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串行通信是微机接口的一个重要组成部分，有着极其广泛的应用。随着微机特别是单片机的发展，其应用已从单机逐渐转向多机或联网，而多机应用的关键又在微机通信。微机通信有串行和并行两种通信方式，并行通信可以提高数据交换速度而串行通信可以节省系统资源，降低系统成本。串行通信又分为同步串行通信和异步串行通信。本章将就串行通信进行详细讲述，末了还给出应用实例，力求反应目前串行通信的新技术和新发展。
串行通信的概念
并行通信和串行通信
在微机系统中，CPU 与外部的基本通信方式有两种：
并行通信——数据各位同时传送；
串行通信——数据一位位顺序传送。
图1 是这两种方式的示意图。一般快速设备之间采用并行通信，譬如CPU 与存储设备、存储器与存储器、主机与打印机等都采用并行通讯。并行通讯，有多少位数据就必须有多少根数据线，如下图是11 位数据就有11 根数据线。串行通信最少可以只需一根通信线，只发或只收。因而大大节省了系统资源，降低了系统成本。由于只用一根数据线，所以是以降低传送速度来换取资源的，它常用在传送距离远，速度要求不高的场合。
串行通信的传送方式
串行通信的传送方式通常有3 种：
一种为单向（或单工）配置，只允许数据向一个传送；
另一种是半双工配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站发送；
第三种传送方式是全双工配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备具有完整和独立的发送和接收能力。
图7-2 所示为串行通信中的数据传送方式。
异步通信和同步通信
串行通信进行数据传送时是将要传送的数据按二进制位，依据一定的顺序逐位发送到接收方。其有两种通信方式：
1、 异步通信
异步通信是我们最常采用的通信方式，我们后面的例子都是采用的异步通信方式。异步通信采用固定的通信格式，数据以相同的帧格式传送。如图7-3 所示，每一帧由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
在通信线上没有数据传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑“0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备，当接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据信号。因此，起始位所起的作用就是表示字符传送开始。
起始位后面紧接着的是数据位，它可以是5 位、6 位、7 位、或8 位。数据传送时，低位在前。
奇偶校验位用于数据传送过程中的数据检错，数据通信时通信双方必须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言，奇偶校验位是冗余位，但它表示数据的一种性质。也有的不要校验位。
在奇偶校验位或数据位后紧接的是停止位，停止位可以是一位、也可以是1.5 位或2 位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，同时，也为接收下一字符作好准备。若停止位后不是紧接着传送下一个字符，则让线路保持为“1”。“1”表示空闲位，线路处于等待状态。存在空闲位是异步通信的特性之一。
2、 同步通信
同步通信时，通信双方共用一个时钟，这是同步通信区分于异步通信的最显著的特点。在异步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以致占用了时间。所以在数据块传送时，为提高通信速度，常去掉这些标志，而采用同步通信。同步通信中，数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1～2 个），并由时钟来实现发送端和接收端的同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到一块数据传送完毕。同步传送时，字符之间没有间隙，也不要起始位和停止位，仅在数据开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式见图7-4。
同步通信和异步通信相比有以下特点：
1. 以同步字符作为传送的开始，从而使收发双方取得同步。
2. 每位占用的时间相等。
3. 字符数据之间不允许有空位，当线路空闲或没字符可发时，发送同步字符。
同步字符的插入可以是单同步字符或双同步字符，如图7-4 所示同步字符也可以由用户约定，当然也可以采用ASCII 码中规定的SYN 代码，即16H。
在同步传送时，要求用时钟来实现发送端和接收端之间的同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要传送同步时钟。
同步通信虽然可以提高传送速度，可达56Kb/s 或更高，但实现起来颇为复杂，因此实际较少使用。
波特率和接收发送时钟
1． 波特率（Baud rate）
波特率是指数据传送时，每秒传送数据二进制代码的位数，它的单位是位/秒（b/s）。1波特就是一位每秒。假设数据传送速率是每秒120 字符，而每个字符格式包括10 个代码位（1个起始位、一个终止位、8 个数据位），这时传送的波特率为：
10 × 120 = 1200b/s
位传送时间宽度Td＝波特率的倒数，则上式中的Td＝1/1200s＝0.883ms。
在异步串行通信中，接收设备和发送设备保持相同的传送波特率，并以每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位。数据位。奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致，这样才能成功的传送数据。
2.接收/发送时钟
二进制数据系列在串行传送过程中以数字信号波形的形式出现。不论接收还是发送，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。接收/发送时钟就是用来控制通信设备接收/发送字符数据速度的，该时钟信号通常由外部时钟电路产生。
在发送数据时，发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出；在接收数据时，接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，
接收/发送时钟频率与波特率有如下关系：
收/发时钟频率 ＝ n × 收/发波特率
n＝1，16，64
在同步传送方式，必须取n＝1，即接收/发送时钟的频率等于收/发波特率。在异步传送方式，n＝1,16,64,即可以选择接收/发送时钟频率是波特率的1,16,64 倍。因此可由要求的传送波特率及所选择的倍数n 来确定接收/发送时钟的频率。
例如，若要求数据传送的波特率为300Baud，则
接收/发送时钟频率＝300Hz （n＝1）
接收/发送时钟频率＝4800Hz （n＝16）
接收/发送时钟频率＝19.2kHz （n＝64）
接收/发送时钟的周期Tc 与传送的数据位宽之间的关系是：
Tc ＝ Td / n
若取n＝16,那么异步传送接收数据实现同步的过程如下：接收器在每一个接收时钟的上升沿采样接收数据线，当发现接收数据线出现低电平时就认为是起始位的开始，以后若在连续撤8 个时钟周期（因n＝16,故Td＝16Tc）内检测到接收数据线仍保持低电平，则确定它为起始位（不是干扰信号）。通过这种方法，不仅能够排除接收线上的噪声干扰，识别假起始位，而且能够相当精确的确定起始位的中间点，从而提供一个正确的时间基准。从这个基准算起，每隔16Tc 采样一次数据线，作为输入数据。一般来说，从接收数据线检测到一个下降沿开始，若其低电平能保持n/2Tc（半位时间），则确定为起始位，其后每隔nTc 时间（一个数据时间）在每个数据位的中间点采样。
由此可见，接收/发送时钟对于收/发双方之间的数据传输达到同步是至关重要的。