串行通信的工作原理是什么？它具有哪些特征？

串行通信是一種計(jì)算機(jī)通信方式，它在主機(jī)與外設(shè)以及主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸中起著重要作用。其工作原理是將數(shù)據(jù)按位依次傳輸，每位數(shù)據(jù)占據(jù)固定時(shí)長(zhǎng)。相較于并行通信，串行通信使用的通信線(xiàn)路較少，成本較低。串行通信適用于近距離的人機(jī)交換、實(shí)時(shí)監(jiān)控等系統(tǒng)通信工作，借助于電話(huà)網(wǎng)還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳輸?shù)模虼怂恍枰贁?shù)幾條通信線(xiàn)路就可以完成系統(tǒng)間的信息交換，這在一定程度上降低了通信成本。串行通信是一種低成本、高效率的計(jì)算機(jī)通信方式，適用于各種近距離和遠(yuǎn)距離的通信場(chǎng)景。

串行通信的特征包括以下幾個(gè)方面：

異步通信：串行通信通常是異步的，即發(fā)送和接收設(shè)備之間的時(shí)鐘信號(hào)不需要同步。這意味著發(fā)送設(shè)備可以在任何時(shí)刻開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，而接收設(shè)備會(huì)根據(jù)自身的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)接收和解析數(shù)據(jù)。

單工/半雙工/全雙工通信：串行通信可以是單工、半雙工或全雙工的方式。單工通信只能在一個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)，半雙工通信可以在兩個(gè)方向上傳輸數(shù)據(jù)但不能同時(shí)進(jìn)行，而全雙工通信則可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，通常在幾百到幾十千比特每秒之間。這是因?yàn)榇型ㄐ攀且晕粸閱挝贿M(jìn)行傳輸?shù)模⑿型ㄐ艅t是以字節(jié)或更大單位進(jìn)行傳輸?shù)摹?

錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正：為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，串行通信通常會(huì)采用一些錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正的方法，如奇偶校驗(yàn)、CRC校驗(yàn)等。

傳輸距離：串行通信的傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，可以達(dá)到幾十米甚至幾公里。這是因?yàn)榇型ㄐ诺陌l(fā)送和接收線(xiàn)之間只需要保持電氣連接即可，不需要像并行通信那樣需要保持嚴(yán)格的機(jī)械連接。

成本低：由于串行通信只需要一根發(fā)送線(xiàn)和一根接收線(xiàn)，因此其硬件成本相對(duì)較低。此外，串行通信的協(xié)議也比較簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的控制和同步機(jī)制，這也降低了其軟件成本。

接下來(lái)我們以單片機(jī)串口為例介紹串口通訊方式。

在STM32單片機(jī)中，可以使用其內(nèi)置的USART(通用同步/異步收發(fā)器)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信。USART模塊支持多種通信模式，包括同步通信和異步通信，可以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。

在使用STM32單片機(jī)串口時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的配置，如設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等。同時(shí)，還需要編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入U(xiǎn)SART模塊的發(fā)送緩沖區(qū)，然后在接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以從USART模塊的接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。

STM32單片機(jī)串口初始化的一般步驟如下：

1. 使能USART時(shí)鐘：在STM32單片機(jī)中，USART模塊通常是掛載在APB1或APB2總線(xiàn)上的，因此需要先使能相應(yīng)的總線(xiàn)時(shí)鐘以及USART模塊的時(shí)鐘。

2. 配置引腳：USART模塊需要占用兩個(gè)引腳，一個(gè)是發(fā)送引腳(TX)，另一個(gè)是接收引腳(RX)。需要將這兩個(gè)引腳配置為復(fù)用推挽輸出模式或復(fù)用開(kāi)漏輸出模式，并設(shè)置相應(yīng)的重映射功能。

3. 初始化USART參數(shù)：需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)置USART模塊的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等。

4. 配置中斷：如果需要使用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，需要配置相應(yīng)的中斷優(yōu)先級(jí)和中斷處理函數(shù)。

5. 使能USART：在完成上述配置后，需要使能USART模塊，使其開(kāi)始工作。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的STM32單片機(jī)串口初始化的示例代碼(以USART1為例)：

// 使能USART1和GPIOA時(shí)鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 將GPIOA的9和10引腳配置為復(fù)用推挽輸出模式 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 配置USART1參數(shù) USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 使能USART1 USART_Cmd(USART1, ENABLE);

上述代碼中，首先使能了USART1和GPIOA的時(shí)鐘，然后將GPIOA的9和10引腳配置為復(fù)用推挽輸出模式。接著，配置了USART1的參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等。最后，使能了USART1模塊，使其開(kāi)始工作。