深度探索串口通信

串口通信，用的太多了，然而一直沒有深入研究過。從剛開始入門單片機，就學習瞭如何用電腦和單片機通信，但是一旦通信成功後，就再也沒有仔細去深入研究過了。這次在使用嵌入式Linux開發板的過程中，被一個問題卡了很久很久，使得我重新認識了串口通信。

問題初現

JZ2440開發板帶有1個USB-COM口，三個普通的COM口。電腦通過一條USB線，插到板子的USB-COM口，與板子相連，用來發送控制命令。現在我想使用普通的COM口來和電腦通信，筆記本電腦不帶COM口，所以常規的做法就是接一條USB轉串口線來實現。

接好之後，開發板串口測試程序也寫好了，於是，我打開了電腦上的串口調試助手，開始調試。結果發現，從開發板發過來的數據，跟調試助手顯示的不一致。我從開發板發送“ttttt”，電腦收到的十六進制是D1 D1 D1 D1 11。從ascii表上，查到't'應該是74，完全對不上。從此，我陷入到了維持幾乎兩週的困境。

噩夢開始

1.懷疑COM2口本身壞了，換成旁邊的COM3，依舊如此，更換了USB轉串口線，還是如此。

2.仔細檢查程序是否存在bug，並沒有。

3.檢查串口參數設置是否一致。波特率、數據位、校驗位、停止位、流控，全部都一致。

4.接下來，我開始從發送和接收的數據上來推算，某些規律。

下面是一些測試：

發送一個0x01

電腦串口助手發送 0000 0001

開發板收到的 是   0111 1111

感覺上是位的位置對調，然後全部取反了。電腦和開發板的取位順序不一致？

發送兩個0x01

電腦串口助手發送 0000 0001 0000 0001

開發板收到的是   0111 1111 0111 1111

是一樣的。

發送一個0x02

電腦串口助手發送 0000 0010 

開發板收到的 是  0011 1111

這個已經不符合上面的推測了

發送兩個個0x02

電腦串口助手發送 0000 0010 0000 0010

開發板收到的 是   1011 1111 0011 1111 

跟上面發送一個0x02相比，很奇怪，感覺錯位了。

我凌亂了。。。

5.我開始懷疑是不是編碼的問題，找了一些編碼轉換函數，依舊沒什麼變化。

6.開發板COM2的TXD和RXD腳短接，自發自收，發送的跟接收的是一致的。同樣的，將USB轉串口線上的2號腳和3號腳短接，串口調試助手自收自發，結果也是一致的。可以得出的結論是，兩邊各自都沒有問題，一旦相互，就出現了問題。

7.再次懷疑編碼的問題，難道Linux和Windows的編碼方式不一樣？網上講了一大堆ASCII，UTF-8，Unicode等，絲毫幫不上忙。

8.我開始尋求外援，最後給到的最好的答案是用示波器來觀察電平。

剛開始我很懷疑，發送的數據能在示波器上顯示出來？不嘗試怎麼會知道。我先來測試電腦發送的數據波形圖，畢竟電腦或者說串口調試助手都是比較穩定的東西，一般都不會錯。設置10ms重複發送0x01，真的就看到了圖，慢慢調節後，圖就出來了。然而，出來的圖跟預想的不一樣，其實我壓根就不知道應該是什麼樣的圖。只知道0和1表現爲一高一低的方波。去網上一搜，才知道了真相。

不得不重新來認識一下串行數據的格式，以下內容來自網上一篇文章，也不知道作者是誰，感謝作者。

————————————————— 引用 ————————————————

異步串行數據的一般格式是：起始位+數據位+停止位，其中起始位1 位，數據位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。起始位是一個值爲0的位，所以對於正邏輯的TTL電平，起始位是一位時間的低電平；停止位是值爲1的位，所以對於正邏輯的TTL電平，停止位是高電平。對於負邏輯(如RS-232電平)則相反。

例如，對於16進制數據0x55aa，當採用8位數據位、1位停止位傳輸時，它在信號線上的波形如圖1(TTL電平)和圖2(RS-232電平)所示。 （先傳第一個字節55，再傳第二個字節aa，每個字節都是從低位向高位逐位傳輸）

 
圖1 TTL電平的串行數據幀格式(0x55aa)

 
圖2 RS-232電平的串行數據幀格式(0x55aah)

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裏面我要重點強調“每個字節都是從低位向高位逐位傳輸”這一點，如0001這個，示波器圖形表現爲1000。

另外，終於明白了數據格式的真正的具體形式：起始位+數據位+停止位，從上面的圖中就能很清晰看出。

當時着急尋找答案，忘了拍波形圖，從網上down來一張，僅供演示：

回到前面我說圖形跟數據對不上，實際是自己壓根就不懂，瞎猜的。圖像跟我所發的數據完全一致。同樣的，我測試了開發板串口發出的數據，圖形也是吻合的。那就奇怪了，因爲示波器是同一個，開發板和電腦給示波器發同一個指令，得到的是一樣的圖形。這就沒問題啊，爲什麼兩者一連通就出現問題了呢？

答案初現

偶然間，我瞥見開發板發數據的圖形上面，電壓是3.4V。但是，在測試電腦發數據的時候，印象中是10V。回來驗證了一下，果真是10V。兩邊電壓不對等啊！連忙去看了開發板的原理圖，驚呆了，COM2接口是直接從arm芯片引腳出來的，沒有任何轉變。常規都是通過一個MAX232芯片來轉換一下才接出來。因爲arm芯片引腳出來的是TTL電平，差不多3.3-5V，而RS-232電平在10-15v左右，所以不能直連，需要像MAX232這種芯片來轉換一下。原來如此，問題就出在這裏了，COM2是TTL電平3.4V，而USB轉串口線這邊是RS-232電平10V。直接連在一起就大錯特錯了。

新的疑問

前面說過，板子自帶一個USB-COM口，於是我去研究了一下，它其實是arm芯片引腳出來接了一個PL2303芯片，這個芯片直接將串口信號轉化成了USB信號。再來看我另買的USB轉串口線，剛好線材是透明的，我能看到裏面有個芯片也是PL2303。這就奇怪了，爲什麼同樣都是PL2303，板子的可以直接連到芯片引腳上，而USB轉串口線的必須通過一個MAX232芯片來轉換呢？

終極答案

我又仔細看了板子的PL2303芯片，全稱是PL2303TA，USB轉串口線裏面的全稱是PL2303RA，一個字母之差會有什麼區別呢？在網上找到了PL2303TA和PL2303RA的技術手冊，終於真相大白了。雖然同爲PL2302芯片，PL2303TA直接在TTL電平下將串口信號轉換成USB信號。而PL2303RA會將電平拉高，信號轉換的同時電平也變化了。

解決方案

針對COM2口，可以有兩種選擇：

1. 買一個帶PL2303TA的USB接頭，直接插到電腦上
2. 買一個帶MAX232的9針串口，插到USB轉串口線上，再插到電腦上