汪哲鋼

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

計算機與單片機的串行通信技術(shù)探究

汪哲鋼

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

一種連接顯示器和計算機主機以及單片機和計算機的技術(shù)就是串口技術(shù)，也被稱為是COM技術(shù)，本論文主要討論用于單片機和計算機連接的串口技術(shù)，串口技術(shù)的應(yīng)用能夠使單片機應(yīng)用領(lǐng)域得到極大的擴展。

串口技術(shù)；COM連接；單片機

0 引言

單片機屬于一種數(shù)據(jù)處理元件，其除了能夠進行數(shù)據(jù)的處理和計算外，還可以進行數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)前在控制器設(shè)計領(lǐng)域、機械電子領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)等多個領(lǐng)域都有單片機的身影，單片機能夠?qū)崿F(xiàn)對多種工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，使用也更為比較簡單，同時制造成本較低，因此具有非常廣闊的使用空間。雖然單片機具有上述眾多優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用過程匯總，也存在一些不足。其最大的缺陷就是存儲空間過小，處理之后的數(shù)據(jù)無法全部在單片機內(nèi)部存儲上進行存儲，為了提高單片機的存儲能力，擴大單片機的存儲范圍，需要將單片機進行外擴，將其和其他存儲設(shè)備相連，增加其存儲能力，通常使用外擴設(shè)備為計算機，利用計算機巨大的存儲空間來存儲單片機收集到和處理過的數(shù)據(jù)。單片機數(shù)據(jù)收集速度應(yīng)該和計算機數(shù)據(jù)采集速度相一致，為了達到這一目的，一般使用串口連接的方式將計算機接入到單片機上。

1 通信技術(shù)概述

1.1 信息傳遞

在通信領(lǐng)域，有多種信息傳遞方式。當(dāng)前，常用的信息傳遞分類方法有以下三種：一是信息單向傳遞，這種信息傳遞的特點就是信息傳遞方向是已經(jīng)規(guī)定的，只能從信息的發(fā)出方傳遞給信息的接收方；二是半雙向傳遞，這種信息傳遞方式的特點為信息既能夠從發(fā)出方傳遞給信息的接收方，也可以從信息的接收方傳遞給信息發(fā)出方，但在同一時間只能夠進行單向傳輸，也就是說當(dāng)信息由發(fā)出方傳遞給接收方這一時刻內(nèi)其他信息是無法從接收方傳遞給發(fā)出方的，這種信息傳輸方式傳輸效率較底，并且很容易引起新傳輸沖突，因此在實際環(huán)境中應(yīng)用較少，一般應(yīng)用于密碼鎖以及其他保險裝置的開關(guān)中。在半雙向信息傳輸模式中，如果某一信息從某一方向傳輸?shù)搅硪环较?，那么其他信息就無法從該信息的接收方傳輸給該信息的發(fā)出方，當(dāng)主機運行出現(xiàn)錯誤時，該方向就不會再進行信息傳遞，而反向信息傳遞過程就得以開展。三是完全雙向的信息傳輸，這種信息傳輸模式的特點為信息既可以從發(fā)出方傳遞給信息的接收方，也可以從信息的接收方傳遞給信息的發(fā)出方，和第二種半雙向信息傳遞所不同就是，完全雙向信息傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)同一時間內(nèi)信息的雙向傳遞，也就是說在同一時刻信息的接收方也可以成為另一信息的發(fā)出方，而信息的發(fā)出方也可以成為另一信息的接收方。當(dāng)前在通信領(lǐng)域，使用最多的一種信息傳遞方式就是完全雙向的信息傳遞，這種信息傳遞方式要求信息發(fā)出方和信息接收方有著相同的信息傳輸頻率，如果二者信息傳輸頻率差別較大，那么必須要有專門的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備進行對某一方進行頻率轉(zhuǎn)換。

1.2 串行通信

在雙向信息傳輸領(lǐng)域，一種使用較多的信息傳輸技術(shù)就是串行通信技術(shù)，這種技術(shù)特點為信息傳遞線路為一條，信息傳遞方式為位數(shù)傳遞。要想在單片機和個人電腦之間利用串行技術(shù)進行信息傳遞，并且確保單片機和個人電腦具有統(tǒng)一的時鐘基準(zhǔn)，如果二者時鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一，那么二者就可以進行串行連接，利用串行通信的方式進行信息的傳輸和通信。時鐘基準(zhǔn)統(tǒng)一意味著單片機和個人電腦信息傳輸頻率統(tǒng)一，所以可以直接進行信息的雙向傳遞，不需要利用頻率調(diào)整設(shè)備對時鐘頻率進行調(diào)整。信息傳輸方法是傳輸信息的重要標(biāo)準(zhǔn)。如果個人電腦和單片使用的時鐘基準(zhǔn)不同，那么他們信息傳輸?shù)念l率也就不同，需要外加信息傳輸頻率調(diào)整設(shè)備來完成信息的雙向傳輸。

2 串行通信在計算機上的應(yīng)用

計算機在和其他設(shè)備進行通信時一種可供選擇的通信方式就是串口通信，其中通信裝置為串口，其并不是普通的USB接口。計算機在利用串口和其他裝置進行信息交換和傳輸時候，信息傳輸?shù)挠嬃繂挝粸楸忍?一個字節(jié)對應(yīng)八個比特。評價個人電腦串口性能時，一種最重要的評價標(biāo)準(zhǔn)就是波特率，一秒內(nèi)傳輸?shù)淖止?jié)對應(yīng)的比特位就稱為是波特率，單位為比特每秒。數(shù)據(jù)位在串口通信技術(shù)中的含義為傳輸信息的位數(shù)，其和通信協(xié)議有著非常大的關(guān)系，通常在串口通信中，傳輸信息的位數(shù)為五位或者是七位也可能是八位數(shù)。在串口通信技術(shù)中，停止位指的是傳輸信息的末尾，一般來講停止位為是傳輸信息的第二位或者是第一位或者是第一點五位。外界環(huán)境因素將會對串口通信方式產(chǎn)生非常大的影響，使信息在傳輸過程中發(fā)生錯誤，為了減少外界環(huán)境是串口傳輸?shù)挠绊?，在實際串口信息傳輸過程中，通常設(shè)置校驗碼來對信息傳輸?shù)恼_性進行校驗，校驗碼的設(shè)計僅僅是為了減少外界環(huán)境對串行數(shù)據(jù)傳輸過程中的影響，提高串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，而對實際串行信息傳輸是沒有任何幫助的，所以在實際串行信息傳輸?shù)脑O(shè)計中，既可以設(shè)計校驗碼，也可以不設(shè)計校驗碼。串行通信分類的一個重要依據(jù)就是串行通信協(xié)議，在這種分類標(biāo)準(zhǔn)的作用下，可以對串行通信方式進行如下的劃分：一是RS232串行通信方式，這種串行通信方式是最為悠久的一種串行通信方式，產(chǎn)生時間最早；二是RS442串行通信方式，這種串行通信方式是對上一種串行通信方式的改進，是近幾年剛剛提出的一種串行通信方式；三是RS485串行通信方式。

3 串行通信在單片機上的應(yīng)用

當(dāng)前生產(chǎn)的單片機串行通信接口的數(shù)量至少為兩個，串行通信接口的方式都是全雙工，這些串行通信接口具體的使用方法可以參考單片機的出場說明。在將單片機通過串行接口和個人電腦相連接時，應(yīng)該根據(jù)單片機用途以及單片機種類進行相關(guān)操作，之后還需對單片機進行詳細的串口通信設(shè)計。另一種方法就是對單片機進行初始化處理，通過編寫相應(yīng)的程序使單片機僅僅具有信息采集功能，而不具有其他功能。無論是通過哪種方法對單片機進行串行通信設(shè)計，都應(yīng)該重置單片機中存儲的內(nèi)容或者是對寄存器進行重新標(biāo)成，通過這種方法確保單片使用的流暢性和運行的穩(wěn)定性。

和其他控制元件相比，單片機就要更為優(yōu)良的適應(yīng)能力、更低的制造成本、體積更為較小，所以在測控領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。但由于單片機計算功能較為簡單，對復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理能力差，所以儀表中安裝的單片機主要是用來進行數(shù)據(jù)采集，而之后的數(shù)據(jù)處理工作則需要由個人電腦完成，單片機采集的數(shù)據(jù)需要通過一定的方式傳遞個人電腦，當(dāng)前使用最多的一種單片機和個人電腦信息傳遞方式就是串行通行。

4 連接設(shè)計

電子計算機的串口通信協(xié)議為RS232C，同時具有串行通信頻率調(diào)整的設(shè)備。該串行通信協(xié)議的一秒鐘最多能夠傳輸19200比特/秒的數(shù)據(jù)，可以在二十米進行不同設(shè)備的通信，通信方式為單方向通信。邏輯信號“0”和邏輯信號”1”分別對應(yīng)3~15v和-3~-15v電平。

當(dāng)前，最常見的一種單片機就是51單片機，其能夠進行雙向的信息傳遞，并且能夠利用協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置將單片機電平通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為邏輯電平通信協(xié)議，通過這種方法完成單片機和個人電腦之間的通信。一般使用的協(xié)議轉(zhuǎn)換器為MAX232，該協(xié)議轉(zhuǎn)換器電源為5伏的直流電源，同時因為含有電源轉(zhuǎn)換器，因此能夠向單片機一側(cè)提供TTL電平，向個人主機一側(cè)提供±10V的電平。所以單片機和個人電腦之間進行串行通信時，各種裝置的連接順序依次為：單片機、MAX32以及個人電腦。

5 結(jié)束語

為了增大單片機的存儲容量以及單片機數(shù)據(jù)的處理能力，通常將單片機的一端和計算機相連，進行數(shù)據(jù)的傳輸。串行通信具有較高的信息傳輸速率，同時能夠保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，是當(dāng)前使用較多的一種信息傳輸方式，因此本文選擇串口通信進行單片機和計算機之間數(shù)據(jù)的傳輸。

[1]王碩,趙楊放,張揚.計算機單片機串行通信技術(shù)研究[J].藝術(shù)科技.2016(09)

[2]尹天明,李也白,張球河,王宇鴿.基于Win API串行通信技術(shù)的應(yīng)用研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展.2006(04)

Study on computer and single chip microcomputer serial communication technologye

Wang Zhegang
（Xijing University，Xi'an Shanxi，710123）

A connect the monitor to the computer and monolithic integrated circuit and computer technology is the serial technique, also known as is a COM technology, this paper discusses serial technology for monolithic integrated circuit and computer connections, serial interface technology enables the application of single-chip microcomputer application greatly expanded.

Serial port technology; COM connection; MCU