浅谈基于单片机的数据串口通信研究

单片机的串口功能可以实现计算机与外设的数据通信，促使计算机系统控制得到更好的发展。串口通信在单片机的基础上能够实现数据传输与分析，在未来的发展中，串口通信将成为单片机与单片机之间通信的关键。

1 通信种类

所谓的通信，就是指不同的独立系统由线路相互交换数据，其中，构建成整个通信系统的线路被称作为网络通信。进行通信的目的是进行数据交换活动，进行数据交换时，将数据由传送端输送到另一设备终端。在通信活动中，传送端所使用的方法就是将数据通过程序与线路将数据传送出去，而接受端则依照通信协议收集数据，并做好数据信息存储工作或是将数据以其他形式展现出来。数据通信分为两种形式，分别为串行传输式通信与并行传输式通信。

1.1 并行传输式通信

并行传输式通信也叫并行通信，指的是数据在传输时向各个位同时发送。并行通信具有数据传输、处理速度快的特点，在并行通信下，可以一次传输八个位。并行传输虽然能够增强传输速度，但是在传输时也存在问题。并行传输式通信的基础是必须备有多条传输线，一旦遇到传输多位数据或是数据传输距离长的情况，就需要大量的传输线，会消耗大量的资源。进行数据发生过程时，标准电位会因为线串口通信是指计算机与外设间或是主机系统间相互的数据串行传送。串口通信与并行通信相比，传输数据速率较慢，而且每次在传输时只能传输一个位。处理数据电压时也仅有一个标准电压，虽然速率慢，但是由于每一次只传输一个位，使得数据漏失情况降低，增强了数据的安全性。另外串口通信具有良好的抗干扰能力。并行通信需要耗费大量的传输线，在这一点上串口通信可以极大的降低经济成本，节约资源，串口通信适合于远距离通信。串口通信数据传输过程中，数据是在两地间完成数据传输工作。数据的传输速度通常会受到通常双方设备、性能和通信线路稳定性影响。对于工业或仪器需要的环境来说通常是 9600bps 的传输速度。串口通信端웃口所传输的数据是字符型，但是如何传输的数据是文件，就会使用二进制的数据传输类型。数据传输方向分为三种基本传输模式，分别是单工、半双工和全双工模式。单工传输模式是指数据传输的方向固定，只为一种或是单纯发送数据或是单纯接受数据的通信方式。半双工传输模式是指使用一条传输线路，不但作为数据输出线还作为数据输入，虽然数据能够实现在两个方向上的传输，但是通信双方无法同时进行收发数据的传送模式。全双工方式是指运用两条数据传输线来传输数据，由于全双工方式下可以使用两条数据传输线来进行数据传输工作，不必担心双方数据是否发送或接收完的顾虑，因此全双工方式具有半双工不可比拟的优势，全双工的效率是半双工效率的一倍。

2 串口通信的同步方式

设备在进行数据通信的过程中，必须树立一个接送双方都认可的同步方式，有了遵守的同步方式才能使数据传输顺利进行，☮否则将会使数据在传输的过程中因为双方在输送与接收数据的方式上发生冲突，进入使数据发生错误。

2.1 异步通信方式

在异步通信系统中都是以独立字节的方式来进行数据传输，每一个字节的前面都有一个起始信号，而字节后同样会有一个或多个终止信号。通信中，从起始信号到终止信号结束算一帧数据。数据在传输线内进行传输时，当字节开始移动后，字节的起始位置是从标志位到空白的一次迁移，这一次迁移代表的就是一个字节的传输过程，在传输结尾使用一个或多个终止信号使传输线回到标准状态。当这一过程结束后，数据输送方才能发送下一个字节。通常来说，起始位占用一位，字符编码占有七位，第八位是奇偶校验位，而停止位又会占用一位、一位半或两位。一帧数据的构成与起始位、停止位和字符编码占据数位有关，通常由 10、10.5 和 11 位构成。

表示数据字符，能够保证字符一个连续一个的被传送。进行异步数据传送，计算机与外设必须要遵守字符格式与波特率的规定。字符格式规定就是遵循奇偶校验、起始位和停止位的字符传输格式，波特率规定是在串口通信过程中，数据传输时每秒传输的为数表示数据传送的约定。

异步通信存在缺陷，通过异步通信进行传输信息传输效率低，效率低的原因与其字符传输方式有很大关系，由于在传送时每个字符都要附加一些标志信息，使得数据传输速度受到影响。异步通信也具备其自身的优点，数据接送双方在进行通信时，如果双方时间存在误差两个字符信息间的停止间隔能够为双方时钟的误差起到缓冲的作用，在异步通信方式中容许较小的频率漂移，这是其数据传输优势。

2.2 同步通信方式

同步通信方式与异步通信方式有较大的不同，异步通信方式中数据的传送过程，是以一帧数据的起始位到终止位来作为一帧数据传输的开始与结束标志。异步通信方式增加了数据输送时间，而同步通信方式是将所有输送字符连接在一起组成一个数据块。在输送数据块时会在数据块前面增加特殊的同步字符，将同步字符作为数据块传输的起始信号，并在数据块的后面增加校验字符，这是为了自在输送中校验通信中存在的错误。在同步通信方式中，是联系传输字符的方式，字符之间没有间隔与异步通信有很大的不同。这样一来，同步通信就具有较高的通信效率，在通信过程中通常会在几十至几千波特之间。但是同步通信方式需要在数据传输双方在时钟上保持发送端与接收端的同步，这样一来就使得硬件构造复杂。

3 单片机数据串口通信研究

3.1 通信过程分析

单片机的串行端口一个数据寄存器，其具备发送与接收数据的能力。在通常的情况下，单片机在向数据寄存器写入数据的过程中就会开始发送行为，进入数据输送的过程。另一方面，对数据寄存器进行数据读取的时候数据接收过程也随之开始。在单片机与串行接口进行通信的过程中，单片机会对可编程逻辑控制器发出命令帧格式，结束后可编辑逻辑控制器将会对单片机的的命令做出反应。单片机只有高低电平输入，但是ฑ可编辑逻辑编辑器需要将接收到的信息通过 ASCII 来形成，因此在信息发送的过程中要根据串口通信协议当中的信息帧格式来进行二进制转化，最后通过单片机对数据寄存器进行信息发送。

3.2 单片机显示设计

在对单片机显示程序进行设计的过程中通常有静态显示驱动与动态显示驱动两种。动态显示驱动主要是指数码管动态显示的方式，将所有选线路并联在一起，并通过八位 I/O 口对其进行控制，然后将单片机其他的 I/O 口作为数码管位选线。当单片机输出显示数字的译码时，各个数码显示管对位选通电路进行对应的控制，对应的数码管就会显示，其他的数码管不会有反应。静态驱动也被称为直流驱动，在静态显示驱动下，数码管的共阴极和共阳极共同接地，而其共同连接电源。在静态显示驱动下占用单片机的 I/O 端口较多，因此，由于这种方式带来的不便，使得静态显示驱动在实际应用中并不普及。

3.3 矩阵式键盘接口

键盘中案件需要数量较多时，如果不对其进行合理的排列会占用 I/O 口，为了减少 I/O 口被占有，通常以矩阵形式来排列案件的分布。在矩阵式键盘排列中，应该保持每一条水平线与垂直线在交叉处不直接连通。合理的连接方式应该是通过按键来加以连接，使得端口可以形成 44 的排列方式，这样方式排列下将会比直接将端口用于键盘连接上多出一倍的利用率。使用这种方式，在线路越多的情况下就有越为明显的区别。在矩阵式的分布方式中，如果再增加一条线就可以形成二十键的键盘，但如果直接使用端口线只能增加一个键，在键数多的情况下，使用矩阵式方法来做键盘可以产生良好的效果。

矩阵式结构虽然有更好的效果但是具有复杂性，在识别方面也存在难度。在确定矩阵式键盘方面被按下的 ヅ键号可以使用行扫描法，行扫描法是一种较为常用的按键识别方法。在判断键盘中有无按键落下时，可以将全部行线至低电平，对列线状态进行检测。在检测的过程中，只要有一列的电平为低，就意味着键盘中有按键处于按下状态，如果所有的列线都是高电平，则没有按键处于按下状态。在确认有按键按下后，开始对具体闭合按键进行确认。需要将行线置为低电平，在确定某根行线位置是低电平后，在对各列线的电平状态进行仔细检查。如果某一列为低电平，这条列线与低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

4 结论

对单片机数据串口通信进行研究具有重要的意义，随着信息化、工业化发展，数据通信在社会中产生了重要的价值。在实际应用中传输媒体的不同使得有线数据与无线数据能够与计算机形成有机的连接，能够实现不同地域间数据资源的共享，对于社会数据资源传播有着重要的意义。作为相关研究者，应该刻苦攻关，在当前数据串口通信技术下，进行开拓创新，发挥这一领域的效率，使这一技术更好的为社会进步提供动力。

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