了解單片機(jī)串行通信的原理

串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)傳送，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線只需要一條，另外需要一條公共信號(hào)地線和若干控制信號(hào)線。因?yàn)橐淮沃荒軅魉鸵晃?，因此?duì)于一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，至少需要傳輸8位才能傳輸完畢。

單片機(jī)與外部設(shè)備通過(guò)串口通信時(shí)，需要將并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口發(fā)送到外部設(shè)備。當(dāng)單片機(jī)通過(guò)串口從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。

單片機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信，需要雙方約定一個(gè)協(xié)議，即約定傳輸方式，這樣才不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題。傳輸方式分為異步串行通信和同步串行通信兩種方式。

異步串行通信

異步串行通信不需要發(fā)送方和接收方同步時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)硬件要求低，當(dāng)前主流的串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS232就是異步串行通信。

異步串行通信依靠起始位，停止位保持通信同步的串行通信方式，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀一般包含1位起始位，5~8位數(shù)據(jù)位，1位校驗(yàn)位和1位停止位。

上圖是一個(gè)完整的異步串行通信數(shù)據(jù)幀，起始位為低電平，然后是8位數(shù)據(jù)，8位數(shù)據(jù)后是校驗(yàn)位，校驗(yàn)位為低電平或高電平，最后是停止位，停止位為高電平。

例如：用異步串行傳輸方式發(fā)送16進(jìn)制數(shù)41H，數(shù)據(jù)位為8位，采用奇校驗(yàn)，停止位為1位，傳輸波形圖為：

通過(guò)上述傳輸波形圖可以看出，起始為低電平（0t）,41H的二進(jìn)制數(shù)為1000 0010，1的個(gè)數(shù)為2個(gè)，因此校驗(yàn)位為高電平（9t），停止位也為高電平（10t）。

同步串行通信

同步串行通信要保持發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘同步，因此同步通信要使用附加信號(hào)線，即時(shí)鐘同步的信號(hào)線，發(fā)送方和接收方在發(fā)送方提供的相同時(shí)鐘頻率下完成同步串行通信。

發(fā)送方和接收方建立同步后，在同步時(shí)鐘的控制下按位進(jìn)行發(fā)送接收，在發(fā)送數(shù)據(jù)位之前，需要先發(fā)送一個(gè)特定的同步字符，同步字符后面是數(shù)據(jù)位，每個(gè)數(shù)據(jù)位之間的距離均為 “位間隔”的整數(shù)倍，因此在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，發(fā)送方和接收方完全可以確定每個(gè)數(shù)據(jù)位的位置。

串行通信的制式

串行通信分為單工、半雙工、全雙工三種制式。單工是指數(shù)據(jù)只能有發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)到接收方，接收方不能發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送方，即數(shù)據(jù)傳輸只能是一個(gè)方向。半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)傳輸。全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。

串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-232是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一，它被廣泛用于計(jì)算機(jī)串行接口外設(shè)連接，目前較為常用的串口有9針串口和25針串口，RS-232接口對(duì)傳輸距離有限制，傳輸距離在15m之內(nèi)，通信設(shè)備可以直接連接到RS-232端口，若距離較遠(yuǎn)，需要使用中繼器。RS-232端口的外形和針腳說(shuō)明如下圖所示。