基于單片機的數據串口通信研究

曾德康

（西華師范大學，四川 南充 637000）

0 引 言

目前，傳統單片機在實踐中存在功能簡單、難以管理的問題。由于單片機具有集成度高，體積面積小，抗干擾能力強及可靠性高等特點，被廣泛運用于各行各業。結合單片機和NCL，可得到具有獨特效果的通信系統。

1 數據串口通信的概述和方式

數據串口通信具有獨特的理論和分析方式。數據串口用于聯系計算機和通信，并充分發揮兩者特點。串口通信是連接數據信號線和數據控制線，并最終實現多樣化結合。此外，利用多樣化線路可有效連接外部計算機和部分電子設備。數據傳輸采用大數據傳輸形式，是一種簡單快捷的通信方式。數據的串口通信是在串口上以字節的形式進行相關數據的發送和接受，然后確定步驟位置實現通信，如圖1所示。此通信方式不僅數據線少，節約成本，還可進行遠距離控制和遠距離通信。實現數據串口通信需要具體的參數指標，如波特率、數據的奇偶性[1]。

1.1 同步通信方式

同步通信對通信雙方的時鐘頻率要求較高，以時鐘的同步保證通信的穩定建立。發送方和接收方分別連續發送和連續接收同步比特流。同步方式包括兩種。第一，網絡同步。通過自定義的網絡連接和世界主時鐘達成一致，以保持整個網絡節點的準確性。第二，時鐘同步。節點之間的時鐘在實際操作中可能存在一定輕微誤差，但可以使用其他措施來實現同步傳輸。同步通信處于高速發展階段，其傳輸介質主要是“幀”[2]。數據傳輸的起點和終點即為幀的起始位置和終點位置。同步通信方式的本質是字符的結合與傳輸。通常，將同步通信字符的起始點設置在數據板塊的前方，同時數據板塊的后方連接大量的字符，字符均無間隔。同步通信引導下的數據板塊傳輸需實現發送端和接收端的同步運行，如圖2所示。同步通信可快速提高通信效率，但也存在不穩定因素，如不同字符數間的波特率不同。

圖1 數據串口通信示意圖

圖2 同步通信示意圖

1.2 異步通信方式

異步通信時，數據通常是以字符幀為單位進行傳送的。字符幀也稱數據幀，由起始位、數據位、奇偶校驗位及停止位4部分組成，如圖3（a）所示[3]。串行通信中，發送端逐幀發送信息，接收端逐幀接收信息。兩相鄰字符幀之間可無空閑位，也可有若干空閑位，如圖3（b）所示。這種類型的傳輸通常是一個小的分組。例如，一組字符具有該組的起始位和結束位。由于添加了大量輔助位作為負載，因此這種傳輸方法的效率相對較低。異步通信可緩解數據接收雙方的時間差異，降低雙方的延遲率。異步通信的缺點是數據傳輸速度和數據傳輸效率的降低。

圖3 異步通信的字符幀格式

2 單片機串行通信的設計

單片機串行通信一般用于實現與外部設備交換數據，實現與上位機的通信。例如，工業現場有很多具備串口通信功能的端表，可在中控室隨時讀取表的運行狀態和相關數據，及時發現異常，實現了工業自動控制。某些用戶可根據實際情況，在串口上添加光電隔離電路，以保護端口[4]。

2.1 串行通信的數據通路形式

單工形式、全雙工形式及半雙工形式是串行數據通信的三種通路形式，依據各自不同的特點達到通信效率的最大化和損耗的最小化[5]。單工形式的數據通路，其通信的建立僅需一條數據線，要求在數據傳輸過程中通信雙方必須保持規定的接收頻率，一方固定為發送端，另一方固定為接收端。單向傳輸可降低損耗，適用于對通信要求不高的設備。全雙工形式依托通信雙方均安裝有發送器和接收器的便利，能快速實現數據的雙向傳輸，在交互過程中能實現同時發送和同時接收。如果要實現全雙工形式的通路建設，必須有兩條數據線以保證傳輸速率。根據半雙工形式數據傳輸通道的不同，可選擇一條數據線或者兩條數據線實現通信。該形式的最大特點是數據只能選擇任意一方進行發送，不能同時發送。

2.2 通信過程分析

通信數據的傳輸需規范發送行為，確定數據板塊存在的數據和信息，寄存在數據寄存器，然后進行轉換，及時校正傳輸的數據。數據傳輸時，寄存器也同步完成自身傳輸工作。數據傳輸完成后，邏輯控制器有效控制單片機的傳輸過程，并及時傳達命令，最終帶動整個數據傳輸進程。現階段，單片機可檢測幀的傳輸方式，通過命令等聯系控制器進行數據傳輸。通過串口通信協議也能發送信息，但需通過二進制換算和已有的邏輯順序來傳達單片機的具體信息[6]。

3 單片機的應用及與數字技術的結合

現階段，單片機已被廣泛應用。雖然單片機沒有可以進行交換的界面，但是通過與控制系統融合，可在線輸入和編寫控制程序，加強任務管理，減少功耗，加強抗干擾水平。單片機的應用主要體現在以下三個方面。第一，工業行業。單片機是設備的重要元件，可用于提升設備工作效率，控制企業成本。第二，單片機技術具有控制功能。單片機技術與其他技術的融合，實現了信息交互；在單片機的基礎上加強自適應，廣泛應用于自動報警和故障識別等方面。第三，數據工具。單片機是串行通信中分析數據和轉換數據的工具。

單片機是微型計算機，內存、能力和能耗存在一定限制，制約了數據的處理。單片機技術和數字技術的結合可拓寬技術適用范圍，設計中應滿足以下要求。第一，可靠性和質量。混合設計不能隨意搭配。市場上雖然存在較成熟的單片機，但是其產品質量并不相同，生產工藝和設計能力影響產品功能。第二，安全性。大部分智能產品主要應用于敏感領域，如監測火災等，因此對產品的可靠性和安全性提出了較高要求。第三，共享數據。大數據環境下，人們越來越重視共享數據，后臺處理也更加模塊化，因此對功能的多樣性提出了較高要求。單片機可實現多樣性功能，可使用更多的串口連接其他設備。

4 結 論

隨著時代的快速發展和信息化技術的不斷進步，傳統單片機已無法滿足現實要求。專業技術人員必須加強單片機與單片機內部結構的設計，并嚴格按照有關說明進行正確設置和嚴格處理，以提高整體系統的運行效率與運行穩定性。單片機的集成度高，數據信息塊完善，廣泛應用于各領域。通過PC端口與單片機通信，完成數據傳送，提高了企業的發展速度，促進了經濟社會的穩定進步。