单片机外部通讯嵌入式系统设计与开发指南：从概念到实现，打造智能产品

# 1. 单片机外部通讯基础**

单片机外部通讯是指单片机与外部设备进行数据交换和控制的过程。它可以实现单片机与传感器、显示器、存储器等外部设备的连接，扩展单片机的功能和应用范围。

外部通讯的基本原理是通过输入/输出（I/O）端口与外部设备进行数据传输。单片机通过I/O端口发送和接收数据，并通过相应的通讯协议与外部设备进行交互。常见的通讯协议包括串口通信、I2C通信和SPI通信。

# 2. 单片机外部通讯接口

### 2.1 串口通信

#### 2.1.1 串口通信原理

串口通信是一种单向、异步、串行的数据传输方式。它使用两根信号线，一根用于发送数据（TXD），另一根用于接收数据（RXD）。数据以比特为单位传输，每个比特占用一个时间片。

#### 2.1.2 串口通信协议

串口通信协议定义了数据传输的规则，包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

- **波特率：**每秒传输的比特数。常见的波特率有 9600、115200、1000000 等。
- **数据位：**每个字符传输的比特数。常见的设置有 8 位和 7 位。
- **停止位：**每个字符传输结束后发送的停止位数。常见的设置有 1 位和 2 位。
- **奇偶校验：**用于检测数据传输过程中的错误。奇偶校验位是一个额外的比特，用于使字符中 1 的个数为奇数或偶数。

#### 2.1.3 串口通信编程

**代码块：**

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

int main() {
    int fd;
    struct termios options;

    // 打开串口设备
    fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置串口参数
    tcgetattr(fd, &options);
    options.c_cflag = B9600 | CS8 | CLOCAL | CREAD;
    options.c_iflag = IGNPAR | ICRNL;
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &options);

    // 发送数据
    write(fd, "Hello world!\n", 13);

    // 接收数据
    char buf[1024];
    int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (n > 0) {
        printf("Received: %s\n", buf);
    }

    // 关闭串口设备
    close(fd);

    return 0;
}

**逻辑分析：**

1. `open()` 函数打开串口设备。
2. `tcgetattr()` 和 `tcsetattr()` 函数用于获取和设置串口参数。
3. `write()` 函数用于发送数据。
4. `read()` 函数用于接收数据。
5. `close()` 函数关闭串口设备。

**参数说明：**

- `/dev/ttyS0`：串口设备路径。
- `O_RDWR`：打开串口设备进行读写。
- `O_NOCTTY`：不将串口设备作为控制终端。
- `B9600`：波特率为 9600。
- `CS8`：数据位为 8 位。
- `CLOCAL`：不使用硬件流控制。
- `CREAD`：使能接收器。
- `IGNPAR`：忽略奇偶校验错误。
- `ICRNL`：将回车转换为换行。

# 3.1 Modbus协议

#### 3.1.1 Modbus