單片機常用接口通信技術研究

摘要：隨著社會的發(fā)展，科學技術已經(jīng)融入到社會的各個領域，人們的生產(chǎn)生活中越來越依賴科技產(chǎn)品。尤其是當前，很多電子產(chǎn)品已經(jīng)逐漸向智能化發(fā)展，這給人們的生產(chǎn)和生活帶來了巨大的改變。而其中單片機就是一種典型的智能產(chǎn)品。在通信領域，它可以通過計算機進行編碼來控制各種產(chǎn)品，從而實現(xiàn)計算機通信。通常我們所說的單片機通信技術主要是指遠紅外通信技術、串口通信技術以及I2C總線通訊技術。另外，隨著工業(yè)化、機械化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，單片機作為一種常用的電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)在的單片機不僅體型小、儲存量大，而且操作簡單更加智能化。本文系統(tǒng)的介紹單片機的通信技術和組裝技術，旨在為加強通信技術領域中單片機的應用提供參考。

關鍵詞：單片機通信技術;紅外線通信;串口通信

（一）單片機簡單介紹

眾所周知，計算機的出現(xiàn)給人類的生產(chǎn)和生活帶來了革命性的改變，當前的社會已經(jīng)離不開計算機。但是第一臺圖靈計算機出現(xiàn)后，并沒有立即對人類的生產(chǎn)和生活帶來了巨大影響。最初的計算機體系龐大，使用十分不方便，但隨著科學技術的發(fā)展，人們在不斷對計算機進行改進，計算機的體積變得越來越小。例如世界上第一臺計算機誕生時，它的體積有整棟房子的大小。如今我們所見到的計算機、筆記本都十分的小巧，方便攜帶和使用。然而在一些特殊的工業(yè)領域當中，我們還希望計算機能夠進一步的發(fā)展，體積進一步變小，單片機是在這種背景下產(chǎn)生的。從本質(zhì)上講，單片機就是一種微型的計算機，它是將計算機的基本功能集合在一個芯片上在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮作用。在一些工業(yè)領域當中，對小額體積的計算機需求越來越旺盛，利用單片機就可以對設備發(fā)揮控制的作用，目前的很多生產(chǎn)線運行過程中，都需要小巧簡單的計算機才能夠實現(xiàn)一些功能，此時對計算機的性能要求并不是很高，僅僅利用單片機就可以這些這些目的。到今天單片機設備得到了巨大的發(fā)展和改變，我們常見的單片機設備有51、52系列，每個系列當中都包含很多型號，在社會的各個領域中得到了迅速發(fā)展。

（二）單片機通信接口技術簡介

在學習和研究單片機通信接口過程中，采用有效的方式會更加清楚直觀的說明問題，通常我們會選擇一種單片機作為教學和研究的具體對象。但是由于科學技術的發(fā)展，目前的單片機數(shù)量和種類較多。我們可以根據(jù)實際需要合理選擇各種單片機的型號。雖然不同的單片機接口的位置、形狀、大小都有所不同，但是從總體上講，單片機的接口功能基本上不會有太大的變化，只是接口的位置有可能改變。這樣在實際研究過程中，我們就可以借助一些技術和設備對產(chǎn)品進行測試，還需要用到一些軟件對單片機進行編譯，很多控制程序都需要用計算機進行編寫，這些程序編好以后會在計算機中進行模擬，通過模擬就可以清楚地知道每一個單片機接口的功能，從而有助于人們更好的開展研究。

在當今的社會，人的生產(chǎn)生活已經(jīng)徹底離不開科學技術的支持，很多電子產(chǎn)品景越來越朝著智能化、微型化的方向邁進。例如工業(yè)機器人、智能家居、智能駕駛及“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術，對人們的生產(chǎn)和生活以及工作方式都產(chǎn)生了革命性的改變。在這種大背景下，單片機迎來了良好的發(fā)展機遇，特別是在智能化的通信領域。我們有必要加強對單片機的應用分析研究，才能保證單片機能夠與周圍的各種設備進行有效通信。

（一）紅外通信技術

作為一種常用的通訊方式，紅外線通信技術具有價格便宜、設計簡單的特點。其主要原理是利用紅外線的發(fā)射和接收技術達到對各種設備的無線控制。紅外線是一種波長在在750nm到1mm之間的電磁波。例如對一個遙控器來說，它是由鍵盤、單片機震蕩器、紅外遙控器以及發(fā)光二極管組成。在實際使用時人們在鍵盤上按下相應的指令后，震蕩器就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號。單片機對人們使用鍵盤的按鍵狀態(tài)進行分析，按照鍵盤接收到的信息調(diào)整控制發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，紅外線接收器接收到紅外線信號，就可以借助單片機的功能翻譯成各種控制設備的信號。由于紅外線電磁波無法穿透各種物體，因此在實際使用過程中不能被遮擋。最后，在一般情況下電子產(chǎn)品中的紅外線的組不同，在同一房間內(nèi)電子產(chǎn)品使用不會造成干擾。紅外線接口可以使用單片機普通I/O端口，使用相應的程序掃描端口，這樣就可以使整個設備的成本降低，電路較為簡單，性價比高。在目前的電子家居產(chǎn)品當中使用十分廣泛。

（二）I2C總線通信技術

12C總線是由飛利浦公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。在工作時僅僅需要兩根線就可以連接在總線上的器件之間進行信息傳遞。其中主件的功能是啟動總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件在總線上主和從、發(fā)和收的關系不是恒定的，而是由數(shù)據(jù)傳送的方向決定。假如主機有數(shù)據(jù)要發(fā)送到從器件，那么主機必須要尋址從器件，然后才能將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇钠骷?，傳輸結束以后主機能夠終止數(shù)據(jù)的傳輸。同時主機需要接收從器件的數(shù)據(jù)時，同樣也需要尋址從器件，此時才可以接收到從器件發(fā)出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收完畢以后由主機發(fā)出終止數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?。在這種情況下主機負責產(chǎn)生定時時鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。我們還有可以看出12C總線中只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時鐘線，不需要其他特殊的接口電路。SCL（串行時鐘線）和SDA（串行數(shù)據(jù)線）都是雙向I/O線，這時代接口電路輸出是開漏，通過上拉電阻才能接電源VCC。12C總線從根本上精簡了硬件電路PCB具體布線，使本系統(tǒng)成本大大降低了，系統(tǒng)的可靠性能也大幅度提高，在單片機中用兩只IO端口分別作為時鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA，利用單片機的內(nèi)部程序對兩個端口實施控制，以便于對12C總線上的各種設備進行調(diào)節(jié)控制。具體包括啟動、器件導址、應答、停止以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔襟E的調(diào)控，從面對12C總線上的器件進行通信。在單片機電路的應用過程中，24C08系列存儲器的功能發(fā)揮主要依靠12C總線控制技術，實現(xiàn)的12C總線是一個真正的名主機總線，假如兩個或者多個主機同時進行初始化數(shù)據(jù)傳輸，能夠利用沖突決策和仲裁的方式來避免數(shù)據(jù)破壞，每一個連接到總線上的器件的地址都是唯一的，每一個器件都可以作為主機的從器件，而總線上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。

（三）串口通信技術

串口通信主要是指在通信室設備按位（bit）發(fā)送和接收二進制數(shù)據(jù)的通信方式，單片機用串口RXD、RXD端口、地線和其它設備串口進行通信。串口通信采用異步的方式，在同一根線上可以同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此是在實際通信網(wǎng)絡建設過程中，使用的數(shù)據(jù)線較少，給企業(yè)節(jié)約了通信成本。但是它的傳輸速度并沒有因此而降低。另外，創(chuàng)投通信技術中涉及到的主要參數(shù)有波特率、停止位、奇偶校驗以及數(shù)據(jù)位等。只有兩個端口的參數(shù)匹配，單片機和其他通信設備才能夠按照人們的設計進行通信。在目前的實踐中常用的串口通信方式有RS-232C、RS-485等。

（1）上位機PC和單片機的通信

在串口通信技術運營過程中，上飛機和下飛機是兩個十分重要的組成部分。上位機可以對計算機直接發(fā)出命令進行控制。下飛機則是控制設備并且收集設備的運行狀況的控制器，如單片機。在運行時上位機可以發(fā)出指令給下位機，下位機接受到上位機的命令后，對，設各種設備進行調(diào)節(jié)和控制，并且主動采集設備運行的各種數(shù)據(jù)。及時反饋給上位機。這樣上位機就可以實現(xiàn)對各種設備運行情況進行實時檢測。在其工作屏幕上會顯示出各種差數(shù)據(jù)變化信號。如溫度的上升、水位的變化以及設備的工作狀態(tài)等。另外。因為上位機PC串口的電平與單片機串口的邏輯電平不一樣，二者之間無法直接相連，想要使用就需采用RS-232C接口芯MAX232進行電平轉換。MAX232不僅解決了電平匹配的問題，而且還能夠大幅度增加通信距離。但是假如想要達到更高的通訊速率和通信距離，可以通過RS-485接口和MAX485驅動芯片來實現(xiàn)。某些電腦上可能沒有串口接口。只是就需要借助USB轉串口連接器來達到上位機和單片機串口的連接通訊。上位機可以通過VB、C#等編程語言編寫上位機程序，上飛機的操作界面方便簡單。下位機能夠使用C語言編程，把連接單片機的所有傳感器采集到的數(shù)據(jù)準確傳輸給上位機。上位機就可以準確掌控設備和各種數(shù)據(jù)控制終端的運行狀態(tài)。上位機PC和單片機的通信，上位機圖形介面操作簡單直觀，但不使于移動，常使用于設備相對固定的場臺。

（2）藍牙設備和單片機的通信

藍牙通信技術是一種低功耗、低成本無線電技術。能在包括移動PDA、電話、筆記本電腦、無線耳機、相關外設等設備之間實現(xiàn)無線信息交換。一般情況下，在十米之內(nèi)的設備都會支持。正因為其無線連接的優(yōu)點，給人們省去了連接線路的麻煩，而且操作簡單、迅速，受到人們的青睞。目前，藍牙技術的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟，在消費類電子無線通信、和汽車電子以及工業(yè)控制領域得到廣泛的應用。類電子和汽車電子以及工業(yè)控制領域得到廣泛的應用。藍牙接收集成電路由和射頻（RF）、基帶（BB）和鏈路管理（LM）構成。在單片機終端采用藍牙接收集成模塊常有四個接線端，兩個端口接電源，通信端口中RXD與單片機TXD相連，通信端口中TXD與單片機RXD相連，即讀寫端應交義連接。在單片機端還應編寫程序控制藍牙集成電路，實現(xiàn)單片機和藍牙集成電路的通信。由于藍牙可以無線通信，最常應用于移動終的控制，如智能家居中手機終端的APP軟件通過藍牙功能，可以連接到藍牙集成電路中，藍牙集成電路的串口可以將信息傳送到單片機，實現(xiàn)了手機終端可以直接對單片機及控制電路進行有效的控制，實現(xiàn)了手機藍牙和單片機的串口間的通信，常用于智能家居的控制。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)領域自動化、智能化，速度越來越快，單片機有著更廣闊的發(fā)展空間，再加上新型傳感器的出現(xiàn)，新技術革命的變革促使單片機通信技術日新月異。因此我們只有不斷加強對單片機通信技術的研究，才能夠在具體的實踐中社會提供更加穩(wěn)定、傳輸速率更好，性價比更高的單片機通信技術產(chǎn)品。

[1]單片機技術在電氣傳動系統(tǒng)中的應用策略研究[J].黎佩偉.電腦知識與技術.2019（31）.

[2]基于單片機的安全守護預警器設計[J].徐興，傅凱.電子制作.2020（01）.

趙新岳（1981年3月-），女，漢，山東棗莊人，碩士學位，棗莊職業(yè)學院講師，研究方向：電子通信，電氣自動化。