单片机控制技术实训：串口通信基础，掌握单片机与外界的沟通方式

# 1. 单片机串口通信基础

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，它通过串行通信接口实现数据的异步传输。串口通信具有成本低、易于实现等优点，在单片机与上位机、外围设备之间的通信中发挥着重要的作用。

本节将介绍单片机串口通信的基础知识，包括串口通信的硬件原理、协议层、单片机串口通信编程以及串口通信的应用实例。通过对这些基础知识的学习，读者可以掌握串口通信的基本原理和应用方法，为后续的串口通信开发奠定基础。

# 2. 串口通信的硬件原理

### 2.1 串口通信的物理层

#### 2.1.1 串口通信的物理接口

串口通信的物理接口主要包括以下几种类型：

- **RS-232**：这是最常见的串口接口，使用 DB-9 或 DB-25 连接器。它使用差分信号传输数据，具有较强的抗噪声能力。
- **RS-422**：RS-422 是一种平衡式串口接口，使用平衡式差分信号传输数据，具有更高的抗噪声能力和更长的传输距离。
- **RS-485**：RS-485 是一种半双工串口接口，使用平衡式差分信号传输数据，具有更长的传输距离和更高的抗噪声能力。
- **TTL**：TTL（晶体管-晶体管逻辑）是一种单端串口接口，使用单端信号传输数据，具有较低的成本和功耗。

#### 2.1.2 串口通信的信号电平

串口通信的信号电平是指串口通信中使用的电压电平。常见的串口信号电平包括：

- **RS-232**：RS-232 使用正负 12V 的信号电平，逻辑 1 为 -12V，逻辑 0 为 +12V。
- **RS-422**：RS-422 使用正负 6V 的信号电平，逻辑 1 为 +6V，逻辑 0 为 -6V。
- **RS-485**：RS-485 使用正负 2.5V 的信号电平，逻辑 1 为 +2.5V，逻辑 0 为 -2.5V。
- **TTL**：TTL 使用 0V 和 5V 的信号电平，逻辑 1 为 5V，逻辑 0 为 0V。

### 2.2 串口通信的协议层

#### 2.2.1 串口通信的帧格式

串口通信的帧格式是指串口通信中数据传输的格式。常见的串口帧格式包括：

- **异步帧格式**：异步帧格式中，每个字符单独传输，没有起始位和停止位。字符之间使用空闲位间隔。
- **同步帧格式**：同步帧格式中，数据以帧为单位传输，每个帧都有起始位和停止位。起始位和停止位用于同步发送器和接收器的时钟。

#### 2.2.2 串口通信的波特率和校验方式

- **波特率**：波特率是指串口通信中每秒传输的比特数。常见的波特率包括 9600、19200、38400、57600、115200 等。
- **校验方式**：校验方式用于检测串口通信中传输数据的错误。常见的校验方式包括：
- **无校验**：不进行校验，直接传输数据。
- **奇校验**：发送的数据帧中 1 的个数为奇数。
- **偶校验**：发送的数据帧中 1 的个数为偶数。
- **CRC 校验**：使用循环冗余校验（CRC）算法进行校验。

# 3. 单片机串口通信编程

### 3.1 单片机串口通信的初始化

#### 3.1.1 串口通信的寄存器配置

单片机串口通信的寄存器配置主要包括波特率、数据位、停止位和校验位等参数的设置。

- **波特率设置：**波特率寄存器用于设置串口通