串口的通讯原理与应用

一：串口

串口是串行接口的简称，分为同步传输（USRT）和异步传输

（UART）。在同步通信中，发送端和接收端使用同一个时钟。在异步

通信中，接受时钟和发送时钟是不同步的，即发送端和接收端都有自

己独立的时钟和相同的速度约定。

1：RS232接口定义

2：异步串口的通信协议

作为UART的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一

位地传输。图一给出了其工作模式：

图 一

其中各位的意义如下：

起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。

数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、

8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时

钟定位。

奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶

校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。

停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2

位的高电平。

空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。

波特率：是衡量资料传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制

位数。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则

其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

3：在嵌入式处理器中，通常都集成了串口，只需对相关寄存器进

行设置，就可以使用啦。尽管不同的体系结构的处理器中，相关的寄

存器可能不大一样，但是基于FIFO的uart框图还是差不多。

发送过程：把数据发送到fifo中，fifo把数据发送到移位寄存器，

然后在时钟脉冲的作用下，往串口线上发送一位bit数据。

接受过程：接受移位寄存器接收到数据后，将数据放到fifo中，

接受fifo事先设置好触发门限，当fifo中数据超过这个门限时，就触

发一个中断，然后调用驱动中的中断服务函数，把数据写到flip_buf

中。

二：SPI

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行

实验九 RS232串口通讯应用

一、实验目的

串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到电脑端，而且也能实现电脑对单片机的控制，比如可以很直观地把红外遥控器键值的

数据码显示在电脑上等。本次实验目的：

1、通过实际硬件连接及软件编程完成 51单片机和PC机之间的串口通讯，

从而加深对异步串行通信接口的基本结构、工作原理等串行通信基本概念的理

解；

2、了解RS-232C电平规定与TTL电平规定的不同，及采用专用芯片MAX232

实现两者之间电平转换的连接电路。

二、实验设备

51单片机实验板、PC机、串口连接线、串口调试软件、Keil软件、连接导

线等。

三、实验原理及内容

51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进

行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电

平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，在

此采用专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，

但是还是用专用芯片更简单可靠。

采用三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第

5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对

我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11

脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。

图1 串口通讯的硬件电路连接 为了能够在电脑端看到单片机发出的数据，必须借助一个WINDOWS软件

进行观察，这里利用一个免费的电脑串口调试软件（这是一个绿色的软件，无需

安装，可以直接在当前位置运行这个软件）。软件界面如下图，

先要设置一下串口通讯的参数，将波特率调整为4800，勾选十六进制显示。

串口选择为COM1，当然51单片机实验板的串口也要和电脑的COM1连接，将

烧写有以下程序的单片机插入单片机实验板的万能插座中，并接通51单片机实

Modbus协议解析及串⼝通讯原理

1.Modbus 协议通讯⽅式区别

Modbus RTU协议报⽂间隔需要⼤于3.5个字符计算：

2.Modbus RTU数据帧格式

3.Modbus ASCII 数据帧格式

4.Modbus TCP 数据帧格式

5.串⼝通讯

串⾏通讯分类RS485接⼝标准

RS232接⼝标准

1.Modbus 协议通讯⽅式区别

Modbus协议分为三种通信⽅式：Modbus RTU、Modbus ASCII以及Modbus TCP。

⾸先，Modbus TCP的通信格式和Modbus RTU⾮常相似，唯⼀的差别只是Modbus RTU最后带两个字节的CRC校验，⽽Modbus TCP没有,ModbusTCP 加了消息头。

下表是MODBUS ASCII协议和RTU协议的⽐较：

协议开始标记结束标记校验传输效率程序处理CR,LF LRC低直观，简单，易调试

ASCII:（冒

号）RTU⽆⽆CRC⾼稍复杂

从上表的⽐较我们可以看到， MODBUS ASCII的协议和RTU协议相⽐， MODBUS ASCII协议拥有开始和结束标记，⽽ MODBUSRTU却没有，所以ASCII协议的程序中对数据包的处理能更加⽅使。 MODBUS ASCII协议的DATA域传输的都是可见的ASCII字符，因此在调试阶段就显得更加直观，另外它的LRC校验程序也⽐较容易编写，这些都是 MODBUS ASCII的优

点； MODBUS ASCII的主要缺点是传输效率低，因为它传输的都是可见的ASCII字符，原来⽤RTU传输的数据每⼀个字节⽤ ASCII的话都要把这个字节拆分两个字节，⽐如RTU传输⼀个⼗六进制数OXF9， AsCII需要传输字符F和字符9，对应的 ASCII码0x46和0×39两个字节，这样它的传输的效率肯定就⽐RTU 低。所以⼀般来说，如果所需要传输的数据量较⼩可以考虑使⽤ASCII协议，如果所需传输的数据量⽐较⼤，最好能使⽤RTU协议。

串⼝通信 概念

通信（Serial Communications）的概念⾮常简单，串⼝按位（bit）发送和接收。与串⾏通信相对的是并⾏通信。数据传输⼀般都是以字节传输的，⼀个字节8个位。拿⼀个并⾏通信举例来说，也就是会有8根线，每⼀根线代表⼀个位。⼀次传输就可以传⼀个字节，⽽串⼝通信，就是传数据只有⼀根线传输，⼀次只能传⼀个位，要传⼀个字节就需要传8次。就像⼩虎队那⾸歌⼀样，把你的⼼，我的⼼，串⼀串，再烤⼀烤。。串⼝通信就是把数据串在⼀根线上传输，所以就叫串⼝吧。

通信⽅式

⼀般情况下，设备之间的通信⽅式可以分成并⾏通信和串⾏通信两种。它们的区别是：

串⾏通信分类1、按照数据传送⽅向分为：

单⼯：数据传输只⽀持数据在⼀个⽅向上传输；

半双⼯：允许数据在两个⽅向上传输。但是，在某⼀时刻，只允许数据在⼀个⽅向上传输，它实际上是⼀种切换⽅向的单⼯通信；它不需要独⽴的接收端和发送端，两者可以合并⼀起使⽤⼀个端⼝。

全双⼯：允许数据同时在两个⽅向上传输。因此，全双⼯通信是两个单⼯通信⽅式的结合，需要独⽴的接收端和发送端。

2、按照通信⽅式分为：

同步通信：带时钟同步信号传输。⽐如：SPI，IIC通信接⼝。

异步通信：不带时钟同步信号。⽐如：UART(通⽤异步收发器)，单总线。

异步通信的两个关键：

第⼀，数据单元——帧，它是双⽅约定好的数据格式；

第⼆，波特率，它决定了‘帧’⾥每⼀位的时间长度。

异步通信的特点：不要求收发双⽅时钟的严格⼀致，实现容易，设备开销较⼩，但每个字符要附加2～3位⽤于起⽌位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不⾼。

在同步通讯中，收发设备上⽅会使⽤⼀根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双⽅进⾏协调，同步数据。例如，通讯中通常双⽅会统⼀规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进⾏采样。

在异步通讯中不使⽤时钟信号进⾏数据同步，它们直接在数据信号中穿插⼀些⽤于同步的信号位，或者将主题数据进⾏打包，以数据帧的格式传输数据。通讯中还需要双⽅规约好数据的传输速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常⽤的有4800bps、9600bps、115200bps等。