单片机C语言串口通信实战指南：掌握串口通信原理，轻松实现数据传输

# 1. 单片机C语言串口通信概述

串口通信是单片机与外部设备进行数据交换的重要方式。它是一种异步通信方式，数据以串行的方式一个比特一个比特地传输。串口通信具有结构简单、成本低廉、易于实现等优点，广泛应用于各种嵌入式系统中。

本章将介绍单片机C语言串口通信的基本概念，包括串口通信的物理层和协议层，以及串口通信的常用协议。

# 2. 串口通信原理与协议

### 2.1 串口通信的基本概念

#### 2.1.1 串口通信的物理层

串口通信的物理层定义了数据在物理介质上的传输方式，包括以下几个方面：

- **通信方式：**串口通信采用异步半双工通信方式，即数据一位一位地串行传输，并且发送方和接收方不能同时发送和接收数据。
- **电气特性：**串口通信使用不同的电气标准，如RS-232、RS-485和CAN总线，定义了信号电平、传输速率和连接器类型。
- **物理接口：**串口通信通常使用DB-9或DB-25连接器，连接器上的引脚定义了发送、接收、接地和其他控制信号。

#### 2.1.2 串口通信的协议层

串口通信的协议层定义了数据传输的规则和格式，包括以下几个方面：

- **数据帧格式：**数据帧由起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位组成，起始位和停止位用于标记数据帧的开始和结束。
- **波特率：**波特率表示每秒传输的比特数，单位为波特（bps）。常见的波特率有9600、115200和1000000。
- **数据位：**数据位表示每个数据帧中传输的数据位数，常见的数据位数有5、6、7和8。
- **奇偶校验：**奇偶校验用于检测数据传输中的错误，奇偶校验位可以是奇校验或偶校验，确保数据帧中1的个数为奇数或偶数。

### 2.2 串口通信的常用协议

#### 2.2.1 RS-232协议

RS-232协议是串口通信中最常用的协议之一，它使用DB-9或DB-25连接器，电气特性为单端差分信号，最大传输距离为15米。RS-232协议支持点对点通信，适用于短距离数据传输。

#### 2.2.2 RS-485协议

RS-485协议是一种多点通信协议，它使用差分信号传输数据，抗干扰能力强，最大传输距离可达1200米。RS-485协议支持多台设备同时连接到同一总线上，适用于长距离数据传输。

#### 2.2.3 CAN总线协议

CAN总线协议是一种高速、可靠的多主通信协议，它使用差分信号传输数据，抗干扰能力极强，最大传输距离可达1000米。CAN总线协议支持多台设备同时连接到同一总线上，适用于工业自动化、汽车电子等领域。

# 3. 单片机C语言串口通信编程基础

### 3.1 串口通信的硬件配置

#### 3.1.1 串口引脚的定义

单片机通常有多个串口，每个串口都有对应的引脚。常见串口引脚定义如下：

| 引脚名称 | 功能 |
|---|---|
| TXD | 发送数据 |
| RXD | 接收数据 |
| RTS | 请求发送 |
| CTS | 清除发送 |

RTS和CTS引脚用于流控制，在实际应用中很少使用。

#### 3.1.2 串口波特率的设置

串口波特率是指每秒传输的比特数，单位为bps。常见的波特率有9600、19200、38400、115200等。

波特率设置寄存器通常为一个8位寄存器，其值与波特率的关系如下：

波特率 = 系统时钟频率 / (16 * (波特率设置寄存器 + 1))

例如，使用8MHz系统时钟，波特率设置寄存器为0x03，则波特率为：

波特率 = 8MHz / (16 * (0x03 + 1)) = 19200bps

### 3.2 串口通信的软件编程

#### 3.2.1 串口初始化

串口初始化需要设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。以STM32单片机为例，串口初始化代码如下：

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t baudrate)
{
    // 使能串口时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    // 设置波特率
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_Ini