串口通信必须要了解的基础知识概念
串口通信必须要了解的基础知识概念
串口通信是计算机与外部设备进行数据传输的一种重要方式，其基础知识包括串行和并行通信、单工和双工通信、同步和异步通信、波特率以及CPU控制外部设备的方式等。本文将对这些概念进行详细讲解，帮助读者更好地理解串口通信的工作原理。
1.基础概念知识
1.1串行和并行
1.1.1串行通信
位通过单根线一一发送，下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的串行传输。当时钟线为高电平时，接收数据位，高电平为1，低电平为0。
1.1.2并行通信
数据位在导线中同时传输，下图显示了二进制（01000011）中字母“C”的并行传输： 当时钟线为高电平时，8个数据位同时接受数据，高电平为1，低电平为0
1.2单工和双工
1.2.1单工
单工通信只支持信号在一个方向上传输（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。为保证正确传送数据信号，接收端要对接收的数据进行校验，若校验出错，则通过监控信道发 送请求重发的信号。
此种方式适用于数据收集系统，如气象数据的收集、电话费的集中计算等。
1.2.1半双工
半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。因此，半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信。
此种方式适用于问讯、检索、科学计算等数据通信系统；
1.2.2全双工
全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，即有两个信道，因此允许同时进行双向传输。全双工通信是两个单工通信方式的结合，要求收发双方都有独立的接收和发送能力。全双工通信效率高，控制简单，但造价高。
计算机之间的通信是全双工方式。一般的电话、手机也是全双工的系统,因为在讲话时可以听到对方的声音。
1.3同步通信和异步通信
同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。
1.3.1同步通信
发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。
1.3.2异步通信
发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。
SPI和I2C都是同步通信，因为他们都有时钟线，UART是异步通信方式，他只有两个数据线，发送完数据不会确认你是否接收到。
1.4波特率
波特率用于描述UART通信时的通信速度，其单位为bps(bit per second)即每秒钟传送的bit的数量（二进制位数量）1byte = 8bit
1.5CPU控制外部设备的方式：中断，轮询，DMA
1.5.1轮询
轮询最简单，CPU通过不断地查询某个外部设备的状态，如果外部设备准备好，就可以向其发送数据或者读取数据，这种方式由于CPU不断查询总线，导致指令执行受到影响，效率非常低。
1.5.2中断
中断方式克服了CPU轮询外部设备的缺点，正常情况下，CPU执行指令，不会主动去检查外部设备的状态。外部设备准备好之后，向CPU发送中断信号，CPU收到中断信号后停止当前的工作，会根据中断信号指定的设备号处理相应的设备。这种处理方式既不影响CPU的工作，也能保证外部设备的数据得到及时处理，工作效率很高。
1.5.3DMA
中断方式效率虽然很高，但是对于大量数据的传输就显得力不从心。大量的中断会导致CPU忙于处理中断而减少对指令的处理，效率会变的很低。对于大量的数据传输可以不通过CPU而直接传送到内存，这种方式叫做DMA（DIrect Memory Access）。使用DMA方式，外部设备在数据准备好之后只需向DMA控制器发送一个命令，把数据的地址和大小传送过去，由DMA控制器负责把数据从外部设备直接存放到内存。DMA方式适合处理大量的数据，因此越来越多的嵌入式处理器开始支持它。