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硬件(三) 通信方式、串口通信

news 2025/9/6 17:01:41

一、通信类型

（一）并行通信

多个比特通过并行线同时传输，传输速率快，但会大量占用芯片资源，在对资源敏感的场景下不太适用。

（二）串行通信

把数据拆成单个比特，按顺序在一根总线上发送。它系统资源占用少、结构简单，是主机间通信常用方式。像 RS232、RS485、RS422 都属于串行通信，串口通信（Serial Port）也是串行通信的一种，且属于异步通信。

（三）单工模式

通信时一方固定发，另一方固定收，用一根总线传数据，只能单向传信息，就像只能听别人说，没法回应。

（四）半双工通信

数据能在两个方向交替传，但不能同时进行。通信双方能发也能收，不过不能同时干这两件事，好比和人交替说话、倾听，你说时对方听，对方说时你听，常用于对话类场景。

（五）全双工通信

数据可同时在两个方向传输，双方能同时发和收数据，实现双向通信，类似打电话，能同时说和听。

（六）串行的异步与同步通信

1. 异步通信

两个字符（8 位）之间时间间隔不固定，但一个字符内各位时间间隔固定。收发双方波特率得事先约定好。串口通信时，波特率若没约定好，数据传输会乱。发送和接收方各自 “计时”，只要误差不超 6% 左右就行，这就像打字，敲每个字母的时间自己控制，只要接收端能正确识别。

2. 同步通信

要求收发双方同频同相。设备间除数据线（SDA），还有时钟线（SCL），发送方控制时钟线变化，每发一个比特，时钟线都按规则改变，就像合唱团靠指挥员控制节奏，大家按节奏唱歌，IIC、SPI 都用这种方式。同步和异步串行通信的区别是有无时钟线，有就是同步，没有就是异步。

注：同步串行通信方式与异步串行通信方式的区别：存在时钟线的为同步串行

通信方式通信，没有时钟线的为异步串行通信方式。

二、串行口通信（全双工、异步）

（一）UART 协议

UART（通用异步收发器）是常用串行通信协议，用于设备间数据传输，通过 TXD（发送线）和 RXD（接收线）实现异步传输，TXD 发数据到另一设备，RXD 从另一设备收数据到本设备。

（二）串口通信时序

以 TTL 为例，不同主机间数据格式如下：

空闲时：数据线为高电平。
起始位：发送方发一个低电平作为起始位。
数据位：按低位先行（第一个比特是最右边的最低位）发送。
校验位：有奇校验、偶校验和无校验三种，可选择发或不发。奇校验要让数据位加校验位中 “1” 的总数为奇数；偶校验则让总数为偶数。
停止位：校验位后发一个停止位（高电平），把两个数据分隔开，停止位也可以是 1.5 个或 2 个。
简单说通信逻辑就是：空闲时数据线高电平，发数据先送低电平起始位，然后按低位先行发 8 个数据位，接着可选校验位，最后发高电平停止位。

（三）波特率

用波特率（bps）描述串口数据传输速率，指每秒传输的比特数。常见波特率有 1200、2400、4800、9600、115200 等。比如 9600bps，就是每秒传 9600 个比特，每个比特传输时间约 1.041×10⁻⁴秒。

三、三种串行通信的物理表现

主机间通信，导线内阻会导致电压衰减，TTL 电平还会因主机距离出现高电平衰减和串扰。

（一）TTL

芯片引脚产生的电压，和芯片有关，51 单片机下是 5V，2440 下是 3.3V 等。5V TTL 通信距离一般在 10 - 20 米，传输距离受限。逻辑 0 是 0V 低电压，逻辑 1 由芯片供电电压决定。

（二）RS232

为解决 TTL 传输距离短的问题，IEEE 颁布 RS232 标准。逻辑高电平（逻辑 1）在 - 3V 到 - 15V 之间，逻辑低电平（逻辑 0）在 + 3V 到 + 15V 之间。收发主机有收、发、地三根线，是全双工的，理论能传 20 - 30 米。

（三）RS485

用 A、B 两根信号线，通过比较两者电压差识别信息，+7V 到 + 12V 是逻辑 1，-7V 到 - 12V 是逻辑 0。差分传输抗干扰强，传输距离可达 1200 米，适用于大范围传输。因为传输时两根线都得用，所以是半双工的。

四、串行口寄存器

包括 SBUF（串行口数据缓冲寄存器）、SCON（串行口控制寄存器）、PCON（电源控制寄存器）等，这些寄存器用于配置和控制串行通信的相关参数与状态。

五、USB 下载电路模块相关

（一）xdata 的作用

不把内容存在芯片内部 RAM，而是存在扩展的 RAM 里，能扩展存储容量。

（二）定时器初值计算

公式为2^8−2^smod×focs/32/bps/12。其中 smod 是 PCON 的 B7 位（0 或 1，SMOD=1 时波特率翻倍），focs 是晶振频率（如 11.0592M），bps 是目标波特率（如 2400），2^8因用 8 位自动重装定时器工作方式。若 2400bps 且 smod=1，计算得初值 232。