單片機小白學(xué)步(18) 單片機/計算機系統概述：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(guò)在漢語(yǔ)中，交流常用來(lái)表示人與人之間的交流；而通信一般用于比較專(zhuān)業(yè)正式的場(chǎng)合，也就是所謂的術(shù)語(yǔ)。

人與人之間的交流，是信息交換的過(guò)程；微機系統或模塊之間的通信，就是數據傳輸的過(guò)程了。

接口

人在用語(yǔ)言交談時(shí)，需要用嘴說(shuō)話(huà)，用耳朵聽(tīng)，通過(guò)空氣來(lái)傳播。信息的傳遞依賴(lài)嘴巴和耳朵來(lái)進(jìn)行發(fā)送和接收。

微機系統的通信，則利用電、光等媒介。最常用的是電，表現在數字電路中，就是高低電平的變化。單片機的IO口能實(shí)現高低電平的收發(fā)，認為它是一種通信接口。接口是通信所依賴(lài)的實(shí)體。

協(xié)議

人在說(shuō)話(huà)時(shí)，通過(guò)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則，承載了我們所要表達的思想和信息，這套規則稱(chēng)為語(yǔ)言。兩個(gè)人對話(huà)，需要使用兩個(gè)人都能理解的語(yǔ)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(méi)法用語(yǔ)言交流（當然可以用其他方式，比如面部表情、肢體語(yǔ)言等）。

同樣，微機系統通信時(shí)，也要有這樣一套雙方都遵從的規定，而這個(gè)規定被稱(chēng)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(lèi)

在微機系統中，為了更快速、更準確、更方便的傳輸數據，往往會(huì )有各種接口。

數字接口/模擬接口

這里主要討論電子形式的接口?？煞譃閿底纸涌诤湍M接口，數字接口用二進(jìn)制高低電平表示數據，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(jiàn)的就是音頻接口，也就是耳機插座。數字形式的接口，例如我們熟悉的USB接口，前面提到單片機程序燒寫(xiě)所用的串口等都是。數字接口又有很多分類(lèi)，下面進(jìn)行介紹。

串行口/并行口

數字接口傳輸的是二進(jìn)制數據，通常每8位二進(jìn)制數字組成一個(gè)字節。并行口用八根線(xiàn)同時(shí)傳輸8位數據；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的下一位數據改變。

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，很多設備使用并行口通信以提高速度，例如并口打印機、并口的IDE硬盤(pán)等。后來(lái)技術(shù)進(jìn)步了，串行口傳輸速度提上去了，由于接線(xiàn)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單片機中，傳輸數據主要利用32個(gè)IO口管腳。作為數字接口，串口以及后面要介紹的I2C等，本質(zhì)都是通過(guò)IO口的高低電平實(shí)現的。如果對串口的協(xié)議有了解，可以給單片機寫(xiě)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。

用程序實(shí)現串口的方法，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(shuō)CPU需要花很多時(shí)間處理串口相關(guān)的數據收發(fā)工作）。

而硬件串口根據串口協(xié)議設計好并集成在單片機中，也就是一個(gè)模塊，大大簡(jiǎn)化了串口通信的軟件編程。串口發(fā)送數據需要一位一位的進(jìn)行，有了硬件串口，在軟件上只需把要發(fā)送的一個(gè)字節數據放到硬件串口相關(guān)的寄存器中，硬件就會(huì )自動(dòng)一位一位的把數據發(fā)送出去。CPU的全部工作就是執行軟件程序，這樣就大大減輕了CPU的負擔。接收數據也是類(lèi)似的道理。

這里又體現了模塊化設計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償。讀者或許對此感到不可思議，學(xué)到原理篇就能慢慢理解這里的原因了。

ADC/DAC 模數/數模轉換器

既然接口有數字和模擬形式的，那么他們之間也應該能互相轉換。例如電腦聽(tīng)音樂(lè )時(shí)，CPU、存儲器都是數字器件，結果卻能輸出模擬的聲音信號。

能把模擬信號轉換成數字信號的器件叫做模數轉換器（ADC=Analog To Digital Converter），反過(guò)來(lái)，數字轉模擬就是數模轉換器了（DAC=Digital-to-Analog Converter）。

ADC/DAC也是兩種常見(jiàn)的微機系統模塊。在STC89C52RC單片機中沒(méi)有內置的ADC/DAC，但是可以使用外置的轉換芯片，而在STC的其他一些型號51單片機或430等單片機中往往會(huì )有內置的轉換模塊。

接口是單片機學(xué)習很重要的知識。本篇關(guān)于通信接口和協(xié)議的介紹就結束了，其中的很多細節會(huì )在后面的具體學(xué)習中涉及到。

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