計算機與單片機的串行通信技術探究

韋斌

摘 要：在計算機主板的眾多接口技術發展中。串口設計時相對成熟的一個技術，串口技術就是COM連接技術，被廣泛利用在計算機主機與顯示器設備的鏈接。除了連接顯示器，串口連接還被用于計算機與單片機的鏈接，通過這種連接技術，讓單片機的發展迎來了一個更好的發展。本文針對計算機與單片機的串行連接技術進行探討，目的在于擴大單片機的應用范圍。

關鍵詞：計算機；單片機；串口連接；通信技術探究

單片機是一種具有收集和處理數據的小型數據處理芯片，單片機的作用越來越受到一些機械電子的重視，同時單片機的使用方便，同時價格較低，又能實現基本的功能，所以在一些電子領域有著廣泛的應用。但是單片機也存在相應的缺點，就是數據存儲容量太小，這使單片機的處理數據有著相應的不足之處，為了提高單片機及處理能力將單片機和計算機相連，利用單片機進行數據采集的工作，將收集的速度傳輸到計算機CPU中，讓CPU能夠把更多的使用率尚在數據處理上，提高相應處理速度。但是為了實現這一想法就要想辦法讓單片機與計算機相互連接。串口連接時一種較為適合的連接方式。

1 通信技術的基礎分析

1.1 數據的傳遞方式

數據的傳遞方式多種多樣，按照數據傳遞的方式一般分為三種，一種是單向傳遞式，一種為半雙向傳遞式。另種為雙向傳遞式。在單向傳遞式的連接中，數字信號只能從一端傳遞給數據的另一端，不能進行回傳，主要用于一些輸出設備的連接上。第二種傳遞方式為半雙向傳遞，它可以實現信息的雙向傳遞，但是在雙向的過程中不能同時進行，一個時間點只能進行一個方向的傳遞，這種傳遞方式容易產生兩端傳輸數據產生沖突，傳輸的速率很慢。這種連接方式利用的不多，多為保險開關數據，在工作正常時利用一個方向的數據阻礙另一個數據的傳遞，但如果當主機出現相應的問題時，這側的數據傳遞就會消失，同時開關一側數據得以傳輸，啟動相應的保護措施。第三種傳遞方式是能夠實現數據在兩側的實時互相傳遞。這種方式有著優良的特點，所以被廣泛的采用。而計算機和單片機之間得連接就需要這樣的能夠實現數據交互的連接方式。但是這種方式只能實現相應頻率間的數據傳遞，有些時候會遇到兩者的數據采用不同頻率的狀況，這就需要一定的特殊設備或者特殊的線路設備才能實現相應的傳遞工作。

1.2 串行通信技術

串行通信技術是在一條線路上實現相應的數據傳遞，屬于雙向傳遞的范疇，是利用傳輸數據的位數來傳遞相應的數據的，但是計算機和單片機的數據傳輸存在一定的前提條件，這個前提標準就是時鐘的基準。如果采用的統一時鐘基準相互的連接就會比較容易，因為雙方采用一致的時鐘基準，就說明他們之間頻率是相同的可以對數據直接傳輸，所以不用對啟動的位置進行進行調整。在實現相互傳遞數據時用來分別數據的方式就是數據的傳輸標志。當計算機和單片機采取的時鐘是不相同，所以不會造成相互的影響，所以能實現快速的數據傳遞。

2 計算機的串行通信技術

在計算機進行串行通信的時候，串口是通信的設備，和一般的USB接口是不一樣的。串口在進行數據傳輸的時候主要是以bit來完成的，在串口傳輸一個字節的時候需要發送8bit，在計算機的串口通信當中，波特率是一種最常用的參數，波特率主要就是指在一定的單位時間內傳送的比特位，經常是用秒來作為單位的。在串口的通信數據傳輸當中，數據的位數通常就是數據位，在確定數據位時候，通常是依靠相關的協議要求來確定的，一般情況之下可以是5、7、8位。而停止位主要就是指在串口通信進行數據傳輸的時候，數據包的最后一位就是停止位，一般情況下可以是1、1.5、2。在串口通信進行數據傳輸的時候，也是會受到一些外界的干擾從而發生數據的傳輸錯誤，而對于一些簡單的校錯方式基本上都是通過校驗碼來提供的，而在數據的傳輸過程當中，校驗碼是可以沒有的。在對串口通信進行分類的時候，可以根據串行通信之間的不同協議，分成RS232、RS442、RS485。在這幾個串口通信當中，RS232的出現是最早的，而后通過對RS232進行一定的改進和完善就有了RS442和RS485。而這幾種串口通信也有著自己的一些缺點和優勢。

3 單片機的串行通信

現在的單片機較為先進，一般都有兩個或兩個以上的全雙工串口，每一個串口插口都能實現相應的數據輸出和傳遞方式。同時在單片機的使用手冊中會對每一個串口的技術規格進行詳細描述。用戶將單片機與計算機相連時可按照相應的要求來連接，同時可以根據具體的要求在連接后對單片機的軟件系統進行合理的設計，或者采用初始化單片機的方式，利用編程讓其只使用相應的數據采集功能，對于其他功能不激活。但是值得注意的是，不管是利用單片機的功用，都需要把相應的單片機的寄存器中的內容進行設置或者重新編程，因為寄存器是單片機的重要構成，如果不進行處理就可能對連接運行產生一定的阻礙。

在儀器、儀表等測控設備中，通常采用單片機完成數據采集和系統控制功能。單片機具有體積小、價格低廉、適應性強的優點，但是計算能力有限，難以進行復雜的數據處理，對采集到的數據進一步的分析和處理，則由功能強大的PC機完成，因此，單片機和PC機之間需要進行大量的數據交換。在測控系統中，通常把PC機稱為上位機，單片機稱為下位機。

4 連接設計

PC機系統內一般都裝有異步通信適配器，采用標準的RS232C串行通信接口。RS232C接口屬于單端信號傳輸，一般用于20m內的數據通信，傳輸速率最高可達19200bps。在RS232C標準中，邏輯“1”對應的電平為-3V～-15V，邏輯“0”對應的電平為+3V～+15V。

AT89C51是51系列單片機中最常用的一種，具有一個全雙工的串口，可以同時發送和接收數據。從外部硬件看，它們在單片機上對應的是TXD和RXD兩個引腳，在單片機內部有兩個控制寄存器和兩個數據寄存器來控制串口的工作。但是單片機接口是標準的TTL邏輯電平，與RS232C接口的邏輯電平不匹配，如果直接連接不但會造成邏輯混亂，甚至會損壞芯片，必須要在它們中間加入邏輯電平轉換電路，才能正常通信。

MAX232芯片可以實現TTL和RS232C兩種邏輯電平的轉換。MAX232芯片由5V供電，內部有電源變換電路，可以自動向RS232C接口一端提供所需的±10V電平，單片機一端是標準的TTL電平。單片機和PC機的通信系統中，采用MAX232芯片的接口電路。

結束語

計算機連接單片機是一種提高單片機或計算機工作能力一種有效方法，所以對于兩者之間的連接方式非常重要，采用串口連接能方便數據之間的快速傳遞，是有效連接的方法之一。同時要注意兩者是否采用統一的時鐘基準問題，在串口連接后進行相應的編程設置，然后實現單片機的功用。

參考文獻

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