单片机串行通信

单片机中串行通信的三种类型

在单片机的世界里，串行通信就像一条小小的高速公路，将各种数据在不同的部件之间传递。它的基本任务就是让不同的设备能够互相“聊天”，共享信息。想象一下，如果没有串行通信，单片机和外设之间就像被厚厚的墙隔开了，彼此难以沟通。因此，了解串行通信的三种主要类型非常重要。下面，我们就来聊聊这些串行通信的类型吧！

1. 异步串行通信

1.1 什么是异步串行通信？

异步串行通信，顾名思义，就是在数据传输的时候，双方并不需要保持同步。说白了，就是两头在做各自的事情，偶尔通过约定的信号来“打招呼”。就像你和朋友在微信上聊天，不需要时时刻刻保持在线，偶尔发个消息就行了。 。

1.2 异步串行通信的工作原理

在这种通信方式中，数据被拆分成一串串的字节，每个字节都会被加上一个起始位和一个停止位。起始位告诉接收方：“嘿，数据来了！”而停止位则是“这条消息完了！”的信号。这就像在你发短信时，在开始和结束的时候都留个标记，让对方知道你的信息什么时候开始和结束。

1.3 异步串行通信的应用

这种通信方式应用非常广泛，比如我们常用的UART（通用异步收发传输器）就属于这个类别。UART在我们的生活中几乎无处不在，从电脑的串口到一些简单的传感器都用得上它。

2. 同步串行通信

2.1 什么是同步串行通信？

同步串行通信和异步串行通信有点像“有组织的队伍”，双方在数据传输的过程中要保持同步。就是说，你发数据的时候，对方也要准备好接收数据，这就像排队一样，大家都得按顺序来。

2.2 同步串行通信的工作原理

在同步通信中，除了数据本身，还需要一个额外的时钟信号来确保数据的准确传输。可以把时钟信号看作是“指挥棒”，它帮助双方协调一致地进行数据传输。想象一下在舞台上表演的舞者，大家都得跟着同一个节拍才能跳得整齐划一。

2.3 同步串行通信的应用

同步串行通信的速度通常比异步串行通信快，因为它减少了数据传输过程中的额外开销。常见的同步串行通信协议包括SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路间接口）。这些协议在处理复杂的数据传输任务时特别有效，比如在高速数据采集和处理方面。

FPGA和单片机串行通信接口的实现

FPGA（Field-Programmable Gate Array）和单片机（Microcontroller）是两种常用的数字电子设备，它们在串行通信接口方面有不同的实现方式。

首先，我们需要了解串行通信是一种将数据以位的形式逐个传输的通信方式。常见的串行通信协议包括UART（Universal Asynchronous

Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit）等。

对于FPGA和单片机之间的串行通信，我们可以基于以下几种方式进行实现：

1. UART：UART是一种常见的串行通信协议，可以实现全双工的通信。在FPGA和单片机之间建立UART通信，需要在FPGA中实现UART模块，并将其与单片机的UART接口连接。在FPGA中，我们可以使用硬件语言（如Verilog或VHDL）来实现UART模块，该模块负责将FPGA内部的数据通过UART协议进行封装和解封装。单片机与FPGA之间通过TX（发送）和RX（接收）引脚建立连接。单片机可以通过串口发送数据给FPGA，FPGA接收到数据后进行处理，然后再通过串口将处理后的数据发送给单片机。

2.SPI：SPI是一种用于片上外设之间通信的串行通信协议，常用于FPGA与外部设备（例如传感器、显示器等）之间的通信。在FPGA和单片机之间建立SPI通信，需要在FPGA中实现SPI控制器，并将其与单片机的SPI接口连接。FPGA通过把数据写入SPI发送缓冲区或从SPI接收缓冲区读取数据来实现与单片机的通信。单片机通过控制SPI接口的时钟、数据和使能信号来与FPGA进行数据传输。 3.I2C：I2C是一种双线制串行总线，常用于连接多个设备的系统，例如FPGA、单片机和其他外部设备之间的通信。在FPGA和单片机之间建立I2C通信，需要在FPGA中实现I2C控制器，并将其与单片机的I2C接口连接。FPGA通过控制I2C的时钟和数据线来与单片机进行数据传输。单片机通过发送起始信号、地址和数据来控制I2C总线的通信。

通信按照基本类型可以分为并行通信和串行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，

可以实现字节为单位通信，但是通信线多占用资源多，成本高。比如P0 = 0xFE; 一次给 P0

的 8 个 IO 口分别赋值，同时进行信号输出，类似于有 8 个车道同时可以过去 8 辆车一样，这种形式就是并行的，我们习惯上还称 P0、P1、P2 和 P3 为 51 单片机的 4 组并行总线。

而串行通信，就如同一条车道，一次只能一辆车过去，如果一个 0xFE 这样一个字节的数据要传输过去的话，假如低位在前高位在后的话，那发送方式就是 0-1-1-1-1-1-1-1-1，一位一位的发送出去的，要发送 8 次才能发送完一个字节。

STC89C52 有两个引脚是专门用来做 UART 串行通信的，一个是 P3.0 一个是 P3.1，它们还分别有另外的名字叫做 RXD 和 TXD，由它们组成的通信接口就叫做串行接口，简称串口。用两个单片机进行 UART 串口通信，基本的演示图如图1所示。

图1 串口数据发送示意图

图1中，GND 表示单片机系统电源的参考地，TXD 是串行发送引脚，RXD 是串行接收引脚。两个单片机之间要通信，首先电源基准得一样，所以我们要把两个单片机的 GND 相互连接起来，然后单片机 1 的 TXD 引脚接到单片机 2 的 RXD 引脚上，即此路为单片机 1发送到单片机 2 接收的通道，单片机 1 的 RXD 引脚接到单片机 2 的 TXD 引脚上，即此路为单片机 2

发送到单片机 1 接收的通道。这个示意图就体现了两个单片机相互收发信息的过程。 当单片机 1 想给单片机 2 发送数据时，比如发送一个 0xE4 这个数据，用二进制形式表 示就是

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目录

摘要………………………………………………………………………………………2

英文摘要…………………………………………………………………………………3

一 总体设计……………………………………………………………………………4

1 设计要求……………………………………………………………………………4

2 设计方案……………………………………………………………………………4

二 硬件设计……………………………………………………………………………4

1 51单片机串行通信功能 …………………………………………………………4

2 MAX232芯片………………………………………………………………………6

3 整体电路设计………………………………………………………………………7

三 软件设计……………………………………………………………………………8

1 串行通信软件实现……………………………………………………………………8

2 程序流程图……………………………………………………………………………8

四 联合调试……………………………………………………………………………11

五 设计小节……………………………………………………………………………11

六 附录…………………………………………………………………………………12

1 主机发送程序…………………………………………………………………………12

2 重机接受程序…………………………………………………………………………13

3 系统电路图………………………………………………………………………… 16

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摘要

串行通信是单片机的一个重要应用。本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现双片单片机串行通信。通信的结果实用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示。两个单片机之间采用RS232进行双机通信。在通信过程中，使用通信协议进行通信。