單片機(jī)小白學(xué)步(18) 單片機(jī)/計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述：通信接口與協(xié)

通信

何為通信？在英文中，通信用Communication表示，這個(gè)詞也有交流的意思。實(shí)際上，通信和交流確實(shí)是一樣的意思。不過在漢語中，交流常用來表示人與人之間的交流；而通信一般用于比較專業(yè)正式的場合，也就是所謂的術(shù)語。

人與人之間的交流，是信息交換的過程；微機(jī)系統(tǒng)或模塊之間的通信，就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程了。

接口

人在用語言交談時(shí)，需要用嘴說話，用耳朵聽，通過空氣來傳播。信息的傳遞依賴嘴巴和耳朵來進(jìn)行發(fā)送和接收。

微機(jī)系統(tǒng)的通信，則利用電、光等媒介。最常用的是電，表現(xiàn)在數(shù)字電路中，就是高低電平的變化。單片機(jī)的IO口能實(shí)現(xiàn)高低電平的收發(fā)，認(rèn)為它是一種通信接口。接口是通信所依賴的實(shí)體。

協(xié)議

人在說話時(shí)，通過聲帶振動(dòng)、口型的變化發(fā)出不同的聲音。這些聲音按照一定的規(guī)則，承載了我們所要表達(dá)的思想和信息，這套規(guī)則稱為語言。兩個(gè)人對(duì)話，需要使用兩個(gè)人都能理解的語言進(jìn)行，一個(gè)只懂中文和另一個(gè)只懂英文的人，根本沒法用語言交流（當(dāng)然可以用其他方式，比如面部表情、肢體語言等）。

同樣，微機(jī)系統(tǒng)通信時(shí)，也要有這樣一套雙方都遵從的規(guī)定，而這個(gè)規(guī)定被稱為協(xié)議。通信協(xié)議和接口都可以有多種，并且兩者之間存在一定的關(guān)聯(lián)。

接口的種類

在微機(jī)系統(tǒng)中，為了更快速、更準(zhǔn)確、更方便的傳輸數(shù)據(jù)，往往會(huì)有各種接口。

數(shù)字接口/模擬接口

這里主要討論電子形式的接口?？煞譃閿?shù)字接口和模擬接口，數(shù)字接口用二進(jìn)制高低電平表示數(shù)據(jù)，模擬接口則可以用電壓電流表示信息。模擬形式的接口，最常見的就是音頻接口，也就是耳機(jī)插座。數(shù)字形式的接口，例如我們熟悉的USB接口，前面提到單片機(jī)程序燒寫所用的串口等都是。數(shù)字接口又有很多分類，下面進(jìn)行介紹。

串行口/并行口

數(shù)字接口傳輸?shù)氖?strong>二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通常每8位二進(jìn)制數(shù)字組成一個(gè)字節(jié)。并行口用八根線同時(shí)傳輸8位數(shù)據(jù)；而串行口則一位一位的傳輸。每隔一段時(shí)間，接口上的電平按照要傳輸?shù)南乱晃粩?shù)據(jù)改變。

同樣的電平切換時(shí)間間隔下，顯然并行口更快。早期技術(shù)不夠，很多設(shè)備使用并行口通信以提高速度，例如并口打印機(jī)、并口的IDE硬盤等。后來技術(shù)進(jìn)步了，串行口傳輸速度提上去了，由于接線少，更加方便可靠，并行口就逐步被淘汰了，USB就是串行口。

備注：此處“行”的發(fā)音和“行走”中“行”的發(fā)音一致。

同步/異步接口

這個(gè)概念留到后面具體講通信協(xié)議的時(shí)候再做介紹。

模擬接口/硬件接口

在51單片機(jī)中，傳輸數(shù)據(jù)主要利用32個(gè)IO口管腳。作為數(shù)字接口，串口以及后面要介紹的I2C等，本質(zhì)都是通過IO口的高低電平實(shí)現(xiàn)的。如果對(duì)串口的協(xié)議有了解，可以給單片機(jī)寫程序，將任意兩個(gè)IO口做成串口，和電腦進(jìn)行通信。但是事實(shí)上用到串口的時(shí)候，很少有人會(huì)這么做。

用程序?qū)崿F(xiàn)串口的方法，一般叫做模擬串口，或者軟件串口；而實(shí)際上常用到的是硬件串口。串口是一種很基本的接口，單片機(jī)一般都有硬件串口。

使用軟件模擬串口需要消耗很多CPU資源（也就是說CPU需要花很多時(shí)間處理串口相關(guān)的數(shù)據(jù)收發(fā)工作）。

而硬件串口根據(jù)串口協(xié)議設(shè)計(jì)好并集成在單片機(jī)中，也就是一個(gè)模塊，大大簡化了串口通信的軟件編程。串口發(fā)送數(shù)據(jù)需要一位一位的進(jìn)行，有了硬件串口，在軟件上只需把要發(fā)送的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)放到硬件串口相關(guān)的寄存器中，硬件就會(huì)自動(dòng)一位一位的把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。CPU的全部工作就是執(zhí)行軟件程序，這樣就大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。接收數(shù)據(jù)也是類似的道理。

這里又體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)中模塊可代換的特點(diǎn)，甚至是軟硬件之間也可以互相代換或補(bǔ)償。讀者或許對(duì)此感到不可思議，學(xué)到原理篇就能慢慢理解這里的原因了。

ADC/DAC 模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器

既然接口有數(shù)字和模擬形式的，那么他們之間也應(yīng)該能互相轉(zhuǎn)換。例如電腦聽音樂時(shí)，CPU、存儲(chǔ)器都是數(shù)字器件，結(jié)果卻能輸出模擬的聲音信號(hào)。

能把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的器件叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC=Analog To Digital Converter），反過來，數(shù)字轉(zhuǎn)模擬就是數(shù)模轉(zhuǎn)換器了（DAC=Digital-to-Analog Converter）。

ADC/DAC也是兩種常見的微機(jī)系統(tǒng)模塊。在STC89C52RC單片機(jī)中沒有內(nèi)置的ADC/DAC，但是可以使用外置的轉(zhuǎn)換芯片，而在STC的其他一些型號(hào)51單片機(jī)或430等單片機(jī)中往往會(huì)有內(nèi)置的轉(zhuǎn)換模塊。

接口是單片機(jī)學(xué)習(xí)很重要的知識(shí)。本篇關(guān)于通信接口和協(xié)議的介紹就結(jié)束了，其中的很多細(xì)節(jié)會(huì)在后面的具體學(xué)習(xí)中涉及到。

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