硬件：串口通信协议理解

听了FPGA组的分享，没有想到有接触到了我读大二在tao哥实验室做的东西，即串口通信，RS232。当年我也是那个自己焊接口，拿着示波器到处量的人，几年之后，又见到了这个曾今很熟悉的东西。重新学习一波吧，感觉分享会也没有讲的很清晰。

数字电子设备中有不同类型的数据传输，例如串行通信和并行通信。类似地，协议分为两种类型，例如串行通信协议和并行通信协议。并行通信协议的示例是ISA，ATA，SCSI，PCI和IEEE-488。类似地，有一些串行通信协议的示例，例如CAN，ETHERNET，I2C，SPI，RS232，USB，1-Wire和SATA等。
穿行通信：

并行通信

串并的区别，就在于各个位之间，是按照一个一个来，还是一起到目的地去。可以形象的理解为串形就是过一根独木桥。并行就是过八车道的大桥。

串行通讯中的传输模式

如上所述，在串行通信中，数据是以位即二进制脉冲的形式发送的，众所周知，二进制表示逻辑高电平，而零表示逻辑低电平。取决于传输模式和数据传输的类型，有几种类型的串行通信。传输模式分为单工，半双工和全双工。

单纯形法：

在单工方法中，介质（即发送方或接收方）可以同时处于活动状态。因此，如果发送方正在发送数据，则接收方只能接受，反之亦然。因此单纯形法是一种单向通信技术。单纯形法的著名示例是电视和广播。

半双工方法：

在半双工方法中，发送方和接收方都可以处于活动状态，但不能同时处于活动状态。因此，如果发送方正在发送，则接收方可以接受但不能发送，反之亦然。半双工的著名示例是Internet，用户在其中发送数据请求并从服务器获取数据。

全双工方法：

在全双工方法中，接收器和发送器都可以同时相互发送数据。众所周知的例子是手机。

除此之外，对于适当的数据传输，时钟起着重要的作用，它是主要的时钟源之一。时钟故障会导致意外的数据传输，甚至有时会导致数据丢失。因此，使用串行通信时，时钟同步变得非常重要。

时钟同步

串行设备的时钟不同，分为两种类型。同步串行接口和异步串行接口。

同步串行接口：

它是从主机到从机的点对点连接。在这种类型的接口中，所有设备都使用单个CPU总线共享数据和时钟。使用同一总线共享时钟和数据，数据传输变得更快。此接口中的波特率也没有不匹配。在发送器端，由于没有将开始，停止和奇偶校验位添加到数据，因此数据会移到串行线上，从而将时钟作为单独的信号提供。在接收器端，正在使用发送器提供的时钟提取数据，并将串行数据转换回并行形式。众所周知的示例是I2C和SPI。

异步串行接口：

在异步串行接口中，没有外部时钟信号。异步串行接口主要在长距离应用中看到，并且非常适合稳定通信。在异步串行接口中，由于没有外部时钟源，因此它依赖于多个参数，例如数据流控制，错误控制，波特率控制，传输控制和接收控制。在发送器端，并行数据使用其自己的时钟转移到串行线上。它还添加了开始，停止和奇偶校验位。在接收器端，接收器使用自己的时钟提取数据，并在剥离起始，停止和奇偶校验位后将串行数据转换回并行格式。众所周知的例子是RS-232，RS-422和RS-485。

同步异步的区别就是，传出过程中需不需要一根时钟线。同步速度快，准确高，但是距离短。异步需要多个检验，距离远。

主流地通信协议有三种：

当然，其实有很多：

本文我不想去介绍这些基本的协议，网上一查一大堆，我只想解释和记录一下，一个曾经困扰我很久的细节，那就是时钟信号，和数字信号是怎么实现合作的。这里讲解的I2C通信和SPI都是异步的，也就是两台机器的时钟频率是不一样的，但是可以实现读取，这里的核心就是波特率的设置。详解如下：

数据从TX出来，到RX去。

核心的三个参数。

假设我们要传输的数字是8bit的【1100 0110】

先说明一下，SDA是数据总线，SCL是时钟线，这是单片机的知识。简单的讲，时钟是用来统一个板子的时钟，心脏的功能。数据线是用来传输数据，血管功能。开始，数据线是高电平，就是说，我不想传数据现在。
当数据线跳变成低电平，时钟线检测到了，这就是start信号了，想传输信息了。（时钟线，可以假设是下降沿工作）

最关键的地方来了，上面这张图在很多地方都出现了，但是其实有些关键点没有讲明白，我相信大部人看的云里雾里。这里检测到start位开始之后，时钟线会根据前面设置的波特率来找下一次应该检测的地方。比如常见的波特率是9600bit/s,也就是1bit占104us.
那么start位置之后，104us，下一次读数，也就是下一位bit，就是我们要的数字了。也就是下图中②的位置。但实际上是加了52us的后一个②，这是为了等待数据线信号稳定，左边的②对应于上升沿，可能会有时间上的抖动。后面就一直加104us,就可以实现不断地采集位。直到读完设定的位数。（这里设定的是8位），后面一般是校验位和ask位，主要是用来确认数据位置没有问题。或者时间R/W,表示对前面传输的地址是读早操作还是写操作。

简单说一下，这个时钟是怎么做到的，可以设定时间。

指令周期：取出并执行一条指令的时间。
机器周期：通常用内存中读取一个指令字zhidao的最短时间来规定CPU周期。(也就是计算机完成一个基本操作所花费的时间)
时钟周期：处理操作的最基本单位。(CPU的主频)
存储周期：也就是一个访版存指令周期。
指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系：指令周期通常用若干个机器周期表示，而机器周期时间又包含有权若干个时钟周期。

1.时钟周期抄即晶振的单位时间发出的脉袭冲数，12MHZ=12×10的6次方，即每秒发出百12000000个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间度就是时钟周问期，即1/12微秒答。
2.一个机器周期等于12个时钟周期，所以是1微秒。

普通的单片机，一个读取或者存储的操作就是一个时钟周期，也就是1us,这里波特率是9600，需要104微秒，只要降频一下，就可以周期固定的下降沿。

参考链接：
串行通讯协议
PROTOCOLS: UART - I2C - SPI - Serial communications #001