串口介绍
一、引言
串行接口（Serial Port），简称串口，是计算机与外部设备或其他计算机之间进行数据交换的一种通信接口。与并行通信相比，串行通信通过一条或几条信号线按顺序传输数据，具有接口简单、传输距离长等优点。串口在计算机历史中占据了重要位置，即便在今天，许多工业控制系统、嵌入式系统和实验室设备中仍广泛使用。了解串口的基本概念及其硬件和软件实现，对于学生和初级硬件工程师来说，是迈向专业领域的重要一步。
二、串口的基础知识
1. 串口的定义和基本原理
串行接口是一种逐位传输数据的通信方式，通常由发送器、接收器和通信通道组成。数据在通信通道中以串行方式传输，即一位一位依次传输，而不是并行接口那样同时传输多个数据位。串行通信可以在更长的距离上保持较高的数据完整性，适合在较远距离上传输数据。
2. 串口的历史和发展
串行通信技术起源于电报通信系统。随着电子技术的发展，计算机串口标准逐渐确立，最著名的是RS-232标准。20世纪80年代，RS-232广泛应用于个人计算机和外设之间的通信。尽管如今USB等新型接口逐渐取代了串口在一些应用中的地位，但串口因其稳定性和简单性，仍在许多领域中被广泛使用。
3. 串口的常见应用场景
串口被广泛应用于各种场景，包括但不限于：
- 工业控制系统：如PLC（可编程逻辑控制器）与传感器、执行器之间的通信
- 嵌入式系统：如单片机与外围设备的通信
- 调试与监控：如通过串口调试助手进行系统调试
- 医疗设备：如心电图机等医疗仪器的数据传输
三、硬件介绍
1. 串口接口和类型
串口接口的基本结构
串口接口通常包括数据发送线（TXD）、数据接收线（RXD）、地线（GND）以及其他控制线（如RTS、CTS等）。
常见的串口类型
-
TTL（Transistor-Transistor Logic）：常用于嵌入式系统和单片机，电压范围通常为0V和5V或3.3V。TTL电平信号直接由微控制器或数字电路产生，适用于短距离、低速率通信，常用于微控制器开发和调试，如Arduino与传感器之间的通信。
-
RS-232：最经典的串口标准，适用于短距离、低速率通信。典型电压范围为±12V，最大传输距离约为15米。RS-232采用不平衡传输方式，即单端传输，容易受到电磁干扰，适用于点对点通信，常用于计算机和外部设备之间的