目录

一、通信种类

1、并行通信

2、串行通信

3、单工模式(Simplex Communication)

4、半双工通信(Half-Duplex Communication)

5、全双工通信(Full-Duplex Communication)

6、串行的异步通信与同步通信

（1）异步通信

（2）同步通信

二、串行口通信

（一）UART定义（串行通信协议）

（二）串口通信通信时序（底层逻辑）

1、空闲时

2、起始位

3、数据位

4、校验位

5、停止位

6、简述串口通信的通信逻辑（面问）

（三）波特率（bps）

三、三种串行通信方式在物理表现形式的不同

（一）TTL(Transistor-Transistor Logic)

（二）RS232标准

（三）RS485标准

四、串行口寄存器

（一）SBUF寄存器（串行口数据缓冲寄存器）

（二）串行口控制寄存器SCON

（三）电源控制寄存器PCON

五、USB下载电路模块

六、练习（实现51单片机与电脑之间的通信）

uart.c

main.c

xdata 的作用

计算定时器初值的计算公式

七、MODBUS通信协议

一、通信种类

1、并行通信

        并行通信是指多个比特同时通过并行线进行传输，这种方式的传输速率较高，但会占用大量的芯片资源；

2、串行通信

        串行通信是指将数据拆分成一个个比特，按照先后次序在一根总线上进行发送，串行通信有着系统占用资源少，结构简单等优点，是主机间通信的常用方式。

注：串口通信(Serial Port)是串行通信的一种，属于串行通信中的异步通信。我们经常听到的RS232、RS485、RS422都是串行通信。

3、单工模式(Simplex Communication)

        主机间通信时如果一方固定为发送端另外一方固定为接收端，通过一根总线实现数据通信。这种通信方式就像是你只能听别人说话，但无法回答他们一样，只能单向传递信息。

4、半双工通信(Half-Duplex Communication)

        半双工通信是一种通信方式，其中数据传输可以在两个方向之间交替进行，但不能同时进行。换句话说，通信双方可以既发送数据又接收数据，但不能同时进行这两种操作。比方说，就像你可以和别人交替说话和倾听对方说话一样。当你在说话时，对方在听你说；当对方在说话时，你在倾听对方。这种方式允许双方之间在发送和接收数据之间切换，但不能同时进行。半双工通信常用于对话式交流和一些简单的通信场景中。

5、全双工通信(Full-Duplex Communication)

        全双工通信是一种通信方式，其中数据传输可以同时在两个方向进行，允许通信双方同时发送和接收数据，实现双向通信。就像打电话一样，你可以同时说话也可以听对方说话，双方可以同时进行数据传输，实现双向沟通。

6、串行的异步通信与同步通信

（1）异步通信

        指通信中两个字符（8位）之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的；
        收发双方的波特率必须是事先约定好的；

（2）同步通信

        要求发收双方具有同频同相的同步；
        用专用时钟信号线来控制时钟的节奏，以为例：

• SDA（数据线）
• SCL（时钟线）：用于同步双方时钟的节奏，一般由发送方决定；

      异步通信

        串口通信时，收发双方的波特率必须是事先约定好的，否则数据传输就会出现混乱。很明显，为保证每个比特占用数据线的时间，发送方和接收方需按照各自的系统计时且双方之间的误差不能太大。通常不能超过(6%)。这种双方各自“计时”的方式称为异步。就好比在打字一样，每次敲击键盘发送一个字母，速度快慢由打字者自己控制，没规定每敲击一个字母之间要等多久，只要保证接收端能够正确识别并解析即可。

同步通信

        同步通信设备之间除了有数据线（SDA）以为还有一条时钟线(SCL)。其中SCL就是时钟线(serial clock)。发送方负责控制时钟线的变化，每发送一个比特，都需要将时钟线按照规则进行改变。就好比在合唱团里，大家一起唱歌的节奏是由指挥员指挥的，每个人都按照指挥员的节奏唱歌，保证大家唱的是同一首歌且节奏一致。这种通信方式就称为同步通信。譬如IIC、SPI等。

注：同步串行通信方式与异步串行通信方式的区别：存在时钟线的为同步串行

通信方式通信，没有时钟线的为异步串行通信方式。

二、串行口通信（全双工串行通信，异步通信）

（一）UART定义（串行通信协议）

        UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种广泛使用的串行通信协议。它用于在计算机或其他设备之间传输数据。UART通信协议通过两根线（通常称为TXD和RXD）实现数据的异步传输。

TXD（Transmit，发送）线：用于从设备发送数据到另一设备。

RXD（Receive，接收）线：用于从另一设备接收数据到本设备。

（二）串口通信通信时序（底层逻辑）

作为常用的串行通信方式，以TTL为例，串口通信在不同主机之间的数据格式为：

1、空闲时

        空闲时数据线为高电平；

2、起始位

        发送放发送一个低电平表示起始位；

3、数据位

        依据低位先行原则（发送的第一个比特是最低位(最右边)）发送;

4、校验位

        分为奇校验，偶校验和无校验；校验位可发可不发

                奇校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为奇数；

                偶校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为偶数；

5、停止位

        为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来（把两个数据二者之间分隔开），校验位之后发送一个停止位1。（停止位也可是1个、1.5个、2个）

6、简述串口通信的通信逻辑（面问）

        双方在空闲时数据线保持高电平；发送数据时发送方先要发送一个起始位，起始位为低电平；发送数据位（8个bit）以低位先行原则发送（从右往左发）；发完后有一个可以选择的校验位，校验分三种，分别为奇校验、偶校验、无校验，奇校验是数据位加校验位中1的个数总数为奇数，偶校验数据位加校验位1的总数为偶数；校验位结束后还要发送一个停止位，停止位为高电平。    

（三）波特率（bps）

串口通信用波特率来描述数据的传输速率问题：

        很明显上图的纵坐标为电压值，横坐标就是时间了。无论起始位、数据为还是停止位、校验位，每个比特在数据线上的时间决定了数据传输的速率。

        串行通信用波特率(bit per second)来描述数据传输的速率，记作bps。

        常见的波特率有1200、2400，4800，9600，115200等，表示每秒钟传输的比特数。以9600为例，表明每秒能传输9600个比特。每个比特传输时所需的时间为1/9600秒=1.041*10-4秒。

三、三种串行通信方式在物理表现形式的不同

        主机间通信无论采用并行还是串行方式，都无法避免一个物理现象：导线内阻不为零造成的电压衰减。以之前讨论的TTL电平为例，主机之间的距离会造成高电平在接收端出现衰减现象和串扰(指不同信号之间相互干扰导致信号失真)影响。

（一）TTL(Transistor-Transistor Logic)

        TTL(Transistor-Transistor Logic)通常指的就是芯片引脚产生的电压，这个电压值跟选择的芯片有关，在51单片机系统下是5v；在2440下是3.3v等等。5vTTL通信距离通常被限制在10~20米之间。（使用TTL方式进行数据传输距离受到很大限制）

        逻辑0：0V低电压

        逻辑1：取决于芯片本身（供电电压）

（二）RS232标准

        5vTTL通信距离通常被限制在10~20米之间，如果需要更远的距离，怎么解决呢？为解决这个问题IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)颁布了RS232标准，其中规定了：

逻辑高电平（逻辑1）：在-3V到-15V之间

逻辑低电平（逻辑0）：在+3V到+15V之间

收发主机间有三根线，分别是收、发和地，因此RS232是全双工的。

理论上RS232能够传输20~30米。

（三）RS485标准

        同理RS485使用两根信号线（A和B）来传输数据，通过比较A和B之间的电压差来识别信息，电压范围分别为+7V到+12V和-7V到-12V。正电压表示高电平,负电压表示低电平。这种差分信号传输方式提高了抗干扰能力。RS485的传输距离可达1200米，适用于大范围的数据传输需求。由于采用的是压差，RS485在传输数据的某一时刻，两根线都要用到，所以它是半双工的。

比较A和B之间的电压差：

        逻辑1：+7V到+12V

        逻辑0：-7V到-12V

四、串行口寄存器

（一）SBUF寄存器（串行口数据缓冲寄存器）

（二）串行口控制寄存器SCON

（三）电源控制寄存器PCON

五、USB下载电路模块

六、练习（实现51单片机与电脑之间的通信）

uart.c

 void init_uart(void)
 {
 //串口接收
    SCON &= ~(3 << 6);
    SCON |= (1 << 6) | (1 << 4);

 //使参数生效
    PCON &= ~(1 << 6);
    PCON |= (1 << 7); 

 //设置波特率，51单片机使用定时器1
    TMOD &= ~(0x0F << 4);
    TMOD |= (2 << 4); //1<<5 与其效果是一样的，改变第四位和第五位，2为0000 0010
    TL1 = 232;//计算出的定时器初值
    TH1 = 232;

 //    打开定时器1
    TCON |= (1 << 6);

//打开中断控制位及串口控制位
    IE |= (1 << 7) | (1 << 4);
}
/*
//全局变量字符型数组
char rcv_buffer[32];
*/
//数组不放到内部RAM放到外部扩展RAM(扩展内存不清0，数组内都是随机数)
xdata char rcv_buffer[32];
unsigned int pos = 0;

//中断服务函数（TI RI都会导致中断）;接收需要使用中断
 void uart_handler(void) interrupt 4
 {
     if((SCON & (1 << 0)) == 1) 
    {
        if(pos < 32) //防止越界访问
        {
            rcv_buffer[pos++] = SBUF;//接收的数据依次存入到该数组
            rcv_buffer[pos] = 0; //接收的字符串后加/0标志
        }
        //P2 = SBUF;
        SCON &= ~(1 << 0);//软件复位RI(接收中断请求标志位)清0
    }
 }

 //发送（轮询）
 void send_char(char ch)
 {
    SBUF = ch;
    while((SCON & (1 << 1)) == 0);
    SCON &= ~(1 << 1);    //软件复位TI(发送中断请求标志位)清0
 }

void send_buffer(const char *p, unsigned int len)
{
    while(len--)
    {
        send_char(*p++);
    }
}

  // 发送字符串函数 
  void send_str(const char *str) 
  { 
      unsigned int len = 0;
    while (str[len] != '\0') // 计算字符串长度 
    { 
           len++; 
    } 
    send_buffer(str, len); // 调用send_buffer函数发送字符串
  }
 

main.c

int main(void)
{
    const char *s = "Hello World!"; //不常用
    //char buffer[] = {0xAA ,0xBB, 0x00, 0x1A};
    xdata char buffer[16]; //???
    init_uart();
    while(1)
    {
         if(pos != 0)//至少收到一个字节
         {
             delay(0xAFFF);//保证数据全部收完,有延迟
            if(strcmp(rcv_buffer,"Hello") == 0)
            {
                send_str("Hi");
            }
            else if(strcmp(rcv_buffer,"See You Later") == 0)
            {
                send_str("Bye");
            }
            /*
            send_buffer(rcv_buffer, pos);
            */
            pos = 0;//保证下一轮从头开始收    
         }
           //send_buffer(buffer, sizeof(buffer) / sizeof(*buffer));
           //send_buffer(s,strlen(s));
         //send_char('A');
         //delay(0xAFFF);
    }
}

xdata 的作用

        不将内容放在芯片内部的RAM中，放在扩展的RAM中 ；

计算定时器初值的计算公式

        2^8-2^smod * focs / 32 / bps / 12

其中smod表示PCON的B7,根据实际情况带入，不是0就是1（SMOD=1波特率翻倍）；

focs晶振频率，我们这是11.0592M;

bps目标波特率我们这是2400

2^8 这里的8来自定时器的工作方式，因为我们使用的是8位自动重装方式，所以是8

按照我们的要求2400bps，smod=1时，该公式计算结果为：232。

七、MODBUS通信协议

modbus协议：

                unsigned char s[xx] = ......

        该协议对数组每个元素内容都做了定义