基于单片机的数据串口通信研究

曾德康

（西华师范大学，四川 南充 637000）

0 引 言

目前，传统单片机在实践中存在功能简单、难以管理的问题。由于单片机具有集成度高，体积面积小，抗干扰能力强及可靠性高等特点，被广泛运用于各行各业。结合单片机和NCL，可得到具有独特效果的通信系统。

1 数据串口通信的概述和方式

数据串口通信具有独特的理论和分析方式。数据串口用于联系计算机和通信，并充分发挥两者特点。串口通信是连接数据信号线和数据控制线，并最终实现多样化结合。此外，利用多样化线路可有效连接外部计算机和部分电子设备。数据传输采用大数据传输形式，是一种简单快捷的通信方式。数据的串口通信是在串口上以字节的形式进行相关数据的发送和接受，然后确定步骤位置实现通信，如图1所示。此通信方式不仅数据线少，节约成本，还可进行远距离控制和远距离通信。实现数据串口通信需要具体的参数指标，如波特率、数据的奇偶性[1]。

1.1 同步通信方式

同步通信对通信双方的时钟频率要求较高，以时钟的同步保证通信的稳定建立。发送方和接收方分别连续发送和连续接收同步比特流。同步方式包括两种。第一，网络同步。通过自定义的网络连接和世界主时钟达成一致，以保持整个网络节点的准确性。第二，时钟同步。节点之间的时钟在实际操作中可能存在一定轻微误差，但可以使用其他措施来实现同步传输。同步通信处于高速发展阶段，其传输介质主要是“帧”[2]。数据传输的起点和终点即为帧的起始位置和终点位置。同步通信方式的本质是字符的结合与传输。通常，将同步通信字符的起始点设置在数据板块的前方，同时数据板块的后方连接大量的字符，字符均无间隔。同步通信引导下的数据板块传输需实现发送端和接收端的同步运行，如图2所示。同步通信可快速提高通信效率，但也存在不稳定因素，如不同字符数间的波特率不同。

图1 数据串口通信示意图

图2 同步通信示意图

1.2 异步通信方式

异步通信时，数据通常是以字符帧为单位进行传送的。字符帧也称数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位及停止位4部分组成，如图3（a）所示[3]。串行通信中，发送端逐帧发送信息，接收端逐帧接收信息。两相邻字符帧之间可无空闲位，也可有若干空闲位，如图3（b）所示。这种类型的传输通常是一个小的分组。例如，一组字符具有该组的起始位和结束位。由于添加了大量辅助位作为负载，因此这种传输方法的效率相对较低。异步通信可缓解数据接收双方的时间差异，降低双方的延迟率。异步通信的缺点是数据传输速度和数据传输效率的降低。

图3 异步通信的字符帧格式

2 单片机串行通信的设计

单片机串行通信一般用于实现与外部设备交换数据，实现与上位机的通信。例如，工业现场有很多具备串口通信功能的端表，可在中控室随时读取表的运行状态和相关数据，及时发现异常，实现了工业自动控制。某些用户可根据实际情况，在串口上添加光电隔离电路，以保护端口[4]。

2.1 串行通信的数据通路形式

单工形式、全双工形式及半双工形式是串行数据通信的三种通路形式，依据各自不同的特点达到通信效率的最大化和损耗的最小化[5]。单工形式的数据通路，其通信的建立仅需一条数据线，要求在数据传输过程中通信双方必须保持规定的接收频率，一方固定为发送端，另一方固定为接收端。单向传输可降低损耗，适用于对通信要求不高的设备。全双工形式依托通信双方均安装有发送器和接收器的便利，能快速实现数据的双向传输，在交互过程中能实现同时发送和同时接收。如果要实现全双工形式的通路建设，必须有两条数据线以保证传输速率。根据半双工形式数据传输通道的不同，可选择一条数据线或者两条数据线实现通信。该形式的最大特点是数据只能选择任意一方进行发送，不能同时发送。

2.2 通信过程分析

通信数据的传输需规范发送行为，确定数据板块存在的数据和信息，寄存在数据寄存器，然后进行转换，及时校正传输的数据。数据传输时，寄存器也同步完成自身传输工作。数据传输完成后，逻辑控制器有效控制单片机的传输过程，并及时传达命令，最终带动整个数据传输进程。现阶段，单片机可检测帧的传输方式，通过命令等联系控制器进行数据传输。通过串口通信协议也能发送信息，但需通过二进制换算和已有的逻辑顺序来传达单片机的具体信息[6]。

3 单片机的应用及与数字技术的结合

现阶段，单片机已被广泛应用。虽然单片机没有可以进行交换的界面，但是通过与控制系统融合，可在线输入和编写控制程序，加强任务管理，减少功耗，加强抗干扰水平。单片机的应用主要体现在以下三个方面。第一，工业行业。单片机是设备的重要元件，可用于提升设备工作效率，控制企业成本。第二，单片机技术具有控制功能。单片机技术与其他技术的融合，实现了信息交互；在单片机的基础上加强自适应，广泛应用于自动报警和故障识别等方面。第三，数据工具。单片机是串行通信中分析数据和转换数据的工具。

单片机是微型计算机，内存、能力和能耗存在一定限制，制约了数据的处理。单片机技术和数字技术的结合可拓宽技术适用范围，设计中应满足以下要求。第一，可靠性和质量。混合设计不能随意搭配。市场上虽然存在较成熟的单片机，但是其产品质量并不相同，生产工艺和设计能力影响产品功能。第二，安全性。大部分智能产品主要应用于敏感领域，如监测火灾等，因此对产品的可靠性和安全性提出了较高要求。第三，共享数据。大数据环境下，人们越来越重视共享数据，后台处理也更加模块化，因此对功能的多样性提出了较高要求。单片机可实现多样性功能，可使用更多的串口连接其他设备。

4 结 论

随着时代的快速发展和信息化技术的不断进步，传统单片机已无法满足现实要求。专业技术人员必须加强单片机与单片机内部结构的设计，并严格按照有关说明进行正确设置和严格处理，以提高整体系统的运行效率与运行稳定性。单片机的集成度高，数据信息块完善，广泛应用于各领域。通过PC端口与单片机通信，完成数据传送，提高了企业的发展速度，促进了经济社会的稳定进步。