一、通信分类：按收发能力划分（单工 / 半双工 / 全双工）
单工通信（UART 单向收发场景）
- 收发角色固定，一方只能发、一方只能收，无法互换
- 仅 1 根信号线，数据传输方向永久单一，不可反向传输
半双工通信（代表：I2C）
- 通信两端收发角色可切换，既能发送也能接收
- 仅 1 根信号线承载数据
- 同一时刻只能单向传输，收发不能同时进行
全双工通信（标准 UART）
- 两端可同时收发，发送、接收角色互不冲突
- 采用两根独立信号线：RXD 接收线、TXD 发送线
- 数据双向并行传输，收发操作可同步执行
二、通信分类：按数据传输方式（串行 / 并行）
串行传输
- 单根信号线，bit 位按顺序逐位依次传输，UART 属于串行通信
核心特点
- 传输速率偏低
- 硬件电路简单、成本低廉
- 抗干扰能力强，传输距离远（如 RS485 最远 1200 米）
- 串口传输遵循LSB 低位先行规则：先发数据最低位，后发最高位
并行传输
- 多根信号线同步传输多个 bit，一次性并行发送多位数据
核心特点
- 传输速度快
- 布线多、硬件复杂、成本高
- 信号易互相干扰，传输距离受限（仅 30 米以内）
三、同步通信 vs 异步通信
同步通信
- 配套独立时钟信号线同步收发频率，典型：I2C（SCL 时钟线 + SDA 数据线）
- 收发双方依靠统一时钟信号对齐每一位数据
异步通信（UART 核心特性）
-
无专用同步时钟线
-
依靠波特率约定收发双方传输速率，保证时序对齐
四、串口通信完整时序帧结构（一帧数据组成）
标准 UART 一帧按顺序分为 4 段：
逐 bit 发送：
- 起始位：1bit 低电平，标志一帧数据传输开始
- 数据位：通常 8bit，遵循 LSB 低位优先发送
- 校验位：1bit，可选奇偶校验，用于简单检错
- 停止位：1bit 高电平，代表单帧数据传输结束
五、波特率基础概念
- 单位：bps，含义为每秒传输的 bit 总数量
- 常用标准波特率：2400、4800、9600、115200
- 举例：2400bps = 每秒传输 2400 个二进制 bit
- 51 单片机配套晶振：11.0592MHz（适配串口标准波特率），12MHz 多用于定时器计数
- 波特率生成：定时器 1 配置为 8 位自动重装载模式，作为波特率发生器
六、串口通信四大核心配置参数
格式标准：
波特率 数据位 校验位 停止位
示例：GPS 默认参数 9600 8 N 1
- 9600：波特率
- 8：每帧 8 位数据位
- N：None，无校验；O=Odd 奇校验，E=Even 偶校验
- 1：1 位停止位
七、数据校验方式（串口差错检测）
奇偶校验
- 仅能检测奇数个 bit 传输错误，无法识别偶数位同时出错
奇校验
- 定义：所有数据位中 "1" 的总个数 + 校验位 = 奇数；校验位为 1 时满足校验通过
- 例：数据 0110 0000，其中 1 有 3 个（奇数），校验位填 1 校验通过；若数据 1 数量为偶数，填 1 则校验失败
偶校验
- 定义：所有数据位中 "1" 的总个数 + 校验位 = 偶数；校验位为 0 时校验通过
- 例：数据 0110 0000 有 3 个 1，校验位填 0，总 1 数量为偶数，校验通过
CRC 校验
- 采用固定校验多项式计算，检错能力远强于奇偶校验，工业 Modbus 协议标配
累加和校验
- 简单求和校验，多用于简易自定义串口协议
八、常见串口电平标准与转换芯片
TTL 电平（单片机原生串口电平）
- 逻辑 1（高电平）：3.3V / 5V
- 逻辑 0（低电平）：0V
RS232 电平（负逻辑）
- 逻辑 1：-3V ~ -15V
- 逻辑 0：+3V ~ +15V
- 转换芯片：MAX232
RS485 差分电平
- 逻辑 1：2V ~ 6V
- 逻辑 0：-6V ~ -2V
USB 转 TTL 芯片：CH340
- 功能：完成 USB 电平与单片机 TTL 串口电平互相转换，电脑通过 USB 与单片机串口通信
九、51 单片机串口基础程序逻辑
- 发送程序：采用轮询方式，循环发送单字节数据；
- 接收程序：采用外部中断方式，实时捕获上位机下发数据；
- 交互示例：串口助手下发指令，单片机执行并回复文本 指令ledon → 单片机点亮 LED，返回：led alreay!\n 指令 ledoff → 单片机熄灭 LED，返回：led alloff!\n
十、主从式串口通信 & Modbus 自定义协议
主从通信规则
- 主机：通信发起方，拥有完全控制权，串口助手常作为主机
- 从机：不能主动发数据，仅接收主机指令、执行动作并应答（51 单片机作为从机）
自定义 Modbus 帧格式（完整 7 字节）
- 格式：起始码 地址码 功能码 数据位1 数据位2 校验码 结束码
例下发指令：0xAA 0x01 0x01 0x00 0x42 0xEE 0xBB
- 起始码 0xAA、结束码 0xBB：标记一帧首尾，用于帧识别
- 地址码：区分多台并联从机
- 功能码：定义设备控制动作
- 数据位：携带控制参数（如蜂鸣器频率：1=200HZ、2=400HZ、3=600HZ、4=800HZ）
- 校验码：CRC 校验，校验整条指令数据正确性
主机 / 从机数据流向标识（功能码最高位）
- 功能码最高位 = 0：主机下发指令至从机
- 功能码最高位 = 1：从机向上回复应答数据； 从机收到指令后，修改功能码最高位、重新计算校验码，组装应答帧回传给主机