基于單片機的數(shù)據(jù)串口通信研究

蔣信

摘 要科技的發(fā)展日新月異，機電一體化的發(fā)展對自動化系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，在這樣的背景下，單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛也越來越重要。基于以上，本文從通信過程、顯示設(shè)計、鍵盤接口等方面研究了基于單片機的數(shù)據(jù)串口通信。

【關(guān)鍵詞】單片機 數(shù)據(jù)串口 通信 研究

在計算機控制領(lǐng)域中，計算機與外設(shè)數(shù)據(jù)之間的通信主要依靠單片機來實現(xiàn)，單片機的串口功能能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸以及分析，這就屬于串口通信，可以預(yù)見的是，單片機的數(shù)據(jù)串口通信將會得到更廣泛的應(yīng)用，單片機之間的通信也有賴于其數(shù)據(jù)串口通信功能。基于以上，本文簡要研究了基于單片機的數(shù)據(jù)串口通信。

1 串口通信的實現(xiàn)方式

設(shè)備在實現(xiàn)通信的過程中，必須樹立一個信息接發(fā)雙方都認可的通信方式，只有這樣才能夠保證信息在傳送的過程中不發(fā)生沖突，才能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的通信，對于串口通信來說，主要有以下兩種方式。

1.1 異步通信方式

異步通信方式實現(xiàn)的過程中，數(shù)據(jù)傳輸方式為獨立字節(jié)的形式，不同的字節(jié)前端有著不同的起始信號，不同字節(jié)的后端則會有不同的終止信號，起始信號只能是一個，而終止信號可以是一個也可以是多個。數(shù)據(jù)傳輸過程中，字節(jié)進行移動，一個字節(jié)的遷移過程表示一個字節(jié)的傳輸過程，傳輸之前使用起始信號進行傳輸，傳輸結(jié)束之后使用終止信號將傳輸線調(diào)回標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，一個字節(jié)傳輸完畢后進行下一個字節(jié)的傳輸，字節(jié)傳輸有著連續(xù)性，這就是異步傳輸方式。由于沒一個字節(jié)都要附加起始信號信息和終止信號信息，因此異步傳輸方式的效率較低，但異步通信方式容許一定程度的頻率漂移，有著一定的誤差緩沖作用。

1.2 同步通信方式

同步通信方式指的是將所有字符和字節(jié)連接在一起進行傳輸?shù)囊环N通信方式，多個字符相互連接組成數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊前增加同步字符，以同步字符作為傳輸起始信號，在傳輸后增加校驗字符，以校驗字符作為傳輸終止信號，以此來校驗傳輸過程中的錯誤和誤差，數(shù)據(jù)塊中的各個字符之間沒有間隔，相較于異步通信方式來說，其傳輸效率較高，但其對于信息接收端和信息發(fā)送端的同步性要求較高，因此硬件的復(fù)雜程度也就更高。

2 基于單片機的數(shù)據(jù)串口通信

2.1 單片機數(shù)據(jù)串口通信過程

單片機數(shù)據(jù)串口通信功能的實現(xiàn)主要依賴于數(shù)據(jù)寄存器，這個數(shù)據(jù)寄存器一般設(shè)置在單片機的串行端口上，其能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，從而為實現(xiàn)通信提供了可能。一般來說，數(shù)據(jù)在寫入寄存器的時候同時會進行發(fā)送，從而進入到數(shù)據(jù)的傳輸流程中，而數(shù)據(jù)寄存器在讀取數(shù)據(jù)的時候同時也開始數(shù)據(jù)的接收，這就是單片機數(shù)據(jù)串口通信的簡單過程。

具體來說，串行接口與單片機通信的過程中，可編程邏輯控制器會接收到單片機發(fā)送的命令幀格式，在通信結(jié)束之后，可編程邏輯控制器執(zhí)行命令，可編程邏輯控制器需要以ASCII的形式來形成接收到的信息，但是單片機的輸入方式有著一定的局限性，只能夠進行高低電平輸入，這就需要在信息發(fā)送過程中對信息進行格式轉(zhuǎn)化，串口通信協(xié)議中有信息幀格式，可以以此為依據(jù)將信息轉(zhuǎn)化為二進制格式，轉(zhuǎn)化后的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)寄存器中，從而完成單片機數(shù)據(jù)串口通信過程。

2.2 單片機的顯示設(shè)計分析

單片機顯示程序的設(shè)計一般有兩種方式：

2.2.1 動態(tài)顯示驅(qū)動

指的是通過數(shù)碼管來實現(xiàn)單片機動態(tài)顯示的一種驅(qū)動顯示方式具體來說，并聯(lián)所有選擇的線路，利用八位I/O口來控制這些并聯(lián)的線路，將除八位I/O口之外的I/O口作為數(shù)碼管選線，顯示數(shù)字的譯碼由單片機進行輸出，此時，為選通電路與各個數(shù)碼顯示管一一對應(yīng)，并由對應(yīng)的數(shù)碼顯示管來進行有效的控制，沒有對應(yīng)的數(shù)碼顯示管在此過程中不會產(chǎn)生反應(yīng)，這就是動態(tài)顯示驅(qū)動的過程。

2.2.2 靜態(tài)顯示驅(qū)動

靜態(tài)顯示驅(qū)動屬于一種直流驅(qū)動方式，數(shù)碼管有兩個極，分別是共陽極和共陰極，在接地設(shè)置上，讓這兩個極同時接地，且同時連接電源，這就是靜態(tài)顯示驅(qū)動方式，需要注意的是，相較于動態(tài)顯示驅(qū)動方式而言，靜態(tài)顯示驅(qū)動方式會占用更多的I/O口，這就給顯示設(shè)計帶來了一定的復(fù)雜性，因此，在實際的單片機顯示設(shè)計中，一般采用動態(tài)顯示驅(qū)動方式較多。

2.3 矩陣式鍵盤接口分析

在單片機數(shù)據(jù)串口通信過程中，可能在鍵盤中需要較多數(shù)量的鍵盤按鍵，為了避免占用過多的I/O口，則需要對這些鍵盤按鍵進行合理的排序。下面介紹一種矩陣形式的排列方式，以此來實現(xiàn)鍵盤按鍵的合理劃分布。在矩陣式排列的過程中，垂直線和交叉點在同一條水平線上不能夠直接的聯(lián)通，而是要通過按鍵來實現(xiàn)二者的連接，這就形成了一種4×4的矩陣式排列方式，這種鍵盤連接對于端口的應(yīng)用效率明顯提升。

矩陣式鍵盤連接方式適用于線路較多情況，線路越多，則其提升端口使用效率的效果越明顯。矩陣式排列分布方式下，使用端口線增加線路時，一條線的增加對應(yīng)一個鍵的增加，而使用普通線，一條線的增加對應(yīng)二十鍵，此時使用矩陣式排列方式就能夠取得良好的效果。

矩陣式結(jié)構(gòu)雖然能夠避免過多的占用I/O口，但是其也有著一定的局限性，即矩陣式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)難度較大，相對來說比較復(fù)雜。已經(jīng)確定的矩陣式鍵盤來說，可以采用“行掃描法”來識別按鍵，對于按鍵落下與否的判斷來說，可以降低行線到低電平狀態(tài)，檢測列線的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)有一條列線的電平為低狀態(tài)，則可以判斷鍵盤的按鍵在按下的狀態(tài)，如果所有的列線都在高電平的狀態(tài)，則可以判斷鍵盤按鍵處于非按下的狀態(tài)。在確定有鍵盤按鍵處于按下的狀態(tài)時，則需要確認具體是哪一個按鍵處于按下狀態(tài)，首先將某一條行線調(diào)到低電平的狀態(tài)，之后對列線進行逐條檢查，哪一列的列線處于低電平狀態(tài)，則其與調(diào)到低電平狀態(tài)這條行線的交點按鍵就是閉合的按鍵，依此進行判斷即可。

3 結(jié)論

信息的發(fā)展日新月異，數(shù)據(jù)通信在工業(yè)及信息領(lǐng)域的應(yīng)用越來越重要，計算機與外設(shè)數(shù)據(jù)的連接則依賴于單片機的數(shù)據(jù)串口通信，這就打破了信息傳輸?shù)牡赜蛐韵拗啤１疚暮喴芯苛嘶趩纹瑱C的數(shù)據(jù)串口通信，旨在進一步促進單片機數(shù)據(jù)串口通信技術(shù)的進一步發(fā)展。

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作者單位

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院12級電子信息工程 湖北省孝感市 432000