11.1 單片機串行通信介紹

通信按照基本類型可以分為并行通信和串行通信。并行通信時數據的各個位同時傳送，可以實現字節(jié)為單位通信，但是通信線多占用資源多，成本高。比如我們前邊用到的 P0 = 0xFE;一次給 P0 的8個 IO 口分別賦值，同時進行信號輸出，類似于有8個車道同時可以過去8輛車一樣，這種形式就是并行的，我們習慣上還稱 P0、P1、P2 和 P3 為51單片機的4組并行總線。

而串行通信，就如同一條車道，一次只能一輛車過去，如果一個 0xFE 這樣一個字節(jié)的數據要傳輸過去的話，假如低位在前高位在后的話，那發(fā)送方式就是0-1-1-1-1-1-1-1-1，一位一位的發(fā)送出去的，要發(fā)送8次才能發(fā)送完一個字節(jié)。

STC89C52 有兩個引腳是專門用來做 UART 串行通信的，一個是 P3.0 一個是 P3.1，它們還分別有另外的名字叫做 RXD 和 TXD，由它們組成的通信接口就叫做串行接口，簡稱串口。用兩個單片機進行 UART 串口通信，基本的演示圖如圖11-1所示。

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圖11-1 單片機之間 UART 通信示意圖

圖中，GND 表示單片機系統(tǒng)電源的參考地，TXD 是串行發(fā)送引腳，RXD 是串行接收引腳。兩個單片機之間要通信，首先電源基準得一樣，所以我們要把兩個單片機的 GND 相互連接起來，然后單片機1的 TXD 引腳接到單片機2的 RXD 引腳上，即此路為單片機1發(fā)送而單片機2接收的通道，單片機1的 RXD 引腳接到單片機2的 TXD 引腳上，即此路為單片機2發(fā)送而單片機1接收的通道。這個示意圖就體現了兩個單片機相互收發(fā)信息的過程。

當單片機1想給單片機2發(fā)送數據時，比如發(fā)送一個 0xE4 這個數據，用二進制形式表示就是 0b11100100，在 UART 通信過程中，是低位先發(fā)，高位后發(fā)的原則，那么就讓 TXD 首先拉低電平，持續(xù)一段時間，發(fā)送一位0，然后繼續(xù)拉低，再持續(xù)一段時間，又發(fā)送了一位0，然后拉高電平，持續(xù)一段時間，發(fā)了一位1??一直到把8位二進制數字 0b11100100 全部發(fā)送完畢。這里就涉及到了一個問題，就是持續(xù)的這“一段時間”到底是多久？由此便引入了通信中的一個重要概念——波特率，也叫做比特率。

波特率就是發(fā)送二進制數據位的速率，習慣上用 baud 表示，即我們發(fā)送一位二進制數據的持續(xù)時間=1/baud。在通信之前，單片機1和單片機2首先都要明確的約定好它們之間的通信波特率，必須保持一致，收發(fā)雙方才能正常實現通信，這一點大家一定要記清楚。

約定好速度后，我們還要考慮第二個問題，數據什么時候是起始，什么時候是結束呢？

不管是提前接收還是延遲接收，數據都會接收錯誤。在 UART 通信的時候，一個字節(jié)是8位，規(guī)定當沒有通信信號發(fā)生時，通信線路保持高電平，當要發(fā)送數據之前，先發(fā)一位0表示起始位，然后發(fā)送8位數據位，數據位是先低后高的順序，數據位發(fā)完后再發(fā)一位1表示停止位。這樣本來要發(fā)送一個字節(jié)的8位數據，而實際上我們一共發(fā)送了10位，多出來的兩位其中一位起始位，一位停止位。而接收方呢，原本一直保持的高電平，一旦檢測到了一位低電平，那就知道了要開始準備接收數據了，接收到8位數據位后，然后檢測到停止位，再準備下一個數據的接收。我們圖示看一下，如圖11-2所示。

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圖11-2 串口數據發(fā)送示意圖

圖11-2串口數據發(fā)送示意圖，實際上是一個時域示意圖，就是信號隨著時間變化的對應關系。比如在單片機的發(fā)送引腳上，左邊的是先發(fā)生的，右邊的是后發(fā)生的，數據位的切換時間就是波特率分之一秒，如果能夠理解時域的概念，后邊很多通信的時序圖就很容易理解了。