串行通信的基础知识总结

单片机与单片机或与其他计算机之间通常有两种信息交换方式：并行通信和串行通信。

1.串行通信与并行通信的比较

在并行通信中，数据的所有二进制位在多条并行的传输线上同时传送，如图4-14a所示。在串行通信中，数据的所有二进制位在一条传输线上一位一位地按顺序逐个传送，如图4-14b所示。

图4-14两种通信方式

a)并行通信b)串行通信

并行通信的优点是速度快、效率高，缺点是传输线较多、长距离传输的成本较高并且可靠性差，只适用于近距离传输。与并行通信相比，串行通信的缺点是速度慢、效率低，优点是传输线较少、长距离传输的成本较低，适用于远距离传输。

2.串行通信的数据传输模式

根据数据流的方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种传输模式，如图4-15所示。

图4-15串行通信的传输模式

a)单工b)半双工c)全双工

在单工模式下，数据仅能从发送器传送至接收器，传输方向单一，不能反方向传输。在半双工模式下，仅有一根数据传输线，数据可以沿两个方向传输，但在任意时刻数据仅能沿一个方向传输。在全双工模式下，通信设备之间有两根传输线，可以同时完成两个不同方向的数据传输。

3.串行通信的速度

串行通信的数据传输速度被称为波特率(Baudrate)，即每秒钟传送的二进制位的个数，单位为位/秒(bit/s)。例如，若单片机每秒钟传送960个字符，而每个字符包含10位(bit)，则传输波特率为960×10bit/s=9600bit/s=9600波特。常用波特率有2400波特、4800波特、9600波特、19200波特、38400波特和115200波特等。

串行通信的类型

串行通信又分为异步通信和同步通信两种类型。

(1)异步串行通信

在异步通信中，数据以字符为单位在一根传输线上传送。同一字符中各位之间的传输时间间隔是固定的。相邻字符之间的传输时间间隔由发送方控制，是不固定的，既可以连续传送，也可以间断传送。

由于字符之间的传输时间间隔不固定，所以必须在字符传输时附加必要的格式信息，以便接收方判断字符传输的开始和结束。附加了格式信息的字符数据被称作字符帧。一个字符帧通常包含起始位、数据位、奇偶校验位和停止位，相邻字符帧之间的是空闲位，如图4-16所示。字符帧中各位的作用如下：

图4-16异步串行通信的字符帧格式

1)起始位：字符帧的起始位，为低电平“0”，代表一个完整字符帧的开始。

2)数据位：包含5~8位，在起始位之后，按低位在前、高位在后的顺序传输。

3)奇偶校验位：只占用一位，在数据位之后，可以没有该位。奇偶校验的功能也可以被其他功能取代，例如，在串口的多机通信中，可以用该位指示字符帧传送的是从机地址(即从机编号)还是实际数据。

4)停止位：以高电平“1”表示一个字符帧的结束，停止位可以占1位或2位。

5)空闲位：不传送数据时，传输线上传送空闲位，为高电平“1”。传输线上由空闲位“1”变为起始位“0”时，开始传送一个新的字符帧。

在异步通信中，为保证通信成功，数据的发送方和接收方必须采用的相同的波特率。

(2)同步串行通信

同步通信将若干个数据字符连接成数据块，以数据块为单位传送信息。如图4-17所示，同步通信的字符帧由同步字符、数据块和校验字符三部分构成。其中，数据块中的数据字符个数由传输任务决定，不受限制;同步字符的个数为1个(单同步字符)或2个(双同步字符);校验字符有1或2个，用于接收端验证接收数据的正确性。在同步通信中，接收方和发送方必须采用精确、同步的时钟和相同的波特率。同步通信速度远高于异步通信。

图4-17同步串行通信格式