串口通信的小见解

串口通信的接口是串行接口，是一种可以将接受来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。
在我看来这就是一个转换器，把并行的数据换个方法发送给其他设备，当然这个方法也有它的优点和缺点，只是运用在不同的地方而已。

1.串口通信的基本原理

串口 通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按 位（bit）发送和接收 字节。尽管比按 字节（byte）的 并行通信慢，但是 串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离 通信。比如 IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于 串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于 ASCII码字符的传输。 通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于 串口 通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。 串口 通信最重要的参数是 波特率、 数据位、停止位和 奇偶校验。对于两个进行 通信的端口，这些参数必须匹配。

串行通信和并行通信的概念就像我们平时走路一样，并排走的还是排成一路走的。并排走的就是并行，并行的话一次性传输的数据就大、快但是传输的距离不远，排成一路的话就是串行，串行的优点就是传输的距离可以比较远，但是慢。

1.1同步和异步传输

由于串行是异步传输的，所以这里就提到了异步和同步传输的问题，同步传输时，在传输的过程中，在发送数据电平的时候，会同时发送一个同步时钟，以同步时钟电平的分段来判断发送的数据是怎样构成的，这里的同时时钟和数据是一起、同步发送的，所以称为同步传输。
异步传输的数据判断是根据波特率来判断的，接收方和发送方必须使用相同的波特率，不然数据会传输错误。其他的还有数据位、停止位和 奇偶校验，下面我们来一一聊聊。

• 波特率：是一个衡量符号 传输速率的参数。指的是 信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内 载波参数变化的次数，如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。一般调制速率大于波特率，比如曼彻斯特编码）。通常电话线的 波特率为14400，28800和36600。 波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高 波特率常常用于放置的很近的仪器间的 通信，典型的例子就是GPIB设备的 通信。 NB-IoT模块：默认波特率9600；4G模块EC20：默认波特率115200.
• 数据位：这是衡量 通信中实际 数据位的参数。当 计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是6、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个 数据包使用7位数据。每个包是指一个 字节，包括开始/停止位，数据位和 奇偶校验位。由于实际 数据位取决于 通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。
• 停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台 设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正 时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同 时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
• 奇偶校验位：在 串口 通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和 奇校验的情况， 串口会设置校验位（ 数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于 偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是 奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了 通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

1.2通信方式

• 单工模式（Simplex Communication）：单向的数据传输。通信双方中，一方为发送端，一方则为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。双方是固定的。就相当于马路上的单行道。
• 半双工模式（Half Duplex）：通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。就相当于这条马路两头本来可以任意时候相互走，但是限号了，某一时刻一头只能到另外一头。
• 全双工模式（Full Duplex）通信允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。两头随时走。

2.串口接头

串口通信是指外设和 计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

串口接头通常有两种：一种是9针串口（简称DB-9），一种是25针串口（简称DB-25）。每种接头都有公头和母头之分，这两种接头中，9针串口是我们常用的接头，即DB-9接头，它的公头和母头如下：

母头：泛指所有带孔状的接头（5针朝下，从左到右依次是1~9）
公头：泛指所有带针状的接头（5针朝下，从右到左依次是1~9）

DB9和DB25各引脚的定义为：

在我们的计算机通信时，最少要3根线，即TXD（发送数据）、RXD（接收数据）、GND（信号地）。
（一） （二）

RXD ——->TXD

TXD ——->RXD

GND ——>GND

3.接口标准

1. 实现数据格式化：因为来自CPU的是普通的并行数据，所以，接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的数据块前加上同步字符。
2. 进行串-并转换：串行传送，数据是一位一位串行传送的，而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时，首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。
3. 控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率——波特率进行选择和控制的能力。
4. 进行错误检测：在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时，接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传送错误。
5. 进行TTL与EIA电平转换：CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑，它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容，需在接口电路中进行转换。
6. 提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线：远距离通信采用MODEM时，需要9根信号线；近距离零MODEM方式，只需要3根信号线。这些信号线由接口电路提供，以便与MODEM或终端进行联络与控制。（理论性强）

3.1TTL电平

TTL是Transistor-Transistor Logic，即晶体管-晶体管逻辑的简称，它是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号应用广泛，是因为其数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑”1”，0V等价于逻辑”0”。
数字电路中，由TTL电子元器件组成电路的电平是个电压范围，规定：
输出高电平>=2.4V，输出低电平<=0.4V；
输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V。

3.2RS-232电平

与TTL电平不同，在TXD和RXD数据线上：
（1）逻辑1为-3~-15V的电压
（2）逻辑0为3~15V的电压
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
（1）信号有效（ON状态）为3~15V的电压
（2）信号无效（OFF状态）为-3~-15V的电压
这是由通信协议RS-232规定的。
RS-232：标准串口，最常用的一种串行通讯接口。有三种类型(A,B和C)，它们分别采用不同的电压来表示on和off。最被广泛使用的是RS-232C，它将mark(on)比特的电压定义为-3V到-12V之间，而将space(off)的电压定义到+3V到+12V之间。传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。