什么是串行通信？
在计算机科学和电子工程中，串行通信是一种将数据位逐位地传输到同一线路上的通信方式。相比于并行通信，串行通信只需要一根线路即可实现数据的传输，因此在资源有限的单片机系统中，串行通信得到了广泛应用。
串行通信的基本概念和原理
数据帧
串行通信中的数据被划分为一组组称为数据帧的包。数据帧通常包含以下几个部分：
- 起始位（Start Bit）：一个低电平位，用于标示数据的起始。
- 数据位（Data Bits）：实际传输的数据位数。
- 奇偶校验位（Parity Bit）：可选的纠错位，用于检测和校验数据的正确性。
- 停止位（Stop Bit）：一个或多个高电平位，用于标示数据的结束。
串行通信协议
串行通信需要定义一套通信规范，以确保发送端和接收端在数据传输过程中能够正确解读和处理数据。常见的串行通信协议有以下几种：
- RS-232协议：最早的串行通信协议，具有较强的抗干扰能力，但需要较多的线路。
- UART协议：通用异步收发传输协议，是单片机最常用的一种串行通信协议，使用较少的线路。
- SPI协议：串行外设接口协议，适用于单主控和多外设之间的通信。
- I2C协议：双线串行总线协议，适用于连接多种外围设备的通信。
每种串行通信协议都有其特定的规范和工作方式，需要根据具体应用的需求选择合适的协议。
UART协议详解
UART（通用异步收发传输）协议是一种最为常用的串行通信协议，在单片机应用中广泛使用。UART协议使用通信的双方约定好的波特率（Baud Rate），将数据位按照一定的时序通过一根线路进行传输。
UART协议的基本原理如下：
- 起始位：通信开始前，UART发送端发送一个起始位，一般为逻辑低电平，用于标记数据的开始。
- 数据位：UART发送端将数据位按照规定的顺序和速率发送给接收端。
- 奇偶校验位：可选的奇偶校验位用于检测和校验数据的正确性。发送端在数据位之后发送一个奇偶校验位，接收端在接收到数据后校验校验位的正确性。
- 停止位：UART发送端在数据位发送完之后，发送一个或多个停止位，一般为逻辑高电平，用于标记数据的结束。
UART协议的优点是实现简单，传输距离长，但缺点是只能实现点对点的通信，即一个发送端和一个接收端。
SPI协议详解
SPI（串行外设接口）协议是一种用于单主控和多外设之间通信的串行通信协议。SPI协议使用多根线路实现全双工的通信和同步。
SPI协议的基本原理如下：
- 时钟信号：SPI协议使用一个时钟信号作为同步信号，由主控端提供并控制。主控通过时钟信号来控制数据的传输速率和时序。
- 主控信号：主控端使用其他线路发送RESET、SCLK（时钟），MOSI（主控输出，从机输入）和SS（从机选择信号）信号，用于控制和同步外设。
- 从机信号：从机端使用其他线路发送MISO（从机输出，主控输入）信号，用于向主控返回数据。
- 数据传输：SPI协议的数据传输是全双工的，即主机和从机可以同时进行数据的发送和接收。
SPI协议支持多个外设同时与主控进行通信，每个外设都有一个专门的从机选择信号（SS）用于选择要通信的外设。SPI协议的缺点是需要消耗较多的I/O线路，且只能实现短距离的通信。
I2C协议详解
I2C（双线串行总线）协议是一种用于连接多种外围设备的串行通信协议。I2C协议使用两根线路进行通信，其中一根线路是时钟线（SCL），另一根线路是数据线（SDA）。
I2C协议的基本原理如下：
- 总线结构：在I2C协议中，所有的设备通过同一根总线连接，总线上可以连接多个从机设备和一个主控设备。
- 主控信号：主控设备控制总线上的通信，并提供时钟信号（SCL）和控制命令。
- 从机信号：从机设备接收并执行主控的控制命令，并将返回的数据发送给主控。
- 数据传输：I2C协议使用时钟信号和数据信号进行同步，数据的传输是双向的，主控和从机都可以发送和接收数据。
I2C协议通过总线上的地址来选择要通信的从机设备，可以实现多个设备间的通信。I2C协议的缺点是传输速率较慢。
结语
串行通信协议在单片机应用中扮演着重要的角色，根据具体的通信需求选择合适的协议能够提高通信效率和可靠性。在实际应用中，开发者需要根据具体情况来选择合适的协议，并根据协议的规范和要求来进行开发和调试。
本文来自极简博客，作者：柠檬味的夏天，转载请注明原文链接：单片机中的串行通信协议详解
