的区别，需要简要说明。 接下来，RS-232和RS-485是物理层的标准，涉及电平、传输距离、拓扑结构等。用户可能容易混淆这些标准和UART/USART的关系，需要明确区分协议和物理层。比如，UART生成的是TTL电平，而RS-232使用更高的电压，适合更长距离，但抗干扰能力不如RS-485的差分信号。 用户可能的应用场景是工业控制或嵌入式系统，他们需要选择合适的接口。比如，短距离用UART直接连接，长距离或多设备用RS-485。此外，用户可能关心硬件设计上的差异，比如是否需要转换芯片，成本如何。 需要组织内容，分点比较，使用表格或列表更直观。可能的结构是先分别介绍每个术语，然后对比差异，最后给出应用建议。同时要注意用户之前的问题，确保回答连贯，补充他们可能需要的实际应用例子。 还要检查是否有常见的误区，例如将UART与RS-232混为一谈，或者认为USART只能用于同步通信。需要澄清这些概念，确保用户理解它们之间的层次关系：UART/USART是硬件模块，而RS-232/RS-485是物理层标准，定义了电气特性。 最后，总结部分需要强调选择依据，比如距离、设备数量、抗干扰需求，帮助用户根据实际情况做出决策。可能还需要提到通信协议如Modbus在这些物理层上的应用，以连接之前的问题，增强回答的相关性。</think>以下是关于 **USART、UART、RS-232、RS-485** 的对比解析，从底层原理到应用场景全面说明： --- ### **1. 核心概念区分** | **术语** | **定义** | **层级** | |-------------|--------------------------------------------------------------------------|----------------| | **UART** | **通用异步收发器**（硬件模块），仅支持**异步串行通信**（如TTL电平信号）。 | 硬件通信模块 | | **USART** | **通用同步/异步收发器**（硬件模块），支持**同步**和**异步**两种通信模式（如SPI、UART）。 | 硬件通信模块 | | **RS-232** | **物理层标准**，定义异步通信的电气特性（如电平、连接器），常用于计算机串口。 | 物理层标准 | | **RS-485** | **物理层标准**，定义差分信号传输规范，支持长距离、多点总线通信。 | 物理层标准 | --- ### **2. 详细对比** #### **(1) UART vs USART** | **特性** | **UART** | **USART** | |----------------|-----------------------------------------|---------------------------------------| | **通信模式** | 仅异步（无时钟线） | 同步（带时钟线） + 异步 | | **协议支持** | 纯异步协议（如Modbus RTU） | 可支持SPI、I2C等同步协议 | | **硬件复杂度** | 简单（仅需TX/RX） | 较高（需同步时钟线） | | **典型应用** | 嵌入式设备间短距离通信 | 需要高速同步通信的场景（如FPGA与外设）| - **关键区别**：USART可通过配置切换同步/异步模式，而UART仅支持异步。 #### **(2) RS-232 vs RS-485** | **特性** | **RS-232** | **RS-485** | |------------------|-----------------------------------------|---------------------------------------| | **信号类型** | 单端信号（高电平±3~15V，低电平±3~-15V）| 差分信号（两条线A/B互补传输） | | **通信距离** | 最长15米（速率≤20kbps） | 最长1200米（速率≤10Mbps） | | **拓扑结构** | 点对点 | 多点总线（最多32节点） | | **抗干扰能力** | 弱（易受共模噪声影响） | 强（差分信号抑制共模干扰） | | **典型场景** | PC串口、老式调制解调器 | 工业自动化、传感器网络 | - **关键区别**：RS-485通过差分信号和总线拓扑实现远距离、多设备通信。 --- ### **3. UART与RS-232/RS-485的关系** - **UART是硬件模块**：负责生成/解析串行数据帧（如起始位、数据位、停止位）。 - **RS-232/RS-485是物理层标准**：定义如何将UART的逻辑信号（TTL电平）转换为适合传输的电气信号。 - **示例**： - UART输出 **0V/3.3V（TTL）** → 通过 **MAX3232芯片** 转换为 **±12V（RS-232）**。 - UART输出 **0V/3.3V** → 通过 **MAX485芯片** 转换为 **差分信号（RS-485）**。 --- ### **4. 应用场景建议** 1. **短距离调试**（<1米）： - 直接使用UART的TX/RX引脚（TTL电平），无需电平转换。 - 例如：STM32与Arduino间通信。 2. **中距离设备互联**（<15米）： - 使用 **UART + RS-232**，适合点对点通信（如工控机与PLC）。 - 需注意：RS-232易受电磁干扰，避免在工厂环境使用。 3. **工业长距离网络**（>15米）： - 必须使用 **UART + RS-485**，支持多点总线和高抗干扰性。 - 例如：Modbus RTU网络中多个温度传感器并联。 --- ### **5. 常见误区澄清** - ❌ **误区1**：RS-232和UART是同一概念。 - ✅ **正解**：UART是硬件模块，RS-232是物理层标准，二者需通过电平转换芯片协同工作。 - ❌ **误区2**：RS-485需要专用协议。 - ✅ **正解**：RS-485仅定义电气特性，协议层仍可使用UART的异步帧格式（如Modbus RTU）。 --- ### **6. 总结** - **UART/USART**：硬件模块，负责串行数据帧的生成与解析。 - **RS-232/RS-485**：物理层标准，定义如何可靠传输这些数据帧。 - **选择依据**： - 距离短、点对点 → UART（TTL）或RS-232。 - 距离长、多设备 → RS-485。 - 需同步通信 → 选择USART支持同步模式。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值