详解单片机的串口通信

前言

在使用计算机的大多数时间中，我们需要通过一定的物理接口，达到与外界通信的目的，单片机本质上也是计算机，麻雀虽小，五脏俱全，不同于USB这样的庞然大物，绝大多数单片机都拥有串口UART，在日常的使用中，串口占有很大的占比。

电气标准

串口有4种电气标准，分别是TTL、 RS232、RS422和 RS485。这4种串口只在电气信号上有差别，在帧格式，传输逻辑和软件操作上基本都是一样的。这些都是关于UART通讯的一个机械和电气接口标准，不同的标准用于不同的场合，合理选择。

比较项	TTL	RS232	RS422	RS485
信号类型	电平信号	电平信号，负逻辑	差分信号	差分信号
电压范围	0~3.3v/5.0v	+/-15V	-0.25V～+6V	-7V～+12V
抗干扰性	弱	交强	强	强
传输距离	1m	10m	1.2Km	1.2Km
传输带宽	100Kb/s	100Kb/s	10Mb/s	10Mb/s

TTL

常见于板上通信，抗干扰能力弱，下载芯片CH340采用的USB转TTL。

输出 L： <0.8V ； H：>2.4V

输入 L： <1.2V ； H：>2.0V

Rs232

逻辑1(MARK)=-3V～-15V，逻辑0(SPACE)=+3～+15V，实际工作时，应保证电平在-3V～-15V或+3V～+15V之间。我们在计算机主机上常见到9针或25针的D型插头，就是RS232标准采用的，他诞生于1970年，其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

而在一般的应用场所RS-232口一般只使用RXD（2）、TXD（3）、GND（5）三条线。

其单片机的原理图上也只使用了这三根线，并通过MAX232电平转换芯片将232电平转换为单片机可以接受的TTL。

RS422

RS-422（EIA RS-422-A Standard）标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。

在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用平衡发送和差分接收，这种方式具有很强的共模干扰抑制能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压差，故传输信号能在千米以外得到恢复。

RS-422接口是采用平衡发送和差分接收方式。RS-422有5根信号线：两根发送、两根接收还有一根信号地线。

RS485

RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。[s1]

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。

单工，全双工和半双工

单工模式（Simplex Communication）的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。

串口是一种全双工的通信，分别由两根同时发送和接收传送，双方都可以在同一时刻进行发送和接收。而半双工可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。

在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。显然，在其它参数都一样的情况下，全双工比半双工传输速度要快，效率要高，学习单片机嵌入式，元器件有需求可以去唯样商城看看，学生还有优惠哦。

同步通信和异步通信

在电路中，我们使用二进制进行通信，这就涉及到同步与异步的问题。

建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙。

而异步通信以字符（构成的帧）为单位进行传输。数据位从低到高传送。

审核编辑：汤梓红