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淺談基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)串口通信研究論文
單片機(jī)的串口功能可以實現(xiàn)計算機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)通信，促使計算機(jī)系統(tǒng)控制得到更好的發(fā)展。串口通信在單片機(jī)的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與分析，在未來的發(fā)展中，串口通信將成為單片機(jī)與單片機(jī)之間通信的關(guān)鍵。
1 通信種類
所謂的通信，就是指不同的獨立系統(tǒng)由線路相互交換數(shù)據(jù)，其中，構(gòu)建成整個通信系統(tǒng)的線路被稱作為網(wǎng)絡(luò)通信。進(jìn)行通信的目的是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換活動，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，將數(shù)據(jù)由傳送端輸送到另一設(shè)備終端。在通信活動中，傳送端所使用的方法就是將數(shù)據(jù)通過程序與線路將數(shù)據(jù)傳送出去，而接受端則依照通信協(xié)議收集數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)信息存儲工作或是將數(shù)據(jù)以其他形式展現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)通信分為兩種形式，分別為串行傳輸式通信與并行傳輸式通信。
1.1 并行傳輸式通信
并行傳輸式通信也叫并行通信，指的是數(shù)據(jù)在傳輸時向各個位同時發(fā)送。并行通信具有數(shù)據(jù)傳輸、處理速度快的特點，在并行通信下，可以一次傳輸八個位。并行傳輸雖然能夠增強(qiáng)傳輸速度，但是在傳輸時也存在問題。并行傳輸式通信的基礎(chǔ)是必須備有多條傳輸線，一旦遇到傳輸多位數(shù)據(jù)或是數(shù)據(jù)傳輸距離長的情況，就需要大量的傳輸線，會消耗大量的資源。進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)生過程時，標(biāo)準(zhǔn)電位會因為線串口通信是指計算機(jī)與外設(shè)間或是主機(jī)系統(tǒng)間相互的數(shù)據(jù)串行傳送。串口通信與并行通信相比，傳輸數(shù)據(jù)速率較慢，而且每次在傳輸時只能傳輸一個位。處理數(shù)據(jù)電壓時也僅有一個標(biāo)準(zhǔn)電壓，雖然速率慢，但是由于每一次只傳輸一個位，使得數(shù)據(jù)漏失情況降低，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。另外串口通信具有良好的抗干擾能力。并行通信需要耗費大量的傳輸線，在這一點上串口通信可以極大的降低經(jīng)濟(jì)成本，節(jié)約資源，串口通信適合于遠(yuǎn)距離通信。串口通信數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)是在兩地間完成數(shù)據(jù)傳輸工作。數(shù)據(jù)的傳輸速度通常會受到通常雙方設(shè)備、性能和通信線路穩(wěn)定性影響。對于工業(yè)或儀器需要的環(huán)境來說通常是 9600bps 的傳輸速度。串口通信端口所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是字符型，但是如何傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是文件，就會使用二進(jìn)制的數(shù)據(jù)傳輸類型。數(shù)據(jù)傳輸方向分為三種基本傳輸模式，分別是單工、半雙工和全雙工模式。單工傳輸模式是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚬潭�，只為一種或是單純發(fā)送數(shù)據(jù)或是單純接受數(shù)據(jù)的通信方式。半雙工傳輸模式是指使用一條傳輸線路，不但作為數(shù)據(jù)輸出線還作為數(shù)據(jù)輸入，雖然數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)在兩個方向上的傳輸，但是通信雙方無法同時進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)的傳送模式。全雙工方式是指運用兩條數(shù)據(jù)傳輸線來傳輸數(shù)據(jù)，由于全雙工方式下可以使用兩條數(shù)據(jù)傳輸線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，不必?fù)?dān)心雙方數(shù)據(jù)是否發(fā)送或接收完的顧慮，因此全雙工方式具有半雙工不可比擬的優(yōu)勢，全雙工的效率是半雙工效率的一倍。
2 串口通信的同步方式
設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過程中，必須樹立一個接送雙方都認(rèn)可的同步方式，有了遵守的同步方式才能使數(shù)據(jù)傳輸順利進(jìn)行，否則將會使數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中因為雙方在輸送與接收數(shù)據(jù)的方式上發(fā)生沖突，進(jìn)入使數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。
2.1 異步通信方式
在異步通信系統(tǒng)中都是以獨立字節(jié)的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每一個字節(jié)的前面都有一個起始信號，而字節(jié)后同樣會有一個或多個終止信號。通信中，從起始信號到終止信號結(jié)束算一幀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在傳輸線內(nèi)進(jìn)行傳輸時，當(dāng)字節(jié)開始移動后，字節(jié)的起始位置是從標(biāo)志位到空白的一次遷移，這一次遷移代表的就是一個字節(jié)的傳輸過程，在傳輸結(jié)尾使用一個或多個終止信號使傳輸線回到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)這一過程結(jié)束后，數(shù)據(jù)輸送方才能發(fā)送下一個字節(jié)。通常來說，起始位占用一位，字符編碼占有七位，第八位是奇偶校驗位，而停止位又會占用一位、一位半或兩位。一幀數(shù)據(jù)的構(gòu)成與起始位、停止位和字符編碼占據(jù)數(shù)位有關(guān)，通常由 10、10.5 和 11 位構(gòu)成。
表示數(shù)據(jù)字符，能夠保證字符一個連續(xù)一個的被傳送。進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳送，計算機(jī)與外設(shè)必須要遵守字符格式與波特率的規(guī)定。字符格式規(guī)定就是遵循奇偶校驗、起始位和停止位的字符傳輸格式，波特率規(guī)定是在串口通信過程中，數(shù)據(jù)傳輸時每秒傳輸?shù)臑閿?shù)表示數(shù)據(jù)傳送的約定。
異步通信存在缺陷，通過異步通信進(jìn)行傳輸信息傳輸效率低，效率低的原因與其字符傳輸方式有很大關(guān)系，由于在傳送時每個字符都要附加一些標(biāo)志信息，使得數(shù)據(jù)傳輸速度受到影響。異步通信也具備其自身的優(yōu)點，數(shù)據(jù)接送雙方在進(jìn)行通信時，如果雙方時間存在誤差兩個字符信息間的停止間隔能夠為雙方時鐘的誤差起到緩沖的作用，在異步通信方式中容許較小的頻率漂移，這是其數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢。
2.2 同步通信方式
同步通信方式與異步通信方式有較大的不同，異步通信方式中數(shù)據(jù)的傳送過程，是以一幀數(shù)據(jù)的起始位到終止位來作為一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始與結(jié)束標(biāo)志。異步通信方式增加了數(shù)據(jù)輸送時間，而同步通信方式是將所有輸送字符連接在一起組成一個數(shù)據(jù)塊。在輸送數(shù)據(jù)塊時會在數(shù)據(jù)塊前面增加特殊的同步字符，將同步字符作為數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)钠鹗夹盘�，并在�?shù)據(jù)塊的后面增加校驗字符，這是為了自在輸送中校驗通信中存在的錯誤。在同步通信方式中，是聯(lián)系傳輸字符的方式，字符之間沒有間隔與異步通信有很大的不同。這樣一來，同步通信就具有較高的通信效率，在通信過程中通常會在幾十至幾千波特之間。但是同步通信方式需要在數(shù)據(jù)傳輸雙方在時鐘上保持發(fā)送端與接收端的同步，這樣一來就使得硬件構(gòu)造復(fù)雜。
3 單片機(jī)數(shù)據(jù)串口通信研究
3.1 通信過程分析
單片機(jī)的串行端口一個數(shù)據(jù)寄存器，其具備發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的能力。在通常的情況下，單片機(jī)在向數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)的過程中就會開始發(fā)送行為，進(jìn)入數(shù)據(jù)輸送的過程。另一方面，對數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取的時候數(shù)據(jù)接收過程也隨之開始。在單片機(jī)與串行接口進(jìn)行通信的過程中，單片機(jī)會對可編程邏輯控制器發(fā)出命令幀格式，結(jié)束后可編輯邏輯控制器將會對單片機(jī)的的命令做出反應(yīng)。單片機(jī)只有高低電平輸入，但是可編輯邏輯編輯器需要將接收到的信息通過 ASCII 來形成，因此在信息發(fā)送的過程中要根據(jù)串口通信協(xié)議當(dāng)中的信息幀格式來進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化，最后通過單片機(jī)對數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行信息發(fā)送。
3.2 單片機(jī)顯示設(shè)計
在對單片機(jī)顯示程序進(jìn)行設(shè)計的過程中通常有靜態(tài)顯示驅(qū)動與動態(tài)顯示驅(qū)動兩種。動態(tài)顯示驅(qū)動主要是指數(shù)碼管動態(tài)顯示的方式，將所有選線路并聯(lián)在一起，并通過八位 I/O 口對其進(jìn)行控制，然后將單片機(jī)其他的 I/O 口作為數(shù)碼管位選線。當(dāng)單片機(jī)輸出顯示數(shù)字的譯碼時，各個數(shù)碼顯示管對位選通電路進(jìn)行對應(yīng)的控制，對應(yīng)的數(shù)碼管就會顯示，其他的數(shù)碼管不會有反應(yīng)。靜態(tài)驅(qū)動也被稱為直流驅(qū)動，在靜態(tài)顯示驅(qū)動下，數(shù)碼管的共陰極和共陽極共同接地，而其共同連接電源。在靜態(tài)顯示驅(qū)動下占用單片機(jī)的 I/O 端口較多，因此，由于這種方式帶來的不便，使得靜態(tài)顯示驅(qū)動在實際應(yīng)用中并不普及。
3.3 矩陣式鍵盤接口
鍵盤中案件需要數(shù)量較多時，如果不對其進(jìn)行合理的排列會占用 I/O 口，為了減少 I/O 口被占有，通常以矩陣形式來排列案件的分布。在矩陣式鍵盤排列中，應(yīng)該保持每一條水平線與垂直線在交叉處不直接連通。合理的連接方式應(yīng)該是通過按鍵來加以連接，使得端口可以形成 4×4 的排列方式，這樣方式排列下將會比直接將端口用于鍵盤連接上多出一倍的利用率。使用這種方式，在線路越多的情況下就有越為明顯的區(qū)別。在矩陣式的分布方式中，如果再增加一條線就可以形成二十鍵的鍵盤，但如果直接使用端口線只能增加一個鍵，在鍵數(shù)多的情況下，使用矩陣式方法來做鍵盤可以產(chǎn)生良好的效果。
矩陣式結(jié)構(gòu)雖然有更好的效果但是具有復(fù)雜性，在識別方面也存在難度。在確定矩陣式鍵盤方面被按下的鍵號可以使用“行掃描法”，行掃描法是一種較為常用的按鍵識別方法。在判斷鍵盤中有無按鍵落下時，可以將全部行線至低電平，對列線狀態(tài)進(jìn)行檢測。在檢測的過程中，只要有一列的電平為低，就意味著鍵盤中有按鍵處于按下狀態(tài)，如果所有的列線都是高電平，則沒有按鍵處于按下狀態(tài)。在確認(rèn)有按鍵按下后，開始對具體閉合按鍵進(jìn)行確認(rèn)。需要將行線置為低電平，在確定某根行線位置是低電平后，在對各列線的電平狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查。如果某一列為低電平，這條列線與低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
4 結(jié)論
對單片機(jī)數(shù)據(jù)串口通信進(jìn)行研究具有重要的意義，隨著信息化、工業(yè)化發(fā)展，數(shù)據(jù)通信在社會中產(chǎn)生了重要的價值。在實際應(yīng)用中傳輸媒體的不同使得有線數(shù)據(jù)與無線數(shù)據(jù)能夠與計算機(jī)形成有機(jī)的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)不同地域間數(shù)據(jù)資源的共享，對于社會數(shù)據(jù)資源傳播有著重要的意義。作為相關(guān)研究者，應(yīng)該刻苦攻關(guān)，在當(dāng)前數(shù)據(jù)串口通信技術(shù)下，進(jìn)行開拓創(chuàng)新，發(fā)揮這一領(lǐng)域的效率，使這一技術(shù)更好的為社會進(jìn)步提供動力。
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