单片机 - MSB先发的串行数据收发 知识点整理

MSB 先发的串行数据收发知识点整理

在嵌入式通信或低级协议设计中，数据通常需要按照位（bit）进行串行传输。其中 "MSB 先发"（Most Significant Bit First） 是常见的数据传输方式，即 最高位（MSB）最先发送，最低位（LSB）最后发送。

1. MSB 先发串行通信的基本概念

在串行通信中，数据是 按位（bit）依次发送的。

• MSB 先发（Most Significant Bit First）：最高位最先传输，最低位最后传输。
• LSB 先发（Least Significant Bit First）：最低位最先传输，最高位最后传输。

MSB 先发的传输方式

假设数据 0xA5（十六进制）即 1010 0101（二进制）：

发送顺序（MSB 先发）:
1 0 1 0  0 1 0 1  （最高位 → 最低位）

LSB 先发的传输方式

发送顺序（LSB 先发）:
1 0 1 0  0 1 0 1  （最低位 → 最高位）

本文只讨论 MSB 先发 的情况。

2. MSB 先发的串行数据发送代码

目标：按位输出 8-bit 数据，每次发送 1 位

#include <stdio.h>

/* 
 * 串行数据发送（高位先发，MSB First）
 * 目标：按位输出 8-bit 数据，每次发送 1 位
 */

void sendData(unsigned char data) {
    printf("发送数据: 0x%X\n", data);

    // 逐位发送数据，从最高位（MSB）到最低位（LSB）
    for (int i = 7; i >= 0; i--) {
        unsigned char bit = (data >> i) & 0x01;  // 取出最高位
        printf("%d", bit);  // 输出当前位
    }

    printf("\n");
}

int main() {
    unsigned char data = 0xA5;  // 8-bit 数据 (1010 0101)
    sendData(data);
    return 0;
}

3. 代码解析

1. sendData(unsigned char data)

   • 传入 8-bit 数据 data，并将其按位发送。

2. 逐位提取和发送

   • 使用 for (int i = 7; i >= 0; i--)，确保从 最高位（MSB） 依次处理到 最低位（LSB）。
   • bit = (data >> i) & 0x01; 通过 右移 i 位 并与 0x01 按位与，获取 data 的第 i 位。
   • printf("%d", bit); 模拟数据线上传输 0 或 1。

4. MSB 先发的串行数据接收代码

目标：模拟从串行输入接收 8-bit 数据，并存储到变量中

#include <stdio.h>

/* 
 * 串行数据接收（高位先收，MSB First）
 * 目标：模拟从串行输入接收 8-bit 数据，并存储
 */

unsigned char receiveData(unsigned char data) {
    unsigned char received = 0;  // 存储接收的数据

    printf("接收数据: 0x%X\n", data);

    // 逐位接收数据，从最高位（MSB）到最低位（LSB）
    for (int i = 7; i >= 0; i--) {
        received = (received << 1) | ((data >> i) & 0x01);  // 左移并存入新位
    }

    return received;
}

int main() {
    unsigned char data = 0xA5;  // 8-bit 数据 (1010 0101)
    unsigned char received = receiveData(data);
    printf("重构后的数据: 0x%X\n", received);
    return 0;
}

5. 代码解析

1. receiveData(unsigned char data)

   • 传入 模拟接收的 8-bit 数据 data，然后进行 按位接收 处理。

2. 逐位提取和存储

   • for (int i = 7; i >= 0; i--) 确保从 最高位 依次处理到 最低位。
   • received = (received << 1) | ((data >> i) & 0x01);
     • 先左移 received 1 位，为新位腾出空间。
     • 提取 data 的第 i 位 ，并存入 received 变量。

6. 代码输出

如果运行这两段代码，会得到：

发送数据: 0xA5
10100101

接收数据: 0xA5
重构后的数据: 0xA5

说明数据正确地 按位发送并接收 ，且 数据完整性保持不变。

7. 关键知识点总结

MSB 先发的串行数据发送

1. 数据按位逐次发送，最高位（MSB）先发。
2. 右移 i 位 & 0x01 提取当前位，再输出。
3. 可以通过时钟信号触发传输（在实际硬件上）。

MSB 先发的串行数据接收

1. 数据按位逐次接收，最高位（MSB）先收。
2. 左移 received 1 位，再存入新位，确保数据位置正确。
3. 最终数据应与原始 data 相同，保证正确传输。

MSB 先发 与 LSB 先发

• MSB 先发 ：最高位先发送，适用于 SPI、I²C、RS232 等多种协议。
• LSB 先发：最低位先发送，部分 UART、某些专用协议可能采用。

8. 适用场景

• 嵌入式系统（单片机、ARM）
• 低级硬件通信（I²C、SPI、UART）
• 数字信号处理（DSP）
• 软件模拟串行通信（Bit-Banging）

---

(完)