串口通信的分類

口是串行接口（serial port）的簡(jiǎn)稱，也稱為串行通信接口或COM接口。

串口通信是指采用串行通信協(xié)議（serial communication）在一條信號(hào)線上將數(shù)據(jù)一個(gè)比特一個(gè)比特地逐位進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ健?/p>

串口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來(lái)劃分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

一、按通信方式分類

同步通信

• 帶時(shí)鐘同步信號(hào)傳輸，比如SPI，IIC通信接口。
• 在同步通訊中，收發(fā)設(shè)備上方會(huì)使用一根信號(hào)線傳輸信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下雙方進(jìn)行協(xié)調(diào)，同步數(shù)據(jù)。例如，通訊中通常雙方會(huì)統(tǒng)一規(guī)定在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或者下降沿對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。

異步通信

• 不帶時(shí)鐘同步信號(hào)，比如UART(通用異步收發(fā)器)，單總線。
• 在異步通訊中不使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，它們直接在數(shù)據(jù)信號(hào)中穿插一些用于同步的信號(hào)位，或者將主題數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，以數(shù)據(jù)幀的格式傳輸數(shù)據(jù)。通訊中還需要雙方規(guī)約好數(shù)據(jù)的傳輸速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

異步通信數(shù)據(jù)格式

異步通信規(guī)定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式由起始位（start bit）、數(shù)據(jù)位（data bit）、奇偶校驗(yàn)位（parity bit）和停止位（stop bit）組成。

• 起始位：起始位必須是持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯0電平，標(biāo)志傳輸一個(gè)字符的開始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與發(fā)送方的數(shù)據(jù)同步。
• 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位緊跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。數(shù)據(jù)位的位數(shù)可以由通信雙方共同約定，一般可以是5位、7位或8位，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127（7位），擴(kuò)展的ASCII碼是0255（8位）。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。
• 奇偶校驗(yàn)位：奇偶校驗(yàn)位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，奇偶檢驗(yàn)位不是必須有的。如果是奇校驗(yàn)，需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有奇數(shù)個(gè)邏輯高位；如果是偶校驗(yàn)，需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有偶數(shù)個(gè)邏輯高位。

舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位為01001100，如果是奇校驗(yàn)，則奇校驗(yàn)位為0（要確保總共有奇數(shù)個(gè)1），如果是偶校驗(yàn)，則偶校驗(yàn)位為1（要確?？偣灿信紨?shù)個(gè)1）。

由此可見，奇偶校驗(yàn)位僅是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的置邏輯高位或邏輯低位，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)的判斷，這樣做的好處是接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有可能判斷是否有噪聲干擾了通信以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否同步。

• 停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由軟件設(shè)定。它一定是邏輯1電平，標(biāo)志著傳輸一個(gè)字符的結(jié)束。
• 空閑位：空閑位是指從一個(gè)字符的停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位開始，表示線路處于空閑狀態(tài)，必須由高電平來(lái)填充。

異步通信的數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程

• （1）初始化后或者沒(méi)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，可以有任意數(shù)量的空閑位。
• （2）當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端首先輸出邏輯0，作為起始位。
• （3）接著就可以開始輸出數(shù)據(jù)位了，發(fā)送端首先輸出數(shù)據(jù)的最低位D0，然后是D1，最后是數(shù)據(jù)的最高位。
• （4）如果設(shè)有奇偶檢驗(yàn)位，發(fā)送端輸出檢驗(yàn)位。
• （5）最后，發(fā)送端輸出停止位（邏輯1）。
• （6）如果沒(méi)有信息需要發(fā)送，發(fā)送端輸出邏輯1（空閑位），如果有信息需要發(fā)送，則轉(zhuǎn)入步驟（2）。

異步通信的數(shù)據(jù)接收過(guò)程

在異步通信中，接收端以接收時(shí)鐘和波特率因子決定每一位的時(shí)間長(zhǎng)度。下面以波特率因子等于16（接收時(shí)鐘每16個(gè)時(shí)鐘周期使接收移位寄存器移位一次）為例來(lái)說(shuō)明。

• （1）開始通信，信號(hào)線為空閑（邏輯1），當(dāng)檢測(cè)到由1到0的跳變時(shí)，開始對(duì)接收時(shí)鐘計(jì)數(shù)。
• （2）當(dāng)計(jì)到8個(gè)時(shí)鐘的時(shí)候，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若仍然為低電平，則確認(rèn)這是起始位，而不是干擾信號(hào)。
• （3）接收端檢測(cè)到起始位后，隔16個(gè)接收時(shí)鐘對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)。
• （4）再隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。
• （5）檢驗(yàn)奇偶檢驗(yàn)位。
• （6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位之后，通信接口電路希望收到停止位（邏輯1），若此時(shí)未收到邏輯1，說(shuō)明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯(cuò)誤”標(biāo)志；若沒(méi)有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無(wú)校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中取出送至數(shù)據(jù)輸入寄存器，若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置“奇偶錯(cuò)”標(biāo)志。
• （7）本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。
• （8）當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開始進(jìn)入下一幀的檢測(cè)。

區(qū)別

• 在同步通訊中，數(shù)據(jù)信號(hào)所傳輸?shù)膬?nèi)容絕大部分是有效數(shù)據(jù)，而異步通訊中會(huì)則會(huì)包含數(shù)據(jù)幀的各種標(biāo)識(shí)符，所以同步通訊效率高。
• 同步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差小，稍稍時(shí)鐘出錯(cuò)就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，異步通訊雙方的時(shí)鐘允許誤差較大。

二、按照數(shù)據(jù)傳輸方向分類

• 單工：數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，如圖a所示。
• 半雙工：允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸。但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信；它不需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端，兩者可以合并一起使用一個(gè)端口，如圖b所示。
• 全雙工：允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，需要獨(dú)立的接收端和發(fā)送端，如圖c所示。