串口波形分析（TTL，RS232，RS485）

TTL，RS232，RS485波形分析

 

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       如果单片机串行通讯出了问题，最有效的调试方法是用示波器观察收发数据的波形。通过观察波形可以确定以下情况：
1、是否有数据接收或发送；
2、数据是否正确；
3、波特率是否正确；

一、串行数据的格式
异步串行数据的一般格式是：起始位+数据位+停止位，其中起始位1 位，数据位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。

起始位是一个值为0的位，所以对于正逻辑的TTL电平，起始位是一位时间的低电平；停止位是值为1的位，所以对于正逻辑的TTL电平，停止位是高电平。线路路空闲或者数据传输结束，对于正逻辑的TTL电平，线路总是1。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。

       例如，对于16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。 （先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是从低位向高位逐位传输）

                                                                        图1  TTL电平的串行数据帧格式(55aah)

 

                                                                                   图2  RS-232电平的串行数据帧格式(55aah)

 

再如：

                                                                                                                                           图3

1.该图是TTL电平同相位的逻辑

2.波特率设置时 38400

3.串口发送的是 0x55

4.串口设置为8N1 

 

 

二、根据波形图计算波特率
如图4是图1在示波器中的显示示意，其中灰色线是示波器的时间分度线，此时假设是200us/格。

                                                                   图4 波特率计算示意图

       可以看了，第一个字节的10位(1位起始位，8位数据位和1位停止位)共占约1.05ms，这样可计算出其波特率约为：

10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s

       如果上图中的时间轴是100us/格，同样可以计算出波特率应是19200bit/s。

       当通讯不正常，又能观察到波形时，就可根据上述方法，从波形图计算一下波特率是否正确。

三、根据波形图判断RS-485收发数据的正确与否
       RS-485是一种半双工的串行通讯方式（RS-422为全双工），485电平芯片所以要正确接收和发送数据，必需保证控制信号和数据的同步，否则要么发送数据丢失，要么接收数据可能丢失。

       RS-485发送数据时的正确时序如图5所示。

                                                                    图5 RS-485的正确发送数据时序

    在图5中，发送控制信号的宽度基本与数据信号的宽度一致，所以能保证发送数据的正确和发送后及时转为接收。

    图6 和图7 分别是控制信号太短和控制信号太长的情况。

                                                               图6 RS-485控制信号太短时的时序

                                                       图7 RS-485控制信号太短时的时序

    在图6中，由于控制信号关闭过早，则第二个字节的后两位将发送错误；在图7中，由于控制信号关闭过迟，使485芯片在发送数据后，不能及时转到接收状态，此时总线若有数据过来，则本单元将不能正确接收。

    掌握了上述波形分析方法，任何异步串行数据的接收和发送问题，基本都可以得到解决。