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淺談基于單片機的數據串口通信研究論文
單片機的串口功能可以實(shí)現計算機與外設的數據通信,促使計算機系統控制得到更好的發(fā)展。串口通信在單片機的基礎上能夠實(shí)現數據傳輸與分析,在未來(lái)的發(fā)展中,串口通信將成為單片機與單片機之間通信的關(guān)鍵。
1 通信種類(lèi)
所謂的通信,就是指不同的獨立系統由線(xiàn)路相互交換數據,其中,構建成整個(gè)通信系統的線(xiàn)路被稱(chēng)作為網(wǎng)絡(luò )通信。進(jìn)行通信的目的是進(jìn)行數據交換活動(dòng),進(jìn)行數據交換時(shí),將數據由傳送端輸送到另一設備終端。在通信活動(dòng)中,傳送端所使用的方法就是將數據通過(guò)程序與線(xiàn)路將數據傳送出去,而接受端則依照通信協(xié)議收集數據,并做好數據信息存儲工作或是將數據以其他形式展現出來(lái)。數據通信分為兩種形式,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,指的是數據在傳輸時(shí)向各個(gè)位同時(shí)發(fā)送。并行通信具有數據傳輸、處理速度快的特點(diǎn),在并行通信下,可以一次傳輸八個(gè)位。并行傳輸雖然能夠增強傳輸速度,但是在傳輸時(shí)也存在問(wèn)題。并行傳輸式通信的基礎是必須備有多條傳輸線(xiàn),一旦遇到傳輸多位數據或是數據傳輸距離長(cháng)的情況,就需要大量的傳輸線(xiàn),會(huì )消耗大量的資源。進(jìn)行數據發(fā)生過(guò)程時(shí),標準電位會(huì )因為線(xiàn)串口通信是指計算機與外設間或是主機系統間相互的數據串行傳送。串口通信與并行通信相比,傳輸數據速率較慢,而且每次在傳輸時(shí)只能傳輸一個(gè)位。處理數據電壓時(shí)也僅有一個(gè)標準電壓,雖然速率慢,但是由于每一次只傳輸一個(gè)位,使得數據漏失情況降低,增強了數據的安全性。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(xiàn),在這一點(diǎn)上串口通信可以極大的降低經(jīng)濟成本,節約資源,串口通信適合于遠距離通信。串口通信數據傳輸過(guò)程中,數據是在兩地間完成數據傳輸工作。數據的傳輸速度通常會(huì )受到通常雙方設備、性能和通信線(xiàn)路穩定性影響。對于工業(yè)或儀器需要的環(huán)境來(lái)說(shuō)通常是 9600bps 的傳輸速度。串口通信端口所傳輸的數據是字符型,但是如何傳輸的數據是文件,就會(huì )使用二進(jìn)制的數據傳輸類(lèi)型。數據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據傳輸的方向固定,只為一種或是單純發(fā)送數據或是單純接受數據的通信方式。半雙工傳輸模式是指使用一條傳輸線(xiàn)路,不但作為數據輸出線(xiàn)還作為數據輸入,雖然數據能夠實(shí)現在兩個(gè)方向上的傳輸,但是通信雙方無(wú)法同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數據的傳送模式。全雙工方式是指運用兩條數據傳輸線(xiàn)來(lái)傳輸數據,由于全雙工方式下可以使用兩條數據傳輸線(xiàn)來(lái)進(jìn)行數據傳輸工作,不必擔心雙方數據是否發(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
設備在進(jìn)行數據通信的過(guò)程中,必須樹(shù)立一個(gè)接送雙方都認可的同步方式,有了遵守的同步方式才能使數據傳輸順利進(jìn)行,否則將會(huì )使數據在傳輸的過(guò)程中因為雙方在輸送與接收數據的方式上發(fā)生沖突,進(jìn)入使數據發(fā)生錯誤。
2.1 異步通信方式
在異步通信系統中都是以獨立字節的方式來(lái)進(jìn)行數據傳輸,每一個(gè)字節的前面都有一個(gè)起始信號,而字節后同樣會(huì )有一個(gè)或多個(gè)終止信號。通信中,從起始信號到終止信號結束算一幀數據。數據在傳輸線(xiàn)內進(jìn)行傳輸時(shí),當字節開(kāi)始移動(dòng)后,字節的起始位置是從標志位到空白的一次遷移,這一次遷移代表的就是一個(gè)字節的傳輸過(guò)程,在傳輸結尾使用一個(gè)或多個(gè)終止信號使傳輸線(xiàn)回到標準狀態(tài)。當這一過(guò)程結束后,數據輸送方才能發(fā)送下一個(gè)字節。通常來(lái)說(shuō),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(huì )占用一位、一位半或兩位。一幀數據的構成與起始位、停止位和字符編碼占據數位有關(guān),通常由 10、10.5 和 11 位構成。
表示數據字符,能夠保證字符一個(gè)連續一個(gè)的被傳送。進(jìn)行異步數據傳送,計算機與外設必須要遵守字符格式與波特率的規定。字符格式規定就是遵循奇偶校驗、起始位和停止位的字符傳輸格式,波特率規定是在串口通信過(guò)程中,數據傳輸時(shí)每秒傳輸的為數表示數據傳送的約定。
異步通信存在缺陷,通過(guò)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(shí)每個(gè)字符都要附加一些標志信息,使得數據傳輸速度受到影響。異步通信也具備其自身的優(yōu)點(diǎn),數據接送雙方在進(jìn)行通信時(shí),如果雙方時(shí)間存在誤差兩個(gè)字符信息間的停止間隔能夠為雙方時(shí)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,這是其數據傳輸優(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,異步通信方式中數據的傳送過(guò)程,是以一幀數據的起始位到終止位來(lái)作為一幀數據傳輸的開(kāi)始與結束標志。異步通信方式增加了數據輸送時(shí)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(gè)數據塊。在輸送數據塊時(shí)會(huì )在數據塊前面增加特殊的同步字符,將同步字符作為數據塊傳輸的起始信號,并在數據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(méi)有間隔與異步通信有很大的不同。這樣一來(lái),同步通信就具有較高的通信效率,在通信過(guò)程中通常會(huì )在幾十至幾千波特之間。但是同步通信方式需要在數據傳輸雙方在時(shí)鐘上保持發(fā)送端與接收端的同步,這樣一來(lái)就使得硬件構造復雜。
3 單片機數據串口通信研究
3.1 通信過(guò)程分析
單片機的串行端口一個(gè)數據寄存器,其具備發(fā)送與接收數據的能力。在通常的情況下,單片機在向數據寄存器寫(xiě)入數據的過(guò)程中就會(huì )開(kāi)始發(fā)送行為,進(jìn)入數據輸送的過(guò)程。另一方面,對數據寄存器進(jìn)行數據讀取的時(shí)候數據接收過(guò)程也隨之開(kāi)始。在單片機與串行接口進(jìn)行通信的過(guò)程中,單片機會(huì )對可編程邏輯控制器發(fā)出命令幀格式,結束后可編輯邏輯控制器將會(huì )對單片機的的命令做出反應。單片機只有高低電平輸入,但是可編輯邏輯編輯器需要將接收到的信息通過(guò) ASCII 來(lái)形成,因此在信息發(fā)送的過(guò)程中要根據串口通信協(xié)議當中的信息幀格式來(lái)進(jìn)行二進(jìn)制轉化,最后通過(guò)單片機對數據寄存器進(jìn)行信息發(fā)送。
3.2 單片機顯示設計
在對單片機顯示程序進(jìn)行設計的過(guò)程中通常有靜態(tài)顯示驅動(dòng)與動(dòng)態(tài)顯示驅動(dòng)兩種。動(dòng)態(tài)顯示驅動(dòng)主要是指數碼管動(dòng)態(tài)顯示的方式,將所有選線(xiàn)路并聯(lián)在一起,并通過(guò)八位 I/O 口對其進(jìn)行控制,然后將單片機其他的 I/O 口作為數碼管位選線(xiàn)。當單片機輸出顯示數字的譯碼時(shí),各個(gè)數碼顯示管對位選通電路進(jìn)行對應的控制,對應的數碼管就會(huì )顯示,其他的數碼管不會(huì )有反應。靜態(tài)驅動(dòng)也被稱(chēng)為直流驅動(dòng),在靜態(tài)顯示驅動(dòng)下,數碼管的共陰極和共陽(yáng)極共同接地,而其共同連接電源。在靜態(tài)顯示驅動(dòng)下占用單片機的 I/O 端口較多,因此,由于這種方式帶來(lái)的不便,使得靜態(tài)顯示驅動(dòng)在實(shí)際應用中并不普及。
3.3 矩陣式鍵盤(pán)接口
鍵盤(pán)中案件需要數量較多時(shí),如果不對其進(jìn)行合理的排列會(huì )占用 I/O 口,為了減少 I/O 口被占有,通常以矩陣形式來(lái)排列案件的分布。在矩陣式鍵盤(pán)排列中,應該保持每一條水平線(xiàn)與垂直線(xiàn)在交叉處不直接連通。合理的連接方式應該是通過(guò)按鍵來(lái)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(huì )比直接將端口用于鍵盤(pán)連接上多出一倍的利用率。使用這種方式,在線(xiàn)路越多的情況下就有越為明顯的區別。在矩陣式的分布方式中,如果再增加一條線(xiàn)就可以形成二十鍵的鍵盤(pán),但如果直接使用端口線(xiàn)只能增加一個(gè)鍵,在鍵數多的情況下,使用矩陣式方法來(lái)做鍵盤(pán)可以產(chǎn)生良好的效果。
矩陣式結構雖然有更好的效果但是具有復雜性,在識別方面也存在難度。在確定矩陣式鍵盤(pán)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(pán)中有無(wú)按鍵落下時(shí),可以將全部行線(xiàn)至低電平,對列線(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行檢測。在檢測的過(guò)程中,只要有一列的電平為低,就意味著(zhù)鍵盤(pán)中有按鍵處于按下?tīng)顟B(tài),如果所有的列線(xiàn)都是高電平,則沒(méi)有按鍵處于按下?tīng)顟B(tài)。在確認有按鍵按下后,開(kāi)始對具體閉合按鍵進(jìn)行確認。需要將行線(xiàn)置為低電平,在確定某根行線(xiàn)位置是低電平后,在對各列線(xiàn)的電平狀態(tài)進(jìn)行仔細檢查。如果某一列為低電平,這條列線(xiàn)與低電平的行線(xiàn)交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。
4 結論
對單片機數據串口通信進(jìn)行研究具有重要的意義,隨著(zhù)信息化、工業(yè)化發(fā)展,數據通信在社會(huì )中產(chǎn)生了重要的價(jià)值。在實(shí)際應用中傳輸媒體的不同使得有線(xiàn)數據與無(wú)線(xiàn)數據能夠與計算機形成有機的連接,能夠實(shí)現不同地域間數據資源的共享,對于社會(huì )數據資源傳播有著(zhù)重要的意義。作為相關(guān)研究者,應該刻苦攻關(guān),在當前數據串口通信技術(shù)下,進(jìn)行開(kāi)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(huì )進(jìn)步提供動(dòng)力。
參考文獻
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