干货｜串口几种常见丢失数据的问题

我们通常说的串口，一般指UART（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter），通用异步收发传输器。

串口是工程师最常用的一种串行外设，但在实际应用中还是会经常遇到各种问题。比如：丢失一字节数据。

今天我们就结合STM32来讲讲UART相关内容，以及容易丢失一字节数据的问题。

UART几个标志位

这里重点说一下UART状态寄存器中的几个标志位：TXE、 TC、 RXNE、 ORE。

这几个标志位在编程中经常使用，数据丢失有可能就是对它们操作不当而导致出错。

TXE：发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)

0：数据未传输到移位寄存器

1：数据传输到移位寄存器

TC：发送完成 (Transmission complete)

0：传送未完成

1：传送已完成

RXNE：读取数据寄存器不为空 (Read data register not empty)

0：未接收到数据

1：已准备好读取接收到的数据

ORE：上溢错误 (Overrun error)

0：无上溢错误

1：检测到上溢错误

UART通信接口

UART常见通信接口有：TTL、 RS232、 RS485。在编程时需要考虑通信接口方式，在长距离通信的时候，需要考虑线路上的延时，如果操作不当也会导致数据丢失。

1.TTL

TTL比较简单，就是直接连接UART的Tx和Rx引脚，不需要外部转换。如图：

注意：Tx和Rx引脚需要交叉连接。

2.RS232

RS-232标准接口是常用的串行通信接口标准之一,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。

3.RS485

RS485一般采用两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上可以挂接多个节点。

在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线；反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120Ω）的RS485专用电缆；而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆。

UART接收丢失数据

UART接收丢失数据与软件和硬件都有可能有关系，下面说几个常见丢失数据的原因及解决办法。

1.接收溢出丢失数据

指未及时取走数据导致溢出错误而丢失数据，通常是发生在大量数据、以查询方式接收数据的情况下。在MCU启动过程中、接收数据过多处理不及时、复杂系统响应不及时等情况都会出现数据丢失的情况。

解决办法：

及时清除溢出错误标志

利用通信协议过滤因数据丢失导致的问题

2.接收中断丢失数据

使用UART中断接收数据相比查询接收数据的方式更常见，中断方式比查询方式响应更及时，但不合理处理同样也会存在数据丢失的情况。

在数据量大时，UART接收中断函数耗时、优先级低等情况下容易丢失数据。

解决办法：

中断函数里减少不必要的耗时

合理分配中断优先级

使能中断前清除标志位

3.时钟误差导致丢失数据

在通信波特率较高的情况下，如果时钟误差加大，很可能导致数据丢失。

解决办法：

使用更高精度晶振

降低通信波特率

UART发送丢失数据

UART发送丢失数据很多工程师都遇到过，通常情况下是传输未完成的原因。

HAL库已经有几年了，但还是有很多工程师都使用标准外设库，这时如果自己封装接口不当，就会存在发送最后一字节数据丢失的问题。

1.UART传输未完成导致数据丢失

如下代码，只考虑非空，但实际传输并未完成。

但发送非空不代表发送完成，虽然在某些场合更高效，但某些场合就会导致数据丢失。

比如：使用此函数发送之后进入休眠、关闭接收端设备电源等情况下。

解决办法：

等待发送完成：

如果使用标准外设库，要根据实际情况封装函数，比如发送超时。

或者使用HAL封装的接口，代码包含判断传输完成：

2.线路延时导致数据丢失

UART通常会使用232或者485以增加传输距离和增强干扰。但是一旦数据线路太长就存在传输延时的情况，特别是485传输长距离，并使用MCU控制传输方向的情况下。

解决办法：

软件增加延时处理

使用通信协议增加应答机制

3.其他原因

UART应用的场景比较多，有些应用在复杂的工厂，干扰较大从而导致数据丢失；有些应用在温差较大的环境，时钟偏移较大导致数据丢失。

解决办法需要根据实际情况，有针对性解决问题。比如：使用更好的通信线，软件做好容错处理等。