串行通信的初步认识

通信方式分类

1、按照数据传送方式：

并行通信：通信时数据的各个位同时传送，可以实现字节为单位的通信。

但是通信线多，占用资源多，成本高。

串行通信：一次只能发送一位，要发送8次才能发送一个字节。(从低位开始发送)

2、按照数据同步方式：

同步通信：发送端在发送串行数据的同时，提供一个时钟信号，并按照一定的约定（例如：在时钟信号的上升沿的时候，将数据发送出去）发送数据，接收端根据发送端提供的时钟信号来接收数据。如：I2C、SPI等有时钟信号的协议，都属于这种通信方式。

异步通信：接收方并不知道数据什么时候会到达，收发双方可以有各自自己的时钟。发送方发送的时间间隔可以不均，接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现信息同步的。

3、按照数据传输方向：

单工通信：只允许一方向另外一方传送信息（即单方面传送），比如电视遥控机等。

半双工通信：数据可以在双方之间相互传播，同一时间只能其中一方发给另外一方，比如对讲机。

全双工通信：发送数据的同时也能够接收数据，两者可以同时进行，比如视频通话。

UART串口通信

UART（通用异步收发器）是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。通过发送和接收数据来使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信。

对于51单片机，以STC89C52RC为例，有两个引脚专门用来通信：一个是RXD，一个是TXD，其基本模型如下：

其中，GND必须连接在一起，因为GND是电平基准。

如果单片机1要给单片机2发送11110 0100这个数据，先发送一个0，持续一段时间，再发送一个0，再持续一段时间......以此类推，逐次把所有的位都发送出去。

1、持续时间是多长时间？

引入波特率，也叫比特率：发送二进制数据的速率，习惯上用baud表示。发送一位二进制数据的持续时间为：1/baud。

如果单片机1和单片机2要通信，必须要保持波特率的一致。

2、数据什么时候开始、结束？

UART串口通信里规定：当没有通信信号发生的时候，通信线路保持高电平。在发送数据之前，先发送一个0表示起始位(这个0的持续时间也是1/baud)。之后再发送8位的数据位，最后再发送一位1表示停止位。

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RS232通信接口

串口通信可以实现单片机与单片机通信，也可实现单片机与电脑通信。对于电脑，其CPU就相当于一个单片机。

通常，台式电脑上有RS232接口(九针九孔，也叫公头母头)，但笔记本电脑一般没有，通常用USB虚拟的串口。

RS232接口及其各个针孔功能：

RS232电平标准：

高电平1：-3V～-15V；低电平0：+3V～+15V，为负逻辑。

其不能直接与单片机相连(会烧坏单片机)，通常情况下用MAX232转换芯片来实现我们单片机电压与电脑电压之间的转换。

缺点：传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。且接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

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电平转换芯片

MAX232转换芯片

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。

TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚（R1IN）、8引脚（R2IN）输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚（R1OUT）、9引脚（R2OUT）输出。

USB转串口通信

我们在工业上常使用RS232串口通信，但在商业上大部分为USB转UART技术。

USB转串口设备是一种将计算机的USB接口转换为通用串口（如RS232、RS485等）的转换器。这种设备使得没有串口的老式设备（如编程器、机械控制系统等）能够通过USB接口与现代计算机连接。

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串行口通信相关寄存器

SCON：串行控制寄存器

地址	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
98H	SM0/FE	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI

SCON用于选择串行通信的工作方式，和某些控制功能，其格式如上，可位寻址。通常只考虑SM0、SM1、REN、TI和RI。

SM0/FE：当PCON寄存器中的SMOD0为1，该位用于帧错误检测；当PCON寄存器中的SMOD0为0时，该位与SM1一起指定串行通信的工作方式，具体如下：

REN：允许/禁止穿行接收控制位。由软件置位REN，REN=1为允许串行接收状态，可启动串行接收器RXD，开始接收信息；软件复位REN，即REN=0，则禁止接收；

TI：发送中断请求标志位。在模式1中，停止位开始发送时由内部硬件置1，表示向主机请求中断；中断响应后需要软件复位，即TI=0。初始化为0。

RI：接收中断请求标志位。在模式1中，接收到停止位时由内部硬件置1；中断响应后由软件复位0，初始化为0。

PCON：电源控制寄存器

地址	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
87H	SMOD	SMOD0	/	POF	GF1	GF0	PD	IDL

不可位寻址。

SMOD：波特率选择位，就是决定波特率是否加倍。用软件置位SMOD，当SMOD=1时，使波特率加倍；当SMOD=0时，各工作方式的波特率不加倍。复位时默认SMOD=0。

SMOD0：帧错误检测有效控制位，当SMOD0=1时，SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE功能（帧错误检测）；当SMOD0=0时，SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能，与SM1一起指定串行口工作方式。

SBUF：串行口数据缓冲寄存器

SBUF寄存器有2个，一个是发送寄存器，另一个是接收寄存器（名字都一样），但在逻辑上SBUF只有一个（地址都为99H），物理结构上，这是俩个完全独立的寄存器。如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据一定来自接收寄存器。

简单来讲：a=SBUF，代表单片机从计算机接收到了数据（接收到的数据自动存在接收寄存器SBUF中）并且从接收寄存器SBUF读取数据并赋给a。SBUF=a，代表单片机要给计算机发送a数据，只需将a赋给发送寄存器SBUF就行，发送寄存器SBUF会自动给计算机发送SBUF中的数据。

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波特率的设置

为选择波特率，关键在于定时器/计数器1的溢出率。

溢出率：单位时间内（1秒）定时器/计数器溢出的次数。

通常用的是定时器T1的模式2。模式2中，不再是 TH1 代表高 8 位，TL1 代表低 8 位了，而只有 TL1 在进行计数，当 TL1 溢出后，不仅仅会让 TF1 变 1，而且还会将 TH1 中的内容重新自动装到 TL1 中。这样有一个好处，就是我们可以把想要的定时器初值提前存在 TH1 中，当 TL1 溢出后，TH1 自动把初值就重新送入 TL1 了，全自动的，不需要程序中再给 TL1 重新赋值了。