单片机C语言串口通信：串口配置、数据发送和接收，实现设备间高效通信

# 1. 单片机C语言串口通信概述**

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，它通过串行接口实现数据在单片机与外部设备之间的交换。在单片机C语言中，串口通信是通过特定的寄存器和函数来实现的。

串口通信具有以下特点：

- **单向传输：**串口通信一次只能传输一个数据位，数据传输速率由波特率决定。
- **异步传输：**数据传输没有时钟信号同步，接收端需要根据起始位和停止位来识别数据帧。
- **半双工传输：**串口通常支持半双工传输，即同一时间只能有一个设备发送数据，另一个设备接收数据。

# 2. 串口配置与数据传输

### 2.1 串口硬件配置

#### 2.1.1 波特率、数据位、停止位和校验位

串口通信中，波特率、数据位、停止位和校验位是关键的硬件配置参数。

- **波特率：**单位为 bps（比特每秒），表示每秒传输的比特数。常见的波特率有 9600、115200、921600 等。
- **数据位：**表示每个数据帧中实际传输的数据位数，通常为 5、6、7 或 8 位。
- **停止位：**表示数据帧末尾的停止位数，用于指示数据帧的结束。通常为 1 或 2 位。
- **校验位：**用于检测数据传输过程中的错误。常用的校验位有奇校验、偶校验和无校验。

#### 2.1.2 流控机制

流控机制用于控制数据传输的速率，防止数据发送方发送速度过快，导致接收方来不及接收。常见的流控机制有：

- **硬件流控（RTS/CTS）：**使用 RTS（请求发送）和 CTS（清除发送）信号线实现流控。当接收方缓冲区已满时，会拉低 CTS 信号，阻止发送方继续发送数据。
- **软件流控（XON/XOFF）：**使用 XON（传输开启）和 XOFF（传输关闭）字符实现流控。当接收方缓冲区已满时，会发送 XOFF 字符，阻止发送方继续发送数据。

### 2.2 数据发送和接收

#### 2.2.1 发送数据缓冲区和接收数据缓冲区

单片机通常设有发送数据缓冲区和接收数据缓冲区，用于存储待发送和已接收的数据。

- **发送数据缓冲区：**当需要发送数据时，数据会先写入发送数据缓冲区，然后由串口控制器自动发送出去。
- **接收数据缓冲区：**当接收到数据时，数据会先写入接收数据缓冲区，然后由程序从接收数据缓冲区中读取数据。

#### 2.2.2 中断处理和数据读取

当串口控制器检测到有数据发送或接收时，会触发相应的中断。在中断服务程序中，程序可以从发送数据缓冲区中读取数据并发送出去，或者从接收数据缓冲区中读取数据并进行处理。

// 串口中断服务程序
void UART_ISR() {
  // 发送中断
  if (UART_GetStatus() & UART_TX_INT_FLAG) {
    // 从发送数据缓冲区中读取数据并发送
    uint8_t data = UART_ReadData();
    UART_SendData(data);
  }

  // 接收中断
  if (UART_GetStatus() & UART_RX_INT_FLAG) {
    // 从接收数据缓冲区中读取数据
    uint8_t data = UART_ReadData();
    // 处理接收到的数据
    ...
  }
}

# 3.1 设备通信

#### 3.1.1 主从通信协议

在设备通信中，通常采用主从通信协议。主设备负责发起通信，控制通信流程，从设备负责响应主设备的请求，并提供数据或执行操作。

常见的设备通信协议包括：

- **Modbus**：一种广泛用于工业自动化领域的协议，支持多种数据类型和功能码，具有较强的灵活性。
- **CAN总线**：一种高可靠性、高实时性的总线协议，常用于汽车、工业控制等领域。
- **UART**：一种异步串行通信协议，用于单片机之间的通信，具有简单易用的特点。

#### 3.1.2 数据格式和解析

在设备通信中，数据格式和解析至关重要。数据格式决定了数据的组织方式，解析则负责将接收到的数据转换成可用的信息。

常见的数据格式包括：

- **ASCII码**：一种字符编码格式，每个字符对应一个字节。
- **二进制格式**：直接使用二进制位表示数据，具有较高的传输效率。
- **JSON格式**：一种轻量级的数据交换格式，采用键值对的形式组织数据。

解析数据的过程通常涉及以下步骤：

- **数据帧识别**：识别数据帧的开始和结束标志。
- **数据校验**：检查数据帧的完整性和正确性。
- **数据解析**：根据数据格式将数据转换成可用的信息。