单片机程序设计实验：串口通信与数据传输，深入解析单片机与外界沟通的桥梁

# 1. 单片机串口通信概述

串口通信是一种广泛应用于单片机系统中的数据传输方式，它通过串行数据线实现单片机与外部设备或其他单片机之间的通信。串口通信具有以下特点：

- **低成本：**串口通信只需要简单的硬件接口，成本低廉。
- **可靠性高：**串口通信采用异步传输方式，抗干扰能力强，可靠性高。
- **广泛应用：**串口通信广泛应用于各种单片机系统中，如工业控制、数据采集、仪器仪表等领域。

# 2. 单片机串口通信硬件基础

### 2.1 串口通信原理和协议

#### 2.1.1 串行通信的分类和特点

串行通信是一种将数据比特流逐位传输的通信方式。根据传输数据的物理方式，串行通信可分为以下两类：

- **同步串行通信：**使用时钟信号对数据传输进行同步，接收端通过时钟信号确定数据传输的速率和时序。
- **异步串行通信：**不使用时钟信号进行同步，而是通过起始位和停止位来确定数据传输的速率和时序。

异步串行通信的特点：

- **低成本：**无需使用时钟信号，硬件结构简单，成本较低。
- **抗干扰能力强：**由于不使用时钟信号，对时序要求不高，抗干扰能力强。
- **灵活性高：**可以根据不同的传输速率和数据格式进行灵活配置。

#### 2.1.2 串口通信的协议和标准

串口通信协议定义了数据传输的格式和规则，包括：

- **波特率：**数据传输速率，单位为比特/秒（bps）。
- **数据位：**每个字符传输的数据位数，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **停止位：**数据传输结束后的停止位数，通常为 1 或 2 位。
- **奇偶校验：**用于检测数据传输错误，有奇校验、偶校验和无校验三种方式。

常用的串口通信标准包括：

- **RS-232：**一种异步串行通信标准，用于连接计算机和外围设备。
- **RS-485：**一种半双工差分串行通信标准，用于多点通信。
- **UART：**一种集成在单片机中的串口通信接口，提供发送和接收数据的功能。

### 2.2 单片机串口硬件结构和寄存器

#### 2.2.1 串口硬件接口和引脚定义

单片机串口硬件接口通常包括以下引脚：

- **TXD：**数据发送引脚，用于发送数据。
- **RXD：**数据接收引脚，用于接收数据。
- **RTS：**请求发送引脚，用于请求对方设备发送数据。
- **CTS：**允许发送引脚，用于允许对方设备发送数据。

#### 2.2.2 串口控制寄存器和状态寄存器

单片机串口硬件通常包含以下控制寄存器和状态寄存器：

- **控制寄存器：**用于配置串口通信的参数，如波特率、数据位、停止位等。
- **状态寄存器：**用于指示串口通信的状态，如数据发送完成、数据接收完成、错误检测等。

**代码块：**

// 串口控制寄存器
#define SCON SFR(0x98)
// 串口状态寄存器
#define SBUF SFR(0x99)

// 配置串口波特率为 9600bps
SCON = 0x50;

**逻辑分析：**

该代码块配置了单片机串口波特率为 9600bps。SCON 寄存器用于配置串口参数，其中第 6 位和第 7 位用于设置波特率。0x50 表示波特率为 9600bps。

**参数说明：**

- `SCON`：串口控制寄存器地址。
- `SBUF`：串口数据缓冲区地址。
- `0x50`：配置波特率为 9600bps 的值。

# 3.1 串口通信初始化和配置

在进行串口通信之前，需要对串口进行初始化和配置，以设置通信参数和使能相关功能。

#### 3.1.1 波特率、数据位、停止位等参数设置

串口通信的参数主要包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验等。这些参数需要根据通信双方的要求进行设置，以确保通信的正确性和可靠性。

- **波特率：**表示数据传输速率，单位为比特/秒（bps）。常见的波特率有 9600、115200、921600 等。
- **数据位：**表示每个字符传输的数据位数，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **停止位：**表示数据位后面停止位的个数，