串口通信
串口通信基本常识
在计算机设备与设备之间或与集成电路之间常常需要进行数据传输，这也是在单片机学习中重要的一环，基本控制各种各样的外设都是通过不同的通信协议进行控制。开始学习吧⭐
一.串口与并行通信
串行通讯：是指设备之间通过少 量数据信号线(一般是 8 根以下)，地线以及控制信号线，按数据位形式一位一位地传输数据 的通讯方式。
并行通讯：一般是指使用 8、16、32 及 64 根或更多的数据线进行传输的通讯 方式，它们的通讯传输对比：并行通讯就像多个车道的公路，可以同时传输 多个数据位的数据，而串行通讯，而串行通讯就像单个车道的公路，同一时刻只能传输一 个数据位的数据。
图解：并行与串行之间的区别
常用的串口通信：usart通信，I2C通信，SPI通信
并行通信：SDIO，ESMC，W5100
串行与并行通信的特性对比
| 特性 | 串行通讯 | 并行通讯 |
|---|---|---|
| 通讯距离 | 较远 | 较近 |
| 抗干扰能力 | 较强 | 较弱 |
| 传输速率 | 较慢 | 较高 |
| 成本 | 较低 | 较高 |
不过由于并行传输对同步要求较高，且随着通讯速率的提高，信号干扰的问题会显著 影响通讯性能，现在随着技术的发展，越来越多的应用场合采用高速率的串行差分传输。
二.全双工、半双工与单工
根据数据通信方向可将通讯分为：为全双工、半双工及单工通讯
| 通讯方式 | 说明 |
|---|---|
| 全双工 | 在同一时刻，两个设备之间可以同时手法数据 |
| 半双工 | 两个设备之间可以收发数据，但不能在同一时刻进行 |
| 单工 | 在任何时刻都只能进行一个方向的通讯 |
图解：
三.同步与异步
根据数据的同步方式又可分为：同步与异步
区分：可以根据通讯过程中是否有使用 到时钟信号进行简单的区分
同步通讯:
在同步通讯中，收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号，在时钟信号的驱动下 双方进行协调，同步数据。通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或 下降沿对数据线进行采样。
在这种通讯情况下对时钟的要求较高，穿线时钟信号不稳定时，就会出现数据收发丢失。
异步通讯：
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同步用 的信号位，或者把主体数据进行打包，以数据帧的格式传输数据，某些通讯中 还需要双方约定数据的传输速率，以便更好地同步
对比
在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝大部分就是有效数据，而异步通讯中会包含 有帧的各种标识符，所以同步通讯的效率更高，但是同步通讯双方的时钟允许误差较小， 而异步通讯双方不需要时钟。
四.通信的速率
比特率
衡量通讯性能的一个非常重要的参数就是通讯速率，通常以比特率(Bitrate)来表示，即 每秒钟传输的二进制位数，单位为比特每秒(bit/s)。
波特率
它表示每秒钟传输了多少个码元。而码元是通讯信号调制的概念，通讯中常用 时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的信号称为码元。
列如：
常见的通讯传输中， 用 0V 表示数字 0，5V 表示数字 1，那么一个码元可以表示两种状态 0 和 1，所以一个码元 等于一个二进制比特位，此时波特率的大小与比特率一致；如果在通讯传输中，有 0V、 2V、4V 以及 6V 分别表示二进制数 00、01、10、11，那么每个码元可以表示四种状态，即 两个二进制比特位，所以码元数是二进制比特位数的一半，这个时候的波特率为比特率的 一半。因为很多常见的通讯中一个码元都是表示两种状态，
一般直接以波特率来表示比特率，虽然严格来说没什么错误，但两者之间还是存在区别的。
串口通信协议
协议简介
物理层
规定通讯系统中具有 机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。
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RS232标准
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USB转串口
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原生的串口到串口
RS-232与TTL电平的区别
RS232标准串口通讯结构图
用于：工业设备进行直接通信，-15v：0 +15v：1 容错率大
电平转换芯片：MAX3232,SP3232
- TTL电平：从单片机或芯片中出来
没有外接RS-232接口 需要自己买模块进行拓展┮﹏┭
- USB转串口主要用于设备与电脑通信
- 电平转芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232
- 使用的时候需要电脑端安装驱动
原生的串口到串口
- 原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用ttl电平通信
- 使用原生串口通信的模块：GPS模块，GSM模块，串口转WIFI模块，HC04蓝牙模块
协议层
规定通讯逻辑， 统一收发双方的数据打包、解包标准。（即为软件层）
简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流， 协议层则规定我们用中文还是英文来交流。
串口数据包的基本组成
串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在 串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位 组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据
起始位：由1个逻辑0的数据位表示
结束位：由1.5，1，1.5或2个逻辑1的数据位表示
有效数据：在起始位后紧接着的就是有效数据，有效数据的长度常被约定位5，6，7，或8位长
校验位：可选，增强数据的抗干扰性
校验方法分为：
1：奇校验 2：偶校验 3:0校验
4：1校验 5：无校验
奇校验（odd）：要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数
比如：一个 8 位长的有效数据为： 01101001，此时总共有 4 个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据 将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位。
偶校验（even）：要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数
比如:数据帧为11001010，此时数据帧“1”的个数为 4 个，所以偶校验位为“0”。
0校验：不管有效数据中的内容是说明，校验位总为 "0"
1校验：校验位总为1
无校验：数据包中不包含校验位