51单片机串口通信详解

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前言

本文为笔者学习过程的笔记，主要内容为串口通信，使用的开发板为51单片机，后期会补充其他平台。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、计算机通信简介

概念：计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。

主要的通信形式有两种：并行通信和串行通信。

并行通信：将数据字节的多位用多根数据线连接同时进行传送。
优点：控制简单、传输速度快。
缺点：长距离通信时，成本高且接受方的各位同时接收存在困难。

串行通信：将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上进行数据传输。
优点：传输线少、长距离传输成本低。
缺点：传输控制相对并行困难。

二、串口通信简介

1、简介

串口是一种引用十分广泛的通讯接口，串口的成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。

51单片机、树莓派、Wemos D1等开发板，都自带UART（通用异步收发器），可以实现串口通信。

2、同步通信和异步通信

串口通信可以分为同步通信和异步通信。

2.1 同步通信

同步通信：一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。

同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现

2.2 异步通信

异步通信：异步通信是指通信中两个字符（8位）之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。

异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。

通信的发送与接收设备使用格子的时钟控制数据的发送和接受过程。为了使双方的手法协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致

异步通信特点：
1.不要求收发双方时钟的严格一致
2.容易实现
3.设备开销较小
4.每个字符需要附加2到3位用于起止位
5.各帧之间还有间隔
6.传输效率不高

3、串行通信的传输方式

传输方式有三种，分别为单工、半双工和全双工。

单工：数据传输仅能延一个方向，不能实现反向传输。
半双工：数据传输可以延两个方向，但是需要分时进行（不能同时进行通信）。
全双工：数据可以同时进行双向传输（不需要要分时）。

4、串口通信硬件电路

1. 简单的串口通信有两根通信线（发送端TXD 和 接收端RXD）。
2. TXD 和 RXD 需要交叉连接。
3. 当只需要单向传输时，也可以只接一根传输线。
4. 当电平标标准不一致时，需要加电平转换芯片。

图示：