基于单片机的数据串口通信研究

蒋信

摘 要科技的发展日新月异，机电一体化的发展对自动化系统的可靠性提出了更高的要求，在这样的背景下，单片机在工业控制领域的应用越来越广泛也越来越重要。基于以上，本文从通信过程、显示设计、键盘接口等方面研究了基于单片机的数据串口通信。

【关键词】单片机 数据串口 通信 研究

在计算机控制领域中，计算机与外设数据之间的通信主要依靠单片机来实现，单片机的串口功能能够实现数据的传输以及分析，这就属于串口通信，可以预见的是，单片机的数据串口通信将会得到更广泛的应用，单片机之间的通信也有赖于其数据串口通信功能。基于以上，本文简要研究了基于单片机的数据串口通信。

1 串口通信的实现方式

设备在实现通信的过程中，必须树立一个信息接发双方都认可的通信方式，只有这样才能够保证信息在传送的过程中不发生冲突，才能够实现设备之间的通信，对于串口通信来说，主要有以下两种方式。

1.1 异步通信方式

异步通信方式实现的过程中，数据传输方式为独立字节的形式，不同的字节前端有着不同的起始信号，不同字节的后端则会有不同的终止信号，起始信号只能是一个，而终止信号可以是一个也可以是多个。数据传输过程中，字节进行移动，一个字节的迁移过程表示一个字节的传输过程，传输之前使用起始信号进行传输，传输结束之后使用终止信号将传输线调回标准状态，一个字节传输完毕后进行下一个字节的传输，字节传输有着连续性，这就是异步传输方式。由于没一个字节都要附加起始信号信息和终止信号信息，因此异步传输方式的效率较低，但异步通信方式容许一定程度的频率漂移，有着一定的误差缓冲作用。

1.2 同步通信方式

同步通信方式指的是将所有字符和字节连接在一起进行传输的一种通信方式，多个字符相互连接组成数据块，在数据块前增加同步字符，以同步字符作为传输起始信号，在传输后增加校验字符，以校验字符作为传输终止信号，以此来校验传输过程中的错误和误差，数据块中的各个字符之间没有间隔，相较于异步通信方式来说，其传输效率较高，但其对于信息接收端和信息发送端的同步性要求较高，因此硬件的复杂程度也就更高。

2 基于单片机的数据串口通信

2.1 单片机数据串口通信过程

单片机数据串口通信功能的实现主要依赖于数据寄存器，这个数据寄存器一般设置在单片机的串行端口上，其能够实现数据的接收和发送，从而为实现通信提供了可能。一般来说，数据在写入寄存器的时候同时会进行发送，从而进入到数据的传输流程中，而数据寄存器在读取数据的时候同时也开始数据的接收，这就是单片机数据串口通信的简单过程。

具体来说，串行接口与单片机通信的过程中，可编程逻辑控制器会接收到单片机发送的命令帧格式，在通信结束之后，可编程逻辑控制器执行命令，可编程逻辑控制器需要以ASCII的形式来形成接收到的信息，但是单片机的输入方式有着一定的局限性，只能够进行高低电平输入，这就需要在信息发送过程中对信息进行格式转化，串口通信协议中有信息帧格式，可以以此为依据将信息转化为二进制格式，转化后的信息发送至数据寄存器中，从而完成单片机数据串口通信过程。

2.2 单片机的显示设计分析

单片机显示程序的设计一般有两种方式：

2.2.1 动态显示驱动

指的是通过数码管来实现单片机动态显示的一种驱动显示方式具体来说，并联所有选择的线路，利用八位I/O口来控制这些并联的线路，将除八位I/O口之外的I/O口作为数码管选线，显示数字的译码由单片机进行输出，此时，为选通电路与各个数码显示管一一对应，并由对应的数码显示管来进行有效的控制，没有对应的数码显示管在此过程中不会产生反应，这就是动态显示驱动的过程。

2.2.2 静态显示驱动

静态显示驱动属于一种直流驱动方式，数码管有两个极，分别是共阳极和共阴极，在接地设置上，让这两个极同时接地，且同时连接电源，这就是静态显示驱动方式，需要注意的是，相较于动态显示驱动方式而言，静态显示驱动方式会占用更多的I/O口，这就给显示设计带来了一定的复杂性，因此，在实际的单片机显示设计中，一般采用动态显示驱动方式较多。

2.3 矩阵式键盘接口分析

在单片机数据串口通信过程中，可能在键盘中需要较多数量的键盘按键，为了避免占用过多的I/O口，则需要对这些键盘按键进行合理的排序。下面介绍一种矩阵形式的排列方式，以此来实现键盘按键的合理划分布。在矩阵式排列的过程中，垂直线和交叉点在同一条水平线上不能够直接的联通，而是要通过按键来实现二者的连接，这就形成了一种4×4的矩阵式排列方式，这种键盘连接对于端口的应用效率明显提升。

矩阵式键盘连接方式适用于线路较多情况，线路越多，则其提升端口使用效率的效果越明显。矩阵式排列分布方式下，使用端口线增加线路时，一条线的增加对应一个键的增加，而使用普通线，一条线的增加对应二十键，此时使用矩阵式排列方式就能够取得良好的效果。

矩阵式结构虽然能够避免过多的占用I/O口，但是其也有着一定的局限性，即矩阵式结构实现难度较大，相对来说比较复杂。已经确定的矩阵式键盘来说，可以采用“行扫描法”来识别按键，对于按键落下与否的判断来说，可以降低行线到低电平状态，检测列线的状态，如果发现有一条列线的电平为低状态，则可以判断键盘的按键在按下的状态，如果所有的列线都在高电平的状态，则可以判断键盘按键处于非按下的状态。在确定有键盘按键处于按下的状态时，则需要确认具体是哪一个按键处于按下状态，首先将某一条行线调到低电平的状态，之后对列线进行逐条检查，哪一列的列线处于低电平状态，则其与调到低电平状态这条行线的交点按键就是闭合的按键，依此进行判断即可。

3 结论

信息的发展日新月异，数据通信在工业及信息领域的应用越来越重要，计算机与外设数据的连接则依赖于单片机的数据串口通信，这就打破了信息传输的地域性限制。本文简要研究了基于单片机的数据串口通信，旨在进一步促进单片机数据串口通信技术的进一步发展。

参考文献

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[2]王振宇.基于单片机的数据串口通信研究[J].电子技术与软件工程，2015，07：256-257.

[3]刘远义，张锐，刘宏洋.PC机与单片机的串口通信数据采集系统设计[J].邢台学院学报，2013，02：174-176.

作者单位

湖北工程学院新技术学院12级电子信息工程 湖北省孝感市 432000