硬件基础：串口通信

数据传输方式（按位传输方式）

并行通信

通过多条数据线同时传输多个数据位，速度较快但成本高，抗干扰能力弱，适用于短距离通信，如早期的打印机接口。

串行通信

通过单条或少数数据线逐位传输数据，线路简单、成本低、抗干扰强，适用于中长距离通信，如UART、USB等。

通信方向（按收发能力）

单工通信

数据只能单向传输，无法交互，如广播或遥控器。

半双工通信

数据可双向传输但不能同时进行，需分时切换方向，如对讲机或RS-485总线。

全双工通信

数据可同时双向传输，需独立收发线路，如电话或UART串口。

串口通信（UART）

采用异步全双工通信方式，无时钟线，通过预设波特率同步传输。

数据帧包含起始位、数据位（5~8位）、可选校验位及停止位。

典型应用包括单片机与PC、传感器等设备的通信。

校验方式（数据完整性检测）

奇校验

数据位中“1”的总数需为奇数，不足时校验位补“1”。

例如：01001000（2个“1”）需补“1”使总数为3。

偶校验

数据位中“1”的总数需为偶数，不足时校验位补“1”。

例如：01001000（2个“1”）校验位补“0”保持总数不变。

实际通信中也可选择无校验以减少开销。

同步通信与异步通信（按同步方式）

同步通信

依赖时钟信号同步，数据连续传输，无起始/停止位，效率高但需额外时钟线，如SPI或I2C。

异步通信

通过波特率和帧结构同步，数据以独立帧传输，硬件简单但效率较低，如UART或RS-232。

串口通信基础概念

串口通信是一种通过单条或少数线路逐位传输数据的通信方式，适合中短距离设备交互（如单片机与PC）。其核心是异步时序，典型代表为UART协议。

UART通信时序

空闲状态：通信线保持高电平（逻辑1）。

起始位：1位低电平（逻辑0），标志数据传输开始。

数据位：5~8位有效数据（常见8位），低位在前传输。

校验位（可选）：奇/偶校验或无校验，用于简单检错。

停止位：1~2位高电平（逻辑1），标志帧结束。

波特率与速率配置

串口通信速率由波特率（Baud Rate，单位bit/s）决定，收发双方必须一致。

常见波特率

标准值包括：1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200、230400等。

代码示例：
通过定时器配置波特率（如8051单片机）：

TH1 = 0xFD;  // 波特率9600（假设晶振11.0592MHz）
TL1 = 0xFD;

物理层标准对比

TTL电平

电平范围：

5V TTL：逻辑1≈5V，逻辑0≈0V。

3.3V TTL：逻辑1≈3.3V，逻辑0≈0V。

特点：传输距离短（<3米），抗干扰弱，直接连接芯片引脚。

RS232

电平范围：逻辑1=-3~-15V，逻辑0=+3~+15V。

特点：通过电平转换芯片（如MAX232）与TTL互转。

传输距离≤15米，点对点全双工通信，常见于DB9接口。

RS485

差分信号：逻辑1（A>B），逻辑0（A<B）。

特点：抗干扰强，传输距离≤1200米。支持多节点（最多32设备），半双工通信，用于工业总线（如Modbus）。

应用场景

标准	距离	节点数	典型场景
TTL	<3米	点对点	单片机与传感器直连
RS232	≤15米	点对点	旧式PC与外设通信
RS485	≤1200米	多节点	工业现场总线（PLC等）

Modbus协议

工业领域主从式通信协议，支持设备间数据交互。

Modbus RTU

二进制模式，帧结构包括地址码、功能码、数据区及CRC校验。

功能码如0x03（读寄存器）、0x06（写单个寄存器）。

采用CRC16校验确保数据完整性。

Modbus ASCII

文本模式，数据以ASCII字符传输，帧结构包含起始符、地址码、功能码、数据区及LRC校验。

校验采用LRC（纵向冗余校验）。

协议简单开放，支持RS-232/485及以太网（Modbus TCP）等物理层。