串行通信方式

一、实验目的1. 理解串行通讯的基本原理及通信方式。

2. 掌握串行通讯的硬件设备和软件实现方法。

3. 学会使用串行通讯进行数据传输。

4. 通过实验，加深对单片机串行口工作原理和程序设计的理解。

二、实验原理串行通讯是指将数据一位一位地按顺序传送的通信方式。

与并行通讯相比，串行通讯的通信线路简单，成本低，适用于远距离通信。

串行通讯主要有两种通信方式：异步通信和同步通信。

1. 异步通信异步通信中，每个字符之间没有固定的时钟同步，而是通过起始位和停止位来标识字符的开始和结束。

每个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

2. 同步通信同步通信中，数据传输过程中有固定的时钟同步信号，发送方和接收方通过同步时钟来保证数据传输的准确性。

三、实验设备1. 单片机最小系统教学实验模块2. 数码管显示模块3. 串行数据线4. 电脑四、实验内容1. 单片机串行口初始化首先，我们需要对单片机串行口进行初始化，包括设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。

2. 数据发送在单片机程序中，编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。

3. 数据接收编写数据接收函数，从串行口接收数据。

4. 数据显示将接收到的数据通过数码管显示出来。

5. 双机通信通过两套单片机实验模块，实现双机通信。

一台单片机作为发送方，另一台单片机作为接收方。

五、实验步骤1. 将单片机最小系统教学实验模块和数码管显示模块连接到电脑上。

2. 编写单片机程序，初始化串行口，并设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。

3. 编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。

4. 编写数据接收函数，从串行口接收数据。

5. 编写数据显示函数，将接收到的数据通过数码管显示出来。

6. 编写双机通信程序，实现两台单片机之间的通信。

7. 将程序下载到单片机中，进行实验。

六、实验结果与分析1. 通过实验，成功实现了单片机串行口的初始化、数据发送、数据接收和数据显示。

2. 成功实现了双机通信，两台单片机之间可以相互发送和接收数据。

双机之间的串行通信设计随着计算机技术的快速发展，双机之间的串行通信变得越来越重要。

无论是在数据传输、系统控制还是协同处理方面，双机之间的串行通信都扮演着关键角色。

本文将探讨双机之间的串行通信设计，包括串行通信的原理、串行通信的应用、串行通信的优势以及设计双机之间串行通信的步骤。

一、串行通信的原理串行通信是一种逐位传输数据的通信方式。

在双机之间的串行通信中，一台机器将数据一位一位地发送给另一台机器，接收方接收到数据后将其重新组装为完整的信息。

串行通信常用的协议有RS-232、RS-485、SPI等。

二、串行通信的应用1.数据传输：双机之间通过串行通信传输大量数据，例如在两台计算机之间传输文件、传输实时音视频数据等。

2.系统控制：双机之间通过串行通信进行系统控制，例如一个机器向另一个机器发送指令，控制其执行特定的任务。

3.协同处理：双机之间通过串行通信进行协同处理，例如在分布式系统中，各个节点之间通过串行通信共同完成复杂的任务。

三、串行通信的优势相比于并行通信，双机之间的串行通信具有以下几个优势：1.传输距离更远：串行通信可以在较长的距离上进行数据传输，而并行通信受到信号干扰和传输线损耗的限制。

2.更少的传输线：串行通信只需要一条传输线，而并行通信需要多条传输线。

3.更快的速度：串行通信在同等条件下具有更快的传输速度，因为每一位数据传输所需的时间更短。

4.更可靠的传输：串行通信可以通过校验位等方式来保证数据传输的可靠性。

四、设计双机之间串行通信的步骤设计双机之间的串行通信需要经过以下几个步骤：1.确定通信协议：首先需要确定双机之间的通信协议，例如RS-232、RS-485等。

不同的通信协议有着不同的特点和适用范围，需要根据具体的应用需求进行选择。

2.确定物理连接方式：根据通信协议的选择，确定双机之间的物理连接方式，例如使用串口线连接、使用网络连接等。

3.确定数据传输格式：确定数据传输的格式，包括数据的编码方式、数据的起始位和停止位等。

串行传输方式1.同步通信与异步通信串行通信中的数据线上的数据是具有瞬时性的，某位数据只能存在于某一特定的时间段内，如果接收方在该时间内没有对数据线进行读取，该位数据即会丢失。

这就要求当一方在发送数据时，另一方必须也在同步接收。

所谓的同步是指接收方在数据线上读得某位数据的频率与发送方在数据线上发送某位数据的频率必须是严格一致的。

如何保证这种同步性呢？通常有2种解决方法：采用同步通信方式或异步通信方式。

同步通信是指收发双方使用相同的时钟，由于时钟频率的相同性，因此就保证了收发双方能够以相同的频率进行数据的发送/接收操作。

采用同步通信方式在传送数据时，要对数据进行分组（帧），每组的开始和结束需加上规定的码元序列作为标志序列。

在发送数据之前，必须先发送此标志序列，接收方通过检测此标志序列获知某组（帧）数据的开始与结束。

采用同步通信的方式进行通信时，一般很难保证收发双方的时钟严格一致。

如果收发双方的时钟有微小的偏差，即使不至于影响单个字符的接收，但在传送批量数据时出现的误差累积效应达到一定程度时足以使接收数据出错；而且如果接收方由于某种原因（如躁声等）漏掉一位，则所有以下接收的数据都是不正确的。

一般人们利用异步通信方式来解决同步通信方式的不足。

异步通信中，发送和接收双方分别使用自己的时钟，以单个字符作为最小发送/接收单元。

也就是说，在这种通信方式下，每个字符作为独立的信息单元，可以随机地出现在数据流中，而每个字符出现在数据流中的相对时间是随机的。

然而一个字符一旦开始发送，就必须连着将该字符其他位发送出去。

由此可见，所谓的“异步”是指字符与字符间的异步，而在每个字符内部，收发双方的时钟频率仍然需要保持同步。

异步通信方式有效地解决了同步通信方式的弊端。

在异步通信中，规定数据线在不传送数据时保持为“1”状态，在发送每个字符时，硬件自动在每个字符前添加一个“起始信号”，其长度为1位，值为“0”。

在每个字符的后边添加一个“停止”信号，其长度为1、1.5或2位，值为“1”。

串行通信的工作原理串行通信是一种在计算机或其他电子设备之间传输数据的方式，其工作原理是通过逐位地传输数据，从而实现数据的传输和通信。

串行通信与并行通信相比，具有传输速度较慢但传输距离较远、传输线数量较少的优势。

在串行通信中，数据以位的形式传输，即每次只传输一个位。

数据通过串行通信线路一个接一个地传输，按照一定的协议和规则进行传输。

串行通信的工作原理主要包括以下几个方面：1. 数据传输方式：串行通信通过一个传输线路逐位地传输数据，通常是通过串行通信线路传输数据。

数据在传输线路上传输时，会经过编码和调制处理，以确保数据传输的可靠性和准确性。

2. 数据传输速率：串行通信的数据传输速率通常以波特率（Baud rate）来衡量，波特率表示每秒传输的波特数，也可以理解为每秒传输的符号数。

波特率越高，数据传输速度越快。

3. 数据帧结构：在串行通信中，数据通常以数据帧的形式传输。

数据帧包括数据字段、校验字段、控制字段等，用于确保数据传输的正确性和完整性。

4. 数据传输协议：串行通信通常使用一定的数据传输协议，如UART（通用异步收发传输）协议、SPI（串行外设接口）协议、I2C（Inter-Integrated Circuit）协议等。

这些协议定义了数据传输的格式、时序、校验等规则，用于确保数据的可靠传输。

5. 数据传输方式：串行通信可以采用同步传输方式和异步传输方式。

同步传输方式需要发送方和接收方之间保持时钟同步，数据按照时钟信号进行传输；而异步传输方式则不需要时钟信号，数据的传输是根据数据帧的起始和停止位进行的。

总的来说，串行通信的工作原理是通过逐位传输数据，通过数据传输线路、数据传输方式、数据帧结构、数据传输协议等多个方面的配合，实现数据的传输和通信。

串行通信在计算机、通信、工业控制等领域广泛应用，是现代电子设备数据传输的重要方式。

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）。

串口是串行接口（serial port）的简称，也称为串行通信接口或COM接口。

串口通信是指采用串行通信协议（serial communication）在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。

串口按电气标准及协议来划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

1.串行通信在串行通信中，数据在1位宽的单条线路上进行传输，一个字节的数据要分为8次，由低位到高位按顺序一位一位的进行传送。

串行通信的数据是逐位传输的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。

不仅如此，接收方还必须能够确定一个信息组的开始和结束。

常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。

1.1串行同步通信同步通信（SYNC:synchronous data communication）是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致（同步），这样就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。

同步通信把许多字符组成一个信息组（信息帧），每帧的开始用同步字符来指示，一次通信只传送一帧信息。

在传输数据的同时还需要传输时钟信号，以便接收方可以用时针信号来确定每个信息位。

同步通信的优点是传送信息的位数几乎不受限制，一次通信传输的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。

同步通信的缺点是要求在通信中始终保持精确的同步时钟，即发送时钟和接收时钟要严格的同步（常用的做法是两个设备使用同一个时钟源）。

在后续的串口通信与编程中将只讨论异步通信方式，所以在这里就不对同步通信做过多的赘述了。

1.2串行异步通信异步通信（ASYNC:asynchronous data communication），又称为起止式异步通信，是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。

在异步通信中，收发双方取得同步是通过在字符格式中设置起始位和停止位的方法来实现的。

串行通信的基础知识1.串行通信和并行通信计算机与外界的信息交换称为通信。

基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。

一组信息的各位数据被逐位挨次传送的通信方式称为串行通信。

串行通信可通过串行接口来实现。

串行通信速度慢，但传输线少，相宜长距离通信。

一组信息（通常是字节）的各位数据被同时传送的通信方法称为并行通信。

并行通信依靠并行I/O接口实现。

并行通信速度快，但传输线根数多，只适用于近距离（相距数公尺）的通信。

2.信息传送方向依据信息的传送方向，串行通信可以进一步分为单工、半双工和全双工3种。

信息只能单方向传送称为单工；信息能双向传送，但不能同时双向传送称为半双工；能够同时双向传送则称为全双工。

MCS-5l单片机有一个全双工串行口。

全双工的串行通信只需要一根输出线（TXD）和一根输入线（RXD）。

3.同步方式和异步方式(1) 同步方式是将一大批数据分成几个数据块, 数据块之间用同步字符予以隔开, 而传输的各位二进制码之间都没有间隔。

其基本特征是发送与接收时钟始终保持严格同步。

(2）异步通信是按帧传送数据, 它利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步,每帧内部各位均采纳固定的时间间隔, 但帧与帧之间的时间间隔是随机的。

其基本特征是每个字符必需用起始位和停止位作为字符开头和结束的标志, 它是以字符为单位一个个地发送和接收的。

4.波特率在一帧信息中，每一位的传送时间（位宽）是固定的，位传送时间的倒数称为波特率（Baud rate），波特率表示每秒传送的位数。

例如每秒960个字符，若每个字符为10位，则波特率为9600。

位传送时间是104μS。

MCS-51串行I/O接口的基本工作是：发送时，将CPU送来的并行数据转换成肯定格式的串行数据，从引脚TXD上按规定的波特率逐位输出；接收时，要监视引脚RXD，一旦消失起始位“0”，就将外围设备送来的肯定格式的串行数据转换成并行数据，等待CPU读入。

串行通信的基本概念000通过上一章的介绍，读者对我电子琴的设计已经有了完整的了解，下面我就对我的设计重要组成部分――串口通信模块UART作一下介绍。

首先我要简要介绍一下串口通信的一些概念和协议标准，然后再阐述我是如何用VHDL语言来实现串口通信模块设计的。

4.1串行通信的基本概念1.数据传送方式在串行通信中，数据在通信线路上的传送有三种方式:1)单工(Simplex)方式:数据只能按一个固定的方向传送。

2)半双工(Half-duplex)方式:数据可以分时在两个方向传输，但是不能同时双向传输。

3)全双工(Full-duplex)方式:数据可以同时在两个方向上传输。

2.波特率和收/发时钟1)波特率所谓波特率，系指单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒为单位，所以有时也叫数据位率。

它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参量。

2)收/发时钟在串行通信中，无论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位和同步控制。

通常收/发时钟频率与波特率之间有下列关系:收/发时钟频率=n×波特率一般n取1，16，32，64等。

对于异步通信，常采用n=16;对于同步通信，则必须取n=1。

3.误码率和串行通信中的差错控制1)误码率所谓误码率，是指数据经过传输后发生错误的位数(码元数)与总传输位数(总码元数)之比，其与通信线路质量、干扰大小及波特率等因素有关，一般要求误码率达到10-6数量级。

2)差错控制为了减小误码率，一方面要从硬件和软件两个面对通信系统进行可靠性设计，以达到尽量少出错的目的;另一方面就是对传输的信息采用一定的检错、纠错编码技术，以便发现和纠正传输过程中可能出现的差错。

常用的编码技术有:奇偶校验、循环冗余码校验、海明码校验、交叉奇偶校验等。

4.串行通信的基本方式串行通信的基本方式可分为两种:1)异步串行方式:通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。

2)同步串行方式:通信的数据流中，字符间以及字符内部各位间都同步。