淺談基于單片機的數據串口通信研究論文
單片機的串口功能可以實現計算機與外設的數據通信，促使計算機系統控制得到更好的發展。串口通信在單片機的基礎上能夠實現數據傳輸與分析，在未來的發展中，串口通信將成為單片機與單片機之間通信的關鍵。
1 通信種類
所謂的通信，就是指不同的獨立系統由線路相互交換數據，其中，構建成整個通信系統的線路被稱作為網絡通信。進行通信的目的是進行數據交換活動，進行數據交換時，將數據由傳送端輸送到另一設備終端。在通信活動中，傳送端所使用的方法就是將數據通過程序與線路將數據傳送出去，而接受端則依照通信協議收集數據，并做好數據信息存儲工作或是將數據以其他形式展現出來。數據通信分為兩種形式，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，指的是數據在傳輸時向各個位同時發送。并行通信具有數據傳輸、處理速度快的特點，在并行通信下，可以一次傳輸八個位。并行傳輸雖然能夠增強傳輸速度，但是在傳輸時也存在問題。并行傳輸式通信的基礎是必須備有多條傳輸線，一旦遇到傳輸多位數據或是數據傳輸距離長的情況，就需要大量的傳輸線，會消耗大量的資源。進行數據發生過程時，標準電位會因為線串口通信是指計算機與外設間或是主機系統間相互的數據串行傳送。串口通信與并行通信相比，傳輸數據速率較慢，而且每次在傳輸時只能傳輸一個位。處理數據電壓時也僅有一個標準電壓，雖然速率慢，但是由于每一次只傳輸一個位，使得數據漏失情況降低，增強了數據的安全性。另外串口通信具有良好的抗干擾能力。并行通信需要耗費大量的傳輸線，在這一點上串口通信可以極大的降低經濟成本，節約資源，串口通信適合于遠距離通信。串口通信數據傳輸過程中，數據是在兩地間完成數據傳輸工作。數據的傳輸速度通常會受到通常雙方設備、性能和通信線路穩定性影響。對于工業或儀器需要的環境來說通常是 9600bps 的傳輸速度。串口通信端口所傳輸的數據是字符型，但是如何傳輸的數據是文件，就會使用二進制的數據傳輸類型。數據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據傳輸的方向固定，只為一種或是單純發送數據或是單純接受數據的通信方式。半雙工傳輸模式是指使用一條傳輸線路，不但作為數據輸出線還作為數據輸入，雖然數據能夠實現在兩個方向上的傳輸，但是通信雙方無法同時進行收發數據的傳送模式。全雙工方式是指運用兩條數據傳輸線來傳輸數據，由于全雙工方式下可以使用兩條數據傳輸線來進行數據傳輸工作，不必擔心雙方數據是否發送或接收完的顧慮，因此全雙工方式具有半雙工不可比擬的優勢，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
設備在進行數據通信的過程中，必須樹立一個接送雙方都認可的同步方式，有了遵守的同步方式才能使數據傳輸順利進行，否則將會使數據在傳輸的過程中因為雙方在輸送與接收數據的方式上發生沖突，進入使數據發生錯誤。
2.1 異步通信方式
在異步通信系統中都是以獨立字節的方式來進行數據傳輸，每一個字節的前面都有一個起始信號，而字節后同樣會有一個或多個終止信號。通信中，從起始信號到終止信號結束算一幀數據。數據在傳輸線內進行傳輸時，當字節開始移動后，字節的起始位置是從標志位到空白的一次遷移，這一次遷移代表的就是一個字節的傳輸過程，在傳輸結尾使用一個或多個終止信號使傳輸線回到標準狀態。當這一過程結束后，數據輸送方才能發送下一個字節。通常來說，起始位占用一位，字符編碼占有七位，第八位是奇偶校驗位，而停止位又會占用一位、一位半或兩位。一幀數據的構成與起始位、停止位和字符編碼占據數位有關，通常由 10、10.5 和 11 位構成。
表示數據字符，能夠保證字符一個連續一個的被傳送。進行異步數據傳送，計算機與外設必須要遵守字符格式與波特率的規定。字符格式規定就是遵循奇偶校驗、起始位和停止位的字符傳輸格式，波特率規定是在串口通信過程中，數據傳輸時每秒傳輸的為數表示數據傳送的約定。
異步通信存在缺陷，通過異步通信進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系，由于在傳送時每個字符都要附加一些標志信息，使得數據傳輸速度受到影響。異步通信也具備其自身的優點，數據接送雙方在進行通信時，如果雙方時間存在誤差兩個字符信息間的停止間隔能夠為雙方時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，這是其數據傳輸優勢。
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，異步通信方式中數據的傳送過程，是以一幀數據的起始位到終止位來作為一幀數據傳輸的開始與結束標志。異步通信方式增加了數據輸送時間，而同步通信方式是將所有輸送字符連接在一起組成一個數據塊。在輸送數據塊時會在數據塊前面增加特殊的同步字符，將同步字符作為數據塊傳輸的起始信號，并在數據塊的后面增加校驗字符，這是為了自在輸送中校驗通信中存在的錯誤。在同步通信方式中，是聯系傳輸字符的方式，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在幾十至幾千波特之間。但是同步通信方式需要在數據傳輸雙方在時鐘上保持發送端與接收端的同步，這樣一來就使得硬件構造復雜。
3 單片機數據串口通信研究
3.1 通信過程分析
單片機的串行端口一個數據寄存器，其具備發送與接收數據的能力。在通常的情況下，單片機在向數據寄存器寫入數據的過程中就會開始發送行為，進入數據輸送的過程。另一方面，對數據寄存器進行數據讀取的時候數據接收過程也隨之開始。在單片機與串行接口進行通信的過程中，單片機會對可編程邏輯控制器發出命令幀格式，結束后可編輯邏輯控制器將會對單片機的的命令做出反應。單片機只有高低電平輸入，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，因此在信息發送的過程中要根據串口通信協議當中的信息幀格式來進行二進制轉化，最后通過單片機對數據寄存器進行信息發送。
3.2 單片機顯示設計
在對單片機顯示程序進行設計的過程中通常有靜態顯示驅動與動態顯示驅動兩種。動態顯示驅動主要是指數碼管動態顯示的方式，將所有選線路并聯在一起，并通過八位 I/O 口對其進行控制，然后將單片機其他的 I/O 口作為數碼管位選線。當單片機輸出顯示數字的譯碼時，各個數碼顯示管對位選通電路進行對應的控制，對應的數碼管就會顯示，其他的數碼管不會有反應。靜態驅動也被稱為直流驅動，在靜態顯示驅動下，數碼管的共陰極和共陽極共同接地，而其共同連接電源。在靜態顯示驅動下占用單片機的 I/O 端口較多，因此，由于這種方式帶來的不便，使得靜態顯示驅動在實際應用中并不普及。
3.3 矩陣式鍵盤接口
鍵盤中案件需要數量較多時，如果不對其進行合理的排列會占用 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鍵，在鍵數多的情況下，使用矩陣式方法來做鍵盤可以產生良好的效果。
矩陣式結構雖然有更好的效果但是具有復雜性，在識別方面也存在難度。在確定矩陣式鍵盤方面被按下的鍵號可以使用“行掃描法”，行掃描法是一種較為常用的按鍵識別方法。在判斷鍵盤中有無按鍵落下時，可以將全部行線至低電平，對列線狀態進行檢測。在檢測的過程中，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，如果所有的列線都是高電平，則沒有按鍵處于按下狀態。在確認有按鍵按下后，開始對具體閉合按鍵進行確認。需要將行線置為低電平，在確定某根行線位置是低電平后，在對各列線的電平狀態進行仔細檢查。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 結論
對單片機數據串口通信進行研究具有重要的意義，隨著信息化、工業化發展，數據通信在社會中產生了重要的價值。在實際應用中傳輸媒體的不同使得有線數據與無線數據能夠與計算機形成有機的連接，能夠實現不同地域間數據資源的共享，對于社會數據資源傳播有著重要的意義。作為相關研究者，應該刻苦攻關，在當前數據串口通信技術下，進行開拓創新，發揮這一領域的效率，使這一技術更好的為社會進步提供動力。
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