淺談基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)串口通信研究論文
單片機(jī)的串口功能可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)通信，促使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制得到更好的發(fā)展。串口通信在單片機(jī)的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與分析，在未來的發(fā)展中，串口通信將成為單片機(jī)與單片機(jī)之間通信的關(guān)鍵。
1 通信種類
所謂的通信，就是指不同的獨(dú)立系統(tǒng)由線路相互交換數(shù)據(jù)，其中，構(gòu)建成整個(gè)通信系統(tǒng)的線路被稱作為網(wǎng)絡(luò)通信。進(jìn)行通信的目的是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換活動(dòng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，將數(shù)據(jù)由傳送端輸送到另一設(shè)備終端。在通信活動(dòng)中，傳送端所使用的方法就是將數(shù)據(jù)通過程序與線路將數(shù)據(jù)傳送出去，而接受端則依照通信協(xié)議收集數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)工作或是將數(shù)據(jù)以其他形式展現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)通信分為兩種形式，分別為串行傳輸式通信與并行傳輸式通信。
1.1 并行傳輸式通信
并行傳輸式通信也叫并行通信，指的是數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)向各個(gè)位同時(shí)發(fā)送。并行通信具有數(shù)據(jù)傳輸、處理速度快的特點(diǎn)，在并行通信下，可以一次傳輸八個(gè)位。并行傳輸雖然能夠增強(qiáng)傳輸速度，但是在傳輸時(shí)也存在問題。并行傳輸式通信的基礎(chǔ)是必須備有多條傳輸線，一旦遇到傳輸多位數(shù)據(jù)或是數(shù)據(jù)傳輸距離長的情況，就需要大量的傳輸線，會(huì)消耗大量的資源。進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)生過程時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電位會(huì)因?yàn)榫�串口通信是指計(jì)算機(jī)與外設(shè)間或是主機(jī)系統(tǒng)間相互的數(shù)據(jù)串行傳送。串口通信與并行通信相比，傳輸數(shù)據(jù)速率較慢，而且每次在傳輸時(shí)只能傳輸一個(gè)位。處理數(shù)據(jù)電壓時(shí)也僅有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓，雖然速率慢，但是由于每一次只傳輸一個(gè)位，使得數(shù)據(jù)漏失情況降低，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。另外串口通信具有良好的抗干擾能力。并行通信需要耗費(fèi)大量的傳輸線，在這一點(diǎn)上串口通信可以極大的降低經(jīng)濟(jì)成本，節(jié)約資源，串口通信適合于遠(yuǎn)距離通信。串口通信數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)是在兩地間完成數(shù)據(jù)傳輸工作。數(shù)據(jù)的傳輸速度通常會(huì)受到通常雙方設(shè)備、性能和通信線路穩(wěn)定性影響。對(duì)于工業(yè)或儀器需要的環(huán)境來說通常是 9600bps 的傳輸速度。串口通信端口所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是字符型，但是如何傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是文件，就會(huì)使用二進(jìn)制的數(shù)據(jù)傳輸類型。數(shù)據(jù)傳輸方向分為三種基本傳輸模式，分別是單工、半雙工和全雙工模式。單工傳輸模式是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚬潭ǎ粸橐环N或是單純發(fā)送數(shù)據(jù)或是單純接受數(shù)據(jù)的通信方式。半雙工傳輸模式是指使用一條傳輸線路，不但作為數(shù)據(jù)輸出線還作為數(shù)據(jù)輸入，雖然數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)在兩個(gè)方向上的傳輸，但是通信雙方無法同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)的傳送模式。全雙工方式是指運(yùn)用兩條數(shù)據(jù)傳輸線來傳輸數(shù)據(jù)，由于全雙工方式下可以使用兩條數(shù)據(jù)傳輸線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，不必?fù)?dān)心雙方數(shù)據(jù)是否發(fā)送或接收完的顧慮，因此全雙工方式具有半雙工不可比擬的優(yōu)勢(shì)，全雙工的效率是半雙工效率的一倍。
2 串口通信的同步方式
設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過程中，必須樹立一個(gè)接送雙方都認(rèn)可的同步方式，有了遵守的同步方式才能使數(shù)據(jù)傳輸順利進(jìn)行，否則將會(huì)使數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中因?yàn)殡p方在輸送與接收數(shù)據(jù)的方式上發(fā)生沖突，進(jìn)入使數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤。
2.1 異步通信方式
在異步通信系統(tǒng)中都是以獨(dú)立字節(jié)的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每一個(gè)字節(jié)的前面都有一個(gè)起始信號(hào)，而字節(jié)后同樣會(huì)有一個(gè)或多個(gè)終止信號(hào)。通信中，從起始信號(hào)到終止信號(hào)結(jié)束算一幀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在傳輸線內(nèi)進(jìn)行傳輸時(shí)，當(dāng)字節(jié)開始移動(dòng)后，字節(jié)的起始位置是從標(biāo)志位到空白的一次遷移，這一次遷移代表的就是一個(gè)字節(jié)的傳輸過程，在傳輸結(jié)尾使用一個(gè)或多個(gè)終止信號(hào)使傳輸線回到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)這一過程結(jié)束后，數(shù)據(jù)輸送方才能發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。通常來說，起始位占用一位，字符編碼占有七位，第八位是奇偶校驗(yàn)位，而停止位又會(huì)占用一位、一位半或兩位。一幀數(shù)據(jù)的構(gòu)成與起始位、停止位和字符編碼占據(jù)數(shù)位有關(guān)，通常由 10、10.5 和 11 位構(gòu)成。
表示數(shù)據(jù)字符，能夠保證字符一個(gè)連續(xù)一個(gè)的'被傳送。進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳送，計(jì)算機(jī)與外設(shè)必須要遵守字符格式與波特率的規(guī)定。字符格式規(guī)定就是遵循奇偶校驗(yàn)、起始位和停止位的字符傳輸格式，波特率規(guī)定是在串口通信過程中，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)每秒傳輸?shù)臑閿?shù)表示數(shù)據(jù)傳送的約定。
異步通信存在缺陷，通過異步通信進(jìn)行傳輸信息傳輸效率低，效率低的原因與其字符傳輸方式有很大關(guān)系，由于在傳送時(shí)每個(gè)字符都要附加一些標(biāo)志信息，使得數(shù)據(jù)傳輸速度受到影響。異步通信也具備其自身的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)接送雙方在進(jìn)行通信時(shí)，如果雙方時(shí)間存在誤差兩個(gè)字符信息間的停止間隔能夠?yàn)殡p方時(shí)鐘的誤差起到緩沖的作用，在異步通信方式中容許較小的頻率漂移，這是其數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢(shì)。
2.2 同步通信方式
同步通信方式與異步通信方式有較大的不同，異步通信方式中數(shù)據(jù)的傳送過程，是以一幀數(shù)據(jù)的起始位到終止位來作為一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始與結(jié)束標(biāo)志。異步通信方式增加了數(shù)據(jù)輸送時(shí)間，而同步通信方式是將所有輸送字符連接在一起組成一個(gè)數(shù)據(jù)塊。在輸送數(shù)據(jù)塊時(shí)會(huì)在數(shù)據(jù)塊前面增加特殊的同步字符，將同步字符作為數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)钠鹗夹盘?hào)，并在數(shù)據(jù)塊的后面增加校驗(yàn)字符，這是為了自在輸送中校驗(yàn)通信中存在的錯(cuò)誤。在同步通信方式中，是聯(lián)系傳輸字符的方式，字符之間沒有間隔與異步通信有很大的不同。這樣一來，同步通信就具有較高的通信效率，在通信過程中通常會(huì)在幾十至幾千波特之間。但是同步通信方式需要在數(shù)據(jù)傳輸雙方在時(shí)鐘上保持發(fā)送端與接收端的同步，這樣一來就使得硬件構(gòu)造復(fù)雜。
3 單片機(jī)數(shù)據(jù)串口通信研究
3.1 通信過程分析
單片機(jī)的串行端口一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其具備發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的能力。在通常的情況下，單片機(jī)在向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)的過程中就會(huì)開始發(fā)送行為，進(jìn)入數(shù)據(jù)輸送的過程。另一方面，對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取的時(shí)候數(shù)據(jù)接收過程也隨之開始。在單片機(jī)與串行接口進(jìn)行通信的過程中，單片機(jī)會(huì)對(duì)可編程邏輯控制器發(fā)出命令幀格式，結(jié)束后可編輯邏輯控制器將會(huì)對(duì)單片機(jī)的的命令做出反應(yīng)。單片機(jī)只有高低電平輸入，但是可編輯邏輯編輯器需要將接收到的信息通過 ASCII 來形成，因此在信息發(fā)送的過程中要根據(jù)串口通信協(xié)議當(dāng)中的信息幀格式來進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化，最后通過單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行信息發(fā)送。
3.2 單片機(jī)顯示設(shè)計(jì)
在對(duì)單片機(jī)顯示程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中通常有靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)與動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)主要是指數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式，將所有選線路并聯(lián)在一起，并通過八位 I/O 口對(duì)其進(jìn)行控制，然后將單片機(jī)其他的 I/O 口作為數(shù)碼管位選線。當(dāng)單片機(jī)輸出顯示數(shù)字的譯碼時(shí)，各個(gè)數(shù)碼顯示管對(duì)位選通電路進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管就會(huì)顯示，其他的數(shù)碼管不會(huì)有反應(yīng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也被稱為直流驅(qū)動(dòng)，在靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)下，數(shù)碼管的共陰極和共陽極共同接地，而其共同連接電源。在靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)下占用單片機(jī)的 I/O 端口較多，因此，由于這種方式帶來的不便，使得靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用中并不普及。
3.3 矩陣式鍵盤接口
鍵盤中案件需要數(shù)量較多時(shí)，如果不對(duì)其進(jìn)行合理的排列會(huì)占用 I/O 口，為了減少 I/O 口被占有，通常以矩陣形式來排列案件的分布。在矩陣式鍵盤排列中，應(yīng)該保持每一條水平線與垂直線在交叉處不直接連通。合理的連接方式應(yīng)該是通過按鍵來加以連接，使得端口可以形成 4×4 的排列方式，這樣方式排列下將會(huì)比直接將端口用于鍵盤連接上多出一倍的利用率。使用這種方式，在線路越多的情況下就有越為明顯的區(qū)別。在矩陣式的分布方式中，如果再增加一條線就可以形成二十鍵的鍵盤，但如果直接使用端口線只能增加一個(gè)鍵，在鍵數(shù)多的情況下，使用矩陣式方法來做鍵盤可以產(chǎn)生良好的效果。
矩陣式結(jié)構(gòu)雖然有更好的效果但是具有復(fù)雜性，在識(shí)別方面也存在難度。在確定矩陣式鍵盤方面被按下的鍵號(hào)可以使用“行掃描法”，行掃描法是一種較為常用的按鍵識(shí)別方法。在判斷鍵盤中有無按鍵落下時(shí)，可以將全部行線至低電平，對(duì)列線狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)的過程中，只要有一列的電平為低，就意味著鍵盤中有按鍵處于按下狀態(tài)，如果所有的列線都是高電平，則沒有按鍵處于按下狀態(tài)。在確認(rèn)有按鍵按下后，開始對(duì)具體閉合按鍵進(jìn)行確認(rèn)。需要將行線置為低電平，在確定某根行線位置是低電平后，在對(duì)各列線的電平狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查。如果某一列為低電平，這條列線與低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
4 結(jié)論
對(duì)單片機(jī)數(shù)據(jù)串口通信進(jìn)行研究具有重要的意義，隨著信息化、工業(yè)化發(fā)展，數(shù)據(jù)通信在社會(huì)中產(chǎn)生了重要的價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中傳輸媒體的不同使得有線數(shù)據(jù)與無線數(shù)據(jù)能夠與計(jì)算機(jī)形成有機(jī)的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)不同地域間數(shù)據(jù)資源的共享，對(duì)于社會(huì)數(shù)據(jù)資源傳播有著重要的意義。作為相關(guān)研究者，應(yīng)該刻苦攻關(guān)，在當(dāng)前數(shù)據(jù)串口通信技術(shù)下，進(jìn)行開拓創(chuàng)新，發(fā)揮這一領(lǐng)域的效率，使這一技術(shù)更好的為社會(huì)進(jìn)步提供動(dòng)力。
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