【STC8A8K64S4A12开发板】— 单片机串行口知识点讲解

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前言

本次讲解STC8A8K64S4A12系列单片机串行口知识点。

一、关于通讯和通信的区别

目前，这两个词的使用频率相当高，但词义范围尚没有明确统一的界定。

关于通讯：“通讯”传统意义上主要指电话、电报、电传。通讯的“讯”指消息（Message），媒体讯息通过通讯网络从一端传递到另一端。媒体讯息的内容主要是话音、文字、图片和视频图像。其网络的构成主要由电子设备系统和无线电系统构成，传输和处理的信号是模拟的。所以，“通讯”一词应特指采用电报、电话等媒体传输系统实现上述媒体信息传输的过程。

关于通信：“通信”仅指数据通信，即通过计算机网络系统和数据通信系统实现数据的端到端传输。通信的“信”指信息（Information），信息的载体是二进制的数据，是数字的。数据则是可以用来表达传统媒体形式的信息，如声音、图像、动画等。

由于旧的“通讯”系统早已实现了数字化、计算机网络化改造，因此可以认为目前的数据通信系统已涵盖了过去的“通讯”系统的功能。按照这个结论，目前应多使用“通信”一词表达互联网间与局域网内的数据传输，尽量少用或不用“通讯”一词，以免引起概念上的误解。

二、关于串行通信和串口通信的区别

通常我们会在各种文档描述中看到串行通信和串口通信的术语，虽然只有一字之差，但表示的含义却差别很大。

串行通信：

• 串行通信的含义：串行通信是一种概念，是相对并行通信而言的。串行通信指一比特一比特的收发数据，而并行通信可一次性收发多个比特的数据。
• 常见串行通信：UART，I2C，SPI等等。

串口通信：

• 串口通信的含义：串口通信是一种通信手段，是相对于以太网方式、红外方式、蓝牙方式等而言的。
• 常见串口通信：某种意义上而言，串口通信指的就是单片机或者说微处理器的UART串行口通信。

三、关于串行通信和并行通信的区别

串行通信和并行通信的概念：

• 串行通信：使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
• 并行通信：如果一组数据的各数据位在多条线上同时被传输，这种传输方式称为并行通信。

串行通信和并行通信优缺点对比：

• 传输速率：并行通信传输速率比串行通信传输速率快得多。
• 通信距离：并行通信不支持远距离通信，串行通信可支持远距离通信。
• 抗干扰性：串行通信抗干扰性比并行通信强，稳定性高。
• 通信成本：串口通信成本低，并行通信成本高。

下面给出串行通信和并行通信的示意图：

☆注：串行通信是先发送一个字节的低位，再发送一个字节的高位。

四、关于单工通信、半双工通信和全双工通信

单工通信：

• 概念：只支持信号在一个方向上传输（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。
• 举例：寻呼机。

半双工通信：

• 概念：允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。
• 举例：无线对讲机。

全双工通信：

• 概念：允许数据同时在两个方向上传输，即有两个信道，因此允许同时进行双向传输。
• 举例：电话机、手机。

五、关于同步通信和异步通信

同步通信：

• 概念：同步通信是一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。
• 同步通信示意图如下。

异步通信：

• 概念：异步通信是一种很常用的通信方式。相对于同步通信，异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时隙可以是任意的，当然，接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。
• 异步通信示意图如下。

六、关于同步通信和异步通信的比

对比同步通信和异步通信：

• 同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流；异步通信不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
• 同步通信的单位是帧，异步通信的单位是字符。
• 同步通信效率高，异步通信效率较低。
• 同步通信较复杂，通信的双方必须使用同一时钟；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。
• 同步通信可用于点对多点，异步通信只适用于点对点。

七、几种常见电平信号的区别

有几种电平信号大家常常听说，比如TTL电平、RS232电平和RS485电平等。下面介绍下三种电平之间的区别。

• 三种电平信号都是基于数字信号而言的，数字信号要么是逻辑“1”，要么是逻辑“0”。在表示逻辑“1”或逻辑“0”时会对应不同的电平值，而使用的是TTL电平、RS232电平还是RS485电平正是决定了这个不同的电平值。
• TTL（ Transistor-Transistor Logic ）电平信号：应用最广泛的电平信号，
  高电平等价于逻辑“1”，低电平等价于逻辑“0”。一般规定输出高电平范围2.4V_{5V，输出低电平0V}0.4V。
• RS232电平信号：低电平等价于逻辑“1”，高电平等价于逻辑“0”。一般规定输出高电平范围+3V_{+15V，输出低电平-15V}-3V。
• RS485电平信号：低电平等价于逻辑“1”，高电平等价于逻辑“0”。一般规定输出高电平范围+2V_{+6V，输出低电平-6V}-2V 。

八、单片机串行口介绍

单片机串行口：串行口是单片机的最基本外设之一，不同型号单片机所带串行口并不一致，比如多数51单片机所带串行口是UART，没有USART。STM32所带串行口有UART，也有USART。具体根据所选单片机型号而定。

下面介绍UART和USART的概念。

• UART（全称是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter） ：通用异步收发器。
• USART（全称是Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter）：通用同步异步收发器。

USART和UART的区别：

• UART只能用于异步串行通信， USART既可以用于同步串行通信，也能用于异步串行通信。
• 当USART用于异步串行通信时，和UART 没有区别。

九、关于串口流控的介绍

串口流控：提供了由于某种原因不能进行通信时阻塞通信的一种机制。

串口流控分类：实现串口流控可采用硬件流控和软件流控两种方式。

• 硬件流控：使用串行电缆控制线上的电压信号来控制数据的发送和接收。硬件流控有两种方式：DTR/DSR方式和RTS/CTS方式。
• 软件流控：使用数据流中的两个特殊的字符，XOFF和XON，来控制数据的接收和发送。

注意事项：

• 软件流控一般是在串行口没有硬件流控的条件下而使用的。换句话说，如果串口有硬件流控，是不会使用软件流控的。
• 一般单片机串行口如果有硬件流控引脚的话，常见的配置是除了有串行口必要的RXD和TXD引脚外，还有RTS和CTS 两个信号引脚。

十、关于单片机串行口的引脚

单片机通常会有多组串行口可供使用，而针对一组串行口可能会因其是否有硬件流控、是否有同步功能而有不同的引脚数：

1. 不带硬件流控的UART接口。

2. 不带硬件流控的USART接口。

☆注：带硬件流控单片机串行口USART会有上面5个引脚，实际使用时如果用不到串口流控，可将USART_RTS和USART_CTS作为普通IO口使用。如果不用串口同步通信，可将USART_CK作为普通IO口使用。换句话说，该USART串行口可只使用USART_RX和USART_TX两个引脚进行串口异步通信。

3. 带硬件流控的UART接口。

☆注：带硬件流控单片机串行口UART会有上面4个引脚，实际使用时如果用不到串口流控，可只使用UART_RX和UART_TX两个引脚。此时，UART_RTS和UART_CTS可作为普通IO口使用。

4. 带硬件流控的USART接口。

☆注：带硬件流控单片机串行口USART会有上面5个引脚，实际使用时如果用不到串口流控，可将USART_RTS和USART_CTS作为普通IO口使用。如果不用串口同步通信，可将USART_CK作为普通IO口使用。换句话说，该USART串行口可只使用USART_RX和USART_TX两个引脚进行串口异步通信。

十一、关于单片机串行口的应用

串行口的常见应用：

• 单片机串行口外接RS232芯片（MAX232/SP3232等）可扩展为RS232接口。
• 单片机串行口外接RS485芯片（MAX485/SP485等） 可扩展为RS485接口。
• 单片机串行口外接USB转串口芯片（CH340等）可扩展为USB接口。
• 单片机串行口外接TTL电平的相应功能模块则就具有了模块的功能，如HC-08蓝牙串口模块则单片机可实现蓝牙BLE通信，如外接WiFi模块ESP8266则单片机可实现无线WiFi通信，如外接PM2.5的模块，则单片机可实现对环境PM2.5的采集。
• 以上是单片机串行口的最常见应用，基础而实用，大家务必学好单片机串行口的硬件和软件设计。

十二、单片机串行口的应用

总结