单片机C语言串口通信：数据传输与设备交互的桥梁

# 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，它通过串行通信接口实现数据在不同设备之间的传输。在单片机C语言编程中，串口通信通常使用UART（通用异步收发器/发送器）模块进行实现。

串口通信的特点包括：

- **异步通信：**数据传输不依赖于时钟信号，发送方和接收方可以独立工作。
- **半双工通信：**一次只能有一个设备发送或接收数据，不能同时进行。
- **低速率：**相对于并行通信，串口通信的数据传输速率较低。

串口通信在单片机系统中有着广泛的应用，例如：

- 与PC机或其他外部设备进行数据交换
- 与传感器或其他外部模块进行通信
- 实现设备之间的控制和数据采集

# 2.1 串口通信的基本原理

### 2.1.1 串行通信与并行通信

**串行通信**是一种将数据按位逐个发送和接收的通信方式，而**并行通信**则是将数据按字节或字的方式同时发送和接收。串行通信的优点是只需要一根信号线，而并行通信需要多根信号线，因此串行通信的成本更低，也更适合远距离通信。

### 2.1.2 串口通信的时序和帧格式

串口通信的时序由**波特率**和**数据位**决定。波特率表示每秒传输的比特数，数据位表示每个数据帧中包含的数据位数。常见的波特率有 9600、19200、38400、57600 和 115200。常见的数据位数有 5、6、7 和 8。

串口通信的帧格式通常包括以下部分：

- **起始位：**一个低电平的起始位，表示数据帧的开始。
- **数据位：**数据位包含实际要传输的数据，每个数据位表示一个比特。
- **奇偶校验位：**奇偶校验位用于校验数据传输的正确性，可以是奇校验或偶校验。
- **停止位：**一个或多个高电平的停止位，表示数据帧的结束。

**代码块：**

#define BAUD_RATE 9600
#define DATA_BITS 8
#define PARITY_BIT PARITY_NONE
#define STOP_BITS 1

void uart_init(void)
{
    // 设置波特率
    UBRR0H = (uint8_t)(BAUD_RATE >> 8);
    UBRR0L = (uint8_t)BAUD_RATE;

    // 设置数据位、奇偶校验位和停止位
    UCSR0C = (DATA_BITS << UCSZ00) | (PARITY_BIT << UPM00) | (STOP_BITS << USBS0);

    // 启用串口接收和发送
    UCSR0B |= (1 << RXEN0) | (1 << TXEN0);
}

**逻辑分析：**

该代码块初始化了串口，设置了波特率、数据位、奇偶校验位和停止位。然后启用了串口接收和发送功能。

**参数说明：**

- `BAUD_RATE`：波特率，单位为比特/秒。
- `DATA_BITS`：数据位数，可以是 5、6、7 或 8。
- `PARITY_BIT`：奇偶校验位，可以是 `PARITY_NONE`、`PARITY_ODD` 或 `PARITY_EVEN`。
- `STOP_BITS`：停止位数，可以是 1 或 2。

# 3. 串口通信软件编程

### 3.1 串口通信初始化和配置

#### 3.1.1 初始化串口寄存器

串口通信初始化主要涉及配置串口寄存器，以设置波特率、数据格式、停止位和校验位等参数。以下代码展示了串口初始化过程：

// 初始化串口
void uart_init(void)
{
    // 设置波特率为 9600bps
    UCSR0A |= (1 << U2X0);
    UBRR0H = 0x00;
    UBRR0L = 0x33;

    // 设置数据格式为 8 位、无校验、1 个停止位
    UCSR0C |= (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
    UCSR0C &= ~(1 << UPM01) & ~(1 << UPM00) & ~(1 << USBS0);

    // 使能串口接收和发送
    UCSR0B |= (1 << RX