单片机C语言程序设计中的串口通信技术：串口通信的原理与应用

# 1. 单片机串口通信技术概述

串口通信是一种广泛应用于单片机系统中的数据传输技术，它通过串行方式发送和接收数据，具有成本低、易于实现、抗干扰能力强等优点。串口通信技术在单片机系统中扮演着重要的角色，广泛应用于各种嵌入式系统、工业控制、数据采集等领域。

串口通信的基本原理是将数据按位顺序发送和接收，通过物理接口（如RS-232、RS-485等）进行连接。串口通信协议定义了数据传输的规则，包括波特率、数据位、校验位、停止位等参数。单片机串口通信硬件电路通常包括串口通信控制器和串口通信芯片，负责数据的发送和接收。

# 2. 串口通信原理

### 2.1 串口通信的基本概念

#### 2.1.1 串行通信与并行通信

* **串行通信：**数据按位顺序逐个传输，传输速度较慢，但成本低。
* **并行通信：**数据同时通过多条线路传输，传输速度快，但成本高。

#### 2.1.2 串口通信的物理接口

* **RS-232：**用于远距离通信，使用 9 针或 25 针连接器。
* **RS-485：**用于多点通信，使用 2 线或 4 线连接器。
* **TTL：**用于短距离通信，使用 5V 电平。

### 2.2 串口通信的通信协议

#### 2.2.1 波特率、数据位、校验位、停止位

* **波特率：**数据传输速率，单位为比特/秒。
* **数据位：**每个字符传输的比特数，通常为 5、6、7 或 8 位。
* **校验位：**用于检测数据传输中的错误，可以是奇校验或偶校验。
* **停止位：**字符传输结束后的停止位数，通常为 1 或 2 位。

#### 2.2.2 数据传输方式：单工、半双工、全双工

* **单工：**数据只能单向传输，例如广播。
* **半双工：**数据可以双向传输，但一次只能有一个方向传输，例如对讲机。
* **全双工：**数据可以同时双向传输，例如电话。

### 2.3 串口通信的硬件电路

#### 2.3.1 单片机串口硬件结构

* **发送器：**将数据转换为串行信号。
* **接收器：**将串行信号转换为数据。
* **波特率发生器：**产生波特率时钟。
* **控制寄存器：**配置串口通信参数。

#### 2.3.2 串口通信芯片

* **MAX232：**用于 RS-232 电平转换。
* **SN75176：**用于 RS-485 电平转换。
* **CH340：**用于 USB 转串口。

**代码块 1：单片机串口通信硬件电路**

// 单片机串口硬件电路
void main() {
    // 配置串口通信参数
    SCON = 0x50; // 波特率 9600，数据位 8，校验位无，停止位 1
    TMOD = 0x20; // 波特率发生器模式 1
    TH1 = 0xFD; // 波特率发生器高字节
    TR1 = 1; // 开启波特率发生器

    // 发送数据
    SBUF = 'A'; // 发送字符 'A'
    while (!TI); // 等待发送完成
    TI = 0; // 清除发送完成标志位

    // 接收数据
    while (!RI); // 等待接收完成
    RI = 0; // 清除接收完成标志位
    char data = SBUF; // 读取接收到的数据
}

**逻辑分析：**

* `SCON` 寄存器配置串口通信参数。
* `TMOD` 寄存器配置波特率发生器模式。
* `TH1` 寄存器设置波特率发生器高字节。
* `TR1` 寄存器开启波特率发生器。
* `SBUF` 寄存器用于发送和接收数据。
* `TI` 标志位表示发送完成。
* `RI` 标志位表示接收完成。

**参数说明：**

* `SCON`：串口控制寄存器
* `TMOD`：定时器模式寄存器
* `TH1`：波特率发生器高字节寄存器
* `TR1`：波特率发生器控制位
* `SBUF`：串口数据缓冲寄存器
* `TI`：发送中断标志位
* `RI`：接收中断标志位

# 3. 串口通信编程

### 3.1 串口通信寄存器

#### 3.1.1 单片机串口通信寄存器

单片机串口通信寄存器主要用于控制和管理串口通信过程，通常包括