单片机串口高级应用：物联网和嵌入式系统中的创新实践

# 1. 单片机串口基础

串口（Serial Port）是一种串行通信接口，用于在单片机和外部设备之间传输数据。它是一种异步通信方式，数据以一位一位的方式传输，并且没有时钟信号。串口通常用于连接单片机与传感器、显示器、键盘等外围设备。

串口通信的基本原理是：发送方将数据一位一位地发送出去，接收方则一位一位地接收数据。发送方和接收方之间需要约定好波特率、数据位、停止位和校验位等参数，以确保通信的正确性。

# 2. 串口通信协议

### 2.1 串行通信的基本原理

串行通信是一种数据传输方式，它将数据位逐个发送和接收，而不是同时发送所有数据位。这种方式可以降低硬件成本和复杂性，但会降低传输速度。

串行通信的基本原理如下：

- **起始位：**一个逻辑 0 位，表示数据传输的开始。
- **数据位：**包含要传输的数据，通常为 5 到 8 位。
- **奇偶校验位：**可选，用于检测数据传输中的错误。
- **停止位：**一个或多个逻辑 1 位，表示数据传输的结束。

### 2.2 常用的串口通信协议

常用的串口通信协议包括：

- **UART (通用异步收发传输器)：**一种异步通信协议，数据位在不固定的时间间隔内发送和接收。
- **RS-232 (推荐标准 232)：**一种标准化的串行通信协议，用于连接计算机和外围设备。
- **RS-485 (推荐标准 485)：**一种平衡式串行通信协议，用于在长距离和恶劣环境中传输数据。

#### 2.2.1 UART 协议

UART 协议是异步通信协议，这意味着数据位在不固定的时间间隔内发送和接收。UART 协议的帧格式如下：

起始位 | 数据位（5-8 位） | 奇偶校验位（可选） | 停止位（1-2 位）

#### 2.2.2 RS-232 协议

RS-232 协议是一种标准化的串行通信协议，用于连接计算机和外围设备。RS-232 协议的帧格式如下：

起始位 | 数据位（5-8 位） | 奇偶校验位（可选） | 停止位（1 位）

#### 2.2.3 RS-485 协议

RS-485 协议是一种平衡式串行通信协议，用于在长距离和恶劣环境中传输数据。RS-485 协议的帧格式如下：

起始位 | 数据位（5-8 位） | 奇偶校验位（可选） | 停止位（1 位）

**表格：常用串口通信协议比较**

| 协议 | 传输方式 | 帧格式 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| UART | 异步 | 起始位 + 数据位 + 奇偶校验位（可选） + 停止位 | 短距离通信，如计算机和外围设备 |
| RS-232 | 异步 | 起始位 + 数据位 + 奇偶校验位（可选） + 停止位 | 标准化通信，如计算机和调制解调器 |
| RS-485 | 平衡式 | 起始位 + 数据位 + 奇偶校验位（可选） + 停止位 | 长距离通信，如工业自动化和楼宇自动化 |

**代码块：UART 协议数据帧解析**

def parse_uart_frame(frame):
    """解析 UART 数据帧

    Args:
        frame (bytes): UART 数据帧

    Returns:
        tuple: 数据位、奇偶校验位、停止位
    """

    start_bit = frame[0]  # 起始位