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电脑间通过串口传输数据【串口练习】

2023-05-16

目录

  • 一、串口通信概述
    • 1. 串口如何连接
    • 2. 如何计算波特率
  • 二、实验演示
    • 1. 实验设备
    • 2. 实际电路连接
    • 3. 通过串口传输数据
  • 三、总结
  • 参考文献

一、串口通信概述

串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。

串行接口简称为串口，串行接口 （Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送。实现双向通信就需要一对传输线，即TX与RX线。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

1. 串口如何连接

电路连接方式：
串口如果要实现双向传输，则设备1与设备2，TX与RX要交叉相连。
在这里插入图片描述
起始位： 数据线TX由高电平变为低电平。
停止位： 数据线TX由低电平变为高电平。

起始位和停止位作用：
　　如果接收设备检测到数据线由高电平变为低电平，就是接收到了来自发送设备的起始信号，表示开始数据的传输。如果接收设备检测到数据线由低电平变为高电平，就是接收到了来自发送设备的停止信号，表示一帧数据的结束，通过以上特点接收设备就可以将中间的8bit有效数据解析出来，这样就完成了一帧数据的传输。

2. 如何计算波特率

串口传输格式：我们通常用的串口传输格式为：1bit起始位+8bit数据位+1bit停止位(无奇偶校验位),如下图所示
在这里插入图片描述
所以传输1Byte数据串口需要传输10bit数据。上面计算得传输1Bit需要的时间为8.68us，则传输1Byte需要时间为8.68*10=86.8us。

波特率
　　由基础知识知50M系统时钟—波特率为115200条件下传输1bit需要计数个数为434。那么1Byte（串口传输格式为：1bit起始位+8bit数据位+1bit停止位）是不是循环计数10次434就可以传输完毕。

要注意的是，串口通信的两台主机之间，波特率要一致，下面两图演示了波特率一致与不一致的情况

收发波特率一致：
在这里插入图片描述

收发波特率不一致：
在这里插入图片描述
计算公式
以波特率115200为例

波特率115200 ＝ 115200 (位/秒)。

如果没有校验位，就应该除以 10，得到的是每秒字节数：波特率115200 ＝ 115200 (位/秒) ＝ 11520 (字节/秒)。

再除以 1024，就是每秒 KB 数：波特率115200 ＝ 115200 (位/秒) ＝ 11.25 (KB/秒)。如果有一位奇偶校验位，就应该除以 11，得到的是每秒字节数。

最后得出：波特率115200 ＝ 115200 (位/秒) ＝ 10.27 (KB/秒)。


二、实验演示

1. 实验设备

  • 两个USB TO TTL
  • 两台PC机
  • 杜邦线若干
  • 串口助手软件

2. 实际电路连接

连接方法与之前的理论一致，解法见下表，电源可以不接，可以通过电脑供电。

USB TO TTL 1USB TO TTL 2
TXRX
RXTX
GNDGND
3V33V3

在这里插入图片描述
实际接线如下图
在这里插入图片描述

3. 通过串口传输数据

按照上示连接好了之后，连接两台电脑，打开各自电脑的串口助手，并打开串口
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
1. 选择一个文件进行传输
这里我选择传输一张2.11Mb的jpg文件
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/4c3f75b2c2bf4fd2b8ce47f7c59e7482.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBAdHlfc2o=,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_1
2. 计算理论传输时间
在串口助手打开了文件之后，显示文件大小为2220595字节

在这里插入图片描述
根据之前给出的计算公式，理论传输时间为216秒
在这里插入图片描述
3. 实际传输对比

开始传输后，发送端与接收端分别显示如下
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
传输完成后

在这里插入图片描述
传输时，使用手机同步计时，实际的传输时间为4*60+31=271秒，比理论计算的216秒与系统给出的理论实践200秒都要长，说明实际上通过串口传输的速率没办法达到理论峰值。
在这里插入图片描述

三、总结

本次实验通过两个usb to ttl在两台pc机之间进行了大文件的传输，并对文件大小进行预算，根据大小估算了理论计算时间，再将理论与实际时间进行对比，实验结果表明，串口的实际传输速率是要低于理论速率的。本次实验的过程总体来说还是比较顺利，接线也比较简单，但是其实背后的一些底层原理还没有那么清晰，所以以后还需要继续接着学习、动手实践。

参考文献

串口是怎样传输数据的
什么是波特率，波特率怎么计算
【转】波特率计算串口速度

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