单片机C语言串口通信：10个掌握单片机与外部世界的桥梁的实战案例

# 1. 单片机C语言串口通信概述

串口通信是单片机与外部设备进行数据交换的重要方式。它是一种异步通信方式，即发送和接收数据时，数据位之间没有固定的时间间隔。串口通信在单片机系统中广泛应用，如与PC机、传感器、显示器等设备进行数据交互。

单片机C语言串口通信涉及到串口通信原理、硬件接口、C语言编程技巧等方面。本章将对这些内容进行概述，为后续章节的深入学习奠定基础。

# 2. 串口通信基础理论

### 2.1 串口通信原理及协议

串口通信是一种使用串行数据传输的通信方式，数据一位一位地依次传输，与并行通信一次传输多个比特位不同。串口通信的原理是通过发送器和接收器之间的物理连接（通常是电线或光纤）传输数据，发送器将数据分解为单个比特位，然后逐个发送，接收器接收比特位并将其重新组装成原始数据。

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括数据帧格式、比特率、校验方式等。常见的串口通信协议有 RS-232、RS-485、CAN 等。

### 2.2 串口通信硬件接口

串口通信的硬件接口通常包括以下组件：

- **串口控制器 (UART)**：负责数据传输的控制和管理。
- **发送器和接收器**：负责数据的发送和接收。
- **波特率发生器**：生成发送和接收数据的时钟信号。
- **连接器**：连接发送器和接收器之间的物理接口。

串口通信的硬件接口可以是集成在单片机或微控制器中的，也可以是外接的独立模块。

### 2.3 串口通信数据帧格式

串口通信数据帧通常由以下部分组成：

- **起始位**：一个低电平信号，表示数据帧的开始。
- **数据位**：传输的数据信息，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**：一个高电平信号，表示数据帧的结束。

不同的串口通信协议对数据帧格式有不同的规定。例如，RS-232 协议使用 8 位数据位、1 位停止位和奇校验。

### 2.4 串口通信波特率

串口通信的波特率是指每秒传输的比特数，单位为 bps（比特/秒）。常见的波特率有 9600、19200、38400、115200 等。波特率的选择需要考虑数据传输速率和通信距离等因素。

### 2.5 串口通信校验

串口通信校验用于检测数据传输中的错误。常见的校验方式有奇校验和偶校验。

- **奇校验**：数据帧中 1 的比特位数为奇数，校验位为 0 或 1，使整个数据帧中 1 的比特位数变为偶数。
- **偶校验**：数据帧中 1 的比特位数为偶数，校验位为 0 或 1，使整个数据帧中 1 的比特位数变为奇数。

接收器通过校验位来验证数据帧的正确性。如果校验位与计算出的校验值不一致，则表明数据传输中发生了错误。

### 2.6 串口通信流程图

串口通信流程可以表示为以下流程图：

graph LR
subgraph 发送端
    A[发送数据] --> B[UART处理] --> C[发送器发送]
end
subgraph 接收端
    D[接收器接收] --> E[UART处理] --> F[接收数据]
end
A --> B --> C
D --> E --> F

### 2.7 串口通信代码示例

以下是一个使用 C 语言实现串口通信的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 串口初始化函数
void uart_init(void) {
    // 配置波特率、数据位、校验位、停止位等参数
}

// 串口发送数据函数
void uart_send(char *data, int len) {
    // 发送数据
}

// 串口接收数据函数
int uart_recv(char *data, int len) {
    // 接收数据
    return 0;
}

int main(void) {
    // 初始化串口
    uart_init();

    // 发送数据
    char *data = "Hello world!";
    uart_send(data, strlen(data));

    // 接收数据
    char recv_data[100];
    int recv_len = uart_recv(recv_data, 100);

    // 打印接收到的数据
    printf("Received data: %s\n", recv_data);

    return 0;
}

### 2.8 逻辑分析和参数说明

**uart_init() 函数：**

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