(七)串口(串行)通信

一、简介

如果将单片机比作一个人的话，每个单片机都是一个个体，大多数人是无法一个人在这个社会上生存的，通常都需要和领导、家人、朋友、甚至陌生人进行交流，而在交流的时候，交流的双方必须采用相同的语言才能进行正常交流，一个说英语，一个说汉语那沟通就费劲了，当然了这也是可以沟通的，毕竟还有翻译(电平转换，协议转换)。串行口就是单片机行业中非常流行的一种通信协议(语言)，也是比较基础的一种通信协议，基本上弄明白了串口，其他如IIC、SPI(也都属于串行的范畴，只不过实现方式稍微有点不同)就很简单了。

二、通信原理

我在前面就说过了，单片机无非是输入输出，无论是点亮LED还是串口，使用的都是普通IO口，也就是高低电平的转换，达到通信的目的。串口通信也不过是更有规律的、符合某项规定的电平转换方式而已。

首先不考虑串口的协议规定，我们先做一些约定：

1. 我们有两个单片机A和B，如下图

2. A作为发送数据方、B作为接收方，P0.0---->P1.0

3. A、B的晶振频率可以不同

4. A发送的速度和B接收的速度相同，比如，A每秒发送1bit数据，B每秒接收1bit数据，这个很关键

好了，假如有一个数据“001”，一般来说，我们从低位开始发送：

1. 由数据可得，此时A应该发送“1”数据，则将P00管脚置高(P00=1)

2. P00置高并保持1s时间，由于A和B的收发速度相同，则这1s内，B一定会读一次P10管脚的状态(x=P10)

3. 由于A的P00和B的P10管脚是接在一起的，而P00此时为高电平，所以P10也是高电平，此时x=1，实现数据“1”的发送

4. 第二位数据是“0”，则将P00管脚置低(P00=0)

5. P00保持1s(第2s)，则这1s内，P10管脚读到的状态就变成了0，实现了数据“0”的传输

6. 第三位数据依然是“0”，此时P00管脚状态不变

7. P00保持1s(第3s)，则这1s内，P10管脚读到的状态依然是0，实现数据“0”的传输

8. 至此，实现了3位数据的发送

总结

在串口通信过程中，两方的运行速度可以不同，比如有时我们需要将数据从单片机发送到电脑或反过来，此时两方的运行速度是不可能一样的。但是两方的通信速度必须相同，体现在发送和接收的时间间隔必须相同，这是串口通信的重点。

三、一些概念

1. 波特率

波特率决定了通信双方的通信速度。波特率的英文写法是bps(bit per second)，也就是位每秒，常见的串行波特率如：9600bps、115200bps等，实际上除以8才可以转换为字节，因此可以看出，串口通信的速度实际上并不快。

2. 校验位

串口通信采用的是奇偶校验，校验位是在数据位之后额外添加的一位数据。如果设置了校验位，则发送和接收双方必须设置相同的校验方式，如果设置为偶校验，则通信过程接受方收到的数据中“1”的数量必须是偶数，否则可以认为通信失败。例如：A和B同时设置为偶校验，实际发送过程中1的数量必须是偶数个

3. 起始位

就好像人打电话一样，首先被呼叫的人得能够知道他应该准备好接电话了，之后才能建立沟通，串口通信时也需要这样一个过程，在串口通信开始之前，发送方需要发送起始位，其实就是将管脚拉低一段时间，当接收方检测到这个状态后，就知道后边会有数据进来了。

4. 数据位

顾名思义，真正的数据是在数据位的。

5. 停止位

停止位用来表示数据传输完成，通常停止位是一定时间长度的高电平。同时由于各个单片机之间的时钟信号略有偏差，在停止位可以对双方的时钟进行一个矫正。

6. 是否双工

按照是否能够同时收发信息，串口通信主要分为三种：

单工：单向传输数据

半双工：可以双向通信，但是某一时刻只能往一个方向进行数据传输

全双工：可以双向通信，而且同一时刻收发可以同时进行

7. 其他串口

一般来说我们常说的串口是指的TTL电平的串口通信，除了这种电平以外还有两种比较常见的串口通信：

RS233：RS232串口通信与TTL通信主要是有两方面不同，一个是电平不同，RS232电平要高于TTL电平，所以在使用时需要使用转换器，如MAX232芯片，同时高电平带来的是远距离传输的优势；第二个是接口不同，RS232原则上需要使用被称为DB9的插口进行通信，共有9根线，除了TX、RX两个主要的信息传输引脚外，还增加了许多流控引脚，能够让通信更加稳定，虽然一般不咋用。。。RS485：RS485是一种典型的半双工通信方式，其在通信时使用的是差分通信方式，一般只有两个脚，对接头没有要求，两根线接在接线座上就可以，通常一根线标A，另一根标B，或标485+和485-；由于其采用的差分通信，两根线之间的压差才能决定1bit数据，因此485只能采用半双工通信，这使得485能够在远距离传输时保持一定的稳定性。除此之外，485通常还被称为485总线，因为其两根通信线上可以挂载多个设备，按照芯片的驱动能力最多挂载64、128甚至更多的设备，之后可以一主多从的方式，由主机(master)采用轮询的方式一个一个去读取从设备(slave)的数据，达到总线通信的目的。

8. 9600 8N1

在看别人的数据手册或者产品说明时，通常会看到这样一个参数，9600 8N1，实际上当我们拿到一个产品没有任何说明时，就可以尝试使用这个配置进行串口通信，实际意义如下：9600：波特率9600bps 8：8位数据位 N：没有奇偶校验位，None无校验，ODD奇校验，EVEN偶校验 1：1位停止位，也就是停止位占用发送1bit数据所需的时间，2表示发送2bit数据所需的时间

四、时序图

网上找了个图，地址点击这里

由上图可以看出，串口通信中一帧数据包含10位数据，其中：起始位：1位 数据位：7位 校验位：1位 停止位：1位不进行通信时，串口所用的引脚处在高电平状态。

需要注意的是：

上图只有7位数据位，从实际串口通信的使用来看，此时是没有采用校验的，校验位也可以作为1位数据位，因此是8位数据位，如果是采用奇偶校验，实际上数据位是9位，增加1位奇偶校验位，此时数据帧的总长度是11位。

前几篇文章

(一)Proteus+keil=C51闪个灯

(二)流水灯-C51

(三)按键检测

(四)中断系统

(五)中断代码仿真

(六)定时器/计数器