單片機(jī)常用接口通信技術(shù)研究

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)融入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，人們的生產(chǎn)生活中越來越依賴科技產(chǎn)品。尤其是當(dāng)前，很多電子產(chǎn)品已經(jīng)逐漸向智能化發(fā)展，這給人們的生產(chǎn)和生活帶來了巨大的改變。而其中單片機(jī)就是一種典型的智能產(chǎn)品。在通信領(lǐng)域，它可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼來控制各種產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信。通常我們所說的單片機(jī)通信技術(shù)主要是指遠(yuǎn)紅外通信技術(shù)、串口通信技術(shù)以及I2C總線通訊技術(shù)。另外，隨著工業(yè)化、機(jī)械化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，單片機(jī)作為一種常用的電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)在的單片機(jī)不僅體型小、儲(chǔ)存量大，而且操作簡(jiǎn)單更加智能化。本文系統(tǒng)的介紹單片機(jī)的通信技術(shù)和組裝技術(shù)，旨在為加強(qiáng)通信技術(shù)領(lǐng)域中單片機(jī)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)通信技術(shù);紅外線通信;串口通信

（一）單片機(jī)簡(jiǎn)單介紹

眾所周知，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給人類的生產(chǎn)和生活帶來了革命性的改變，當(dāng)前的社會(huì)已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)。但是第一臺(tái)圖靈計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，并沒有立即對(duì)人類的生產(chǎn)和生活帶來了巨大影響。最初的計(jì)算機(jī)體系龐大，使用十分不方便，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诓粩鄬?duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，計(jì)算機(jī)的體積變得越來越小。例如世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生時(shí)，它的體積有整棟房子的大小。如今我們所見到的計(jì)算機(jī)、筆記本都十分的小巧，方便攜帶和使用。然而在一些特殊的工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，我們還希望計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)一步的發(fā)展，體積進(jìn)一步變小，單片機(jī)是在這種背景下產(chǎn)生的。從本質(zhì)上講，單片機(jī)就是一種微型的計(jì)算機(jī)，它是將計(jì)算機(jī)的基本功能集合在一個(gè)芯片上在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮作用。在一些工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)小額體積的計(jì)算機(jī)需求越來越旺盛，利用單片機(jī)就可以對(duì)設(shè)備發(fā)揮控制的作用，目前的很多生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，都需要小巧簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)才能夠?qū)崿F(xiàn)一些功能，此時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求并不是很高，僅僅利用單片機(jī)就可以這些這些目的。到今天單片機(jī)設(shè)備得到了巨大的發(fā)展和改變，我們常見的單片機(jī)設(shè)備有51、52系列，每個(gè)系列當(dāng)中都包含很多型號(hào)，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了迅速發(fā)展。

（二）單片機(jī)通信接口技術(shù)簡(jiǎn)介

在學(xué)習(xí)和研究單片機(jī)通信接口過程中，采用有效的方式會(huì)更加清楚直觀的說明問題，通常我們會(huì)選擇一種單片機(jī)作為教學(xué)和研究的具體對(duì)象。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前的單片機(jī)數(shù)量和種類較多。我們可以根據(jù)實(shí)際需要合理選擇各種單片機(jī)的型號(hào)。雖然不同的單片機(jī)接口的位置、形狀、大小都有所不同，但是從總體上講，單片機(jī)的接口功能基本上不會(huì)有太大的變化，只是接口的位置有可能改變。這樣在實(shí)際研究過程中，我們就可以借助一些技術(shù)和設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，還需要用到一些軟件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編譯，很多控制程序都需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編寫，這些程序編好以后會(huì)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，通過模擬就可以清楚地知道每一個(gè)單片機(jī)接口的功能，從而有助于人們更好的開展研究。

在當(dāng)今的社會(huì)，人的生產(chǎn)生活已經(jīng)徹底離不開科學(xué)技術(shù)的支持，很多電子產(chǎn)品景越來越朝著智能化、微型化的方向邁進(jìn)。例如工業(yè)機(jī)器人、智能家居、智能駕駛及“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)，對(duì)人們的生產(chǎn)和生活以及工作方式都產(chǎn)生了革命性的改變。在這種大背景下，單片機(jī)迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇，特別是在智能化的通信領(lǐng)域。我們有必要加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用分析研究，才能保證單片機(jī)能夠與周圍的各種設(shè)備進(jìn)行有效通信。

（一）紅外通信技術(shù)

作為一種常用的通訊方式，紅外線通信技術(shù)具有價(jià)格便宜、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其主要原理是利用紅外線的發(fā)射和接收技術(shù)達(dá)到對(duì)各種設(shè)備的無線控制。紅外線是一種波長(zhǎng)在在750nm到1mm之間的電磁波。例如對(duì)一個(gè)遙控器來說，它是由鍵盤、單片機(jī)震蕩器、紅外遙控器以及發(fā)光二極管組成。在實(shí)際使用時(shí)人們?cè)阪I盤上按下相應(yīng)的指令后，震蕩器就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)。單片機(jī)對(duì)人們使用鍵盤的按鍵狀態(tài)進(jìn)行分析，按照鍵盤接收到的信息調(diào)整控制發(fā)光二極管的工作狀態(tài)，紅外線接收器接收到紅外線信號(hào)，就可以借助單片機(jī)的功能翻譯成各種控制設(shè)備的信號(hào)。由于紅外線電磁波無法穿透各種物體，因此在實(shí)際使用過程中不能被遮擋。最后，在一般情況下電子產(chǎn)品中的紅外線的組不同，在同一房間內(nèi)電子產(chǎn)品使用不會(huì)造成干擾。紅外線接口可以使用單片機(jī)普通I/O端口，使用相應(yīng)的程序掃描端口，這樣就可以使整個(gè)設(shè)備的成本降低，電路較為簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。在目前的電子家居產(chǎn)品當(dāng)中使用十分廣泛。

（二）I2C總線通信技術(shù)

12C總線是由飛利浦公司開發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制同步串行總線。在工作時(shí)僅僅需要兩根線就可以連接在總線上的器件之間進(jìn)行信息傳遞。其中主件的功能是啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件在總線上主和從、發(fā)和收的關(guān)系不是恒定的，而是由數(shù)據(jù)傳送的方向決定。假如主機(jī)有數(shù)據(jù)要發(fā)送到從器件，那么主機(jī)必須要尋址從器件，然后才能將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇钠骷?，傳輸結(jié)束以后主機(jī)能夠終止數(shù)據(jù)的傳輸。同時(shí)主機(jī)需要接收從器件的數(shù)據(jù)時(shí)，同樣也需要尋址從器件，此時(shí)才可以接收到從器件發(fā)出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收完畢以后由主機(jī)發(fā)出終止數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)。在這種情況下主機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生定時(shí)時(shí)鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。我們還有可以看出12C總線中只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線，不需要其他特殊的接口電路。SCL（串行時(shí)鐘線）和SDA（串行數(shù)據(jù)線）都是雙向I/O線，這時(shí)代接口電路輸出是開漏，通過上拉電阻才能接電源VCC。12C總線從根本上精簡(jiǎn)了硬件電路PCB具體布線，使本系統(tǒng)成本大大降低了，系統(tǒng)的可靠性能也大幅度提高，在單片機(jī)中用兩只IO端口分別作為時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA，利用單片機(jī)的內(nèi)部程序?qū)蓚€(gè)端口實(shí)施控制，以便于對(duì)12C總線上的各種設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。具體包括啟動(dòng)、器件導(dǎo)址、應(yīng)答、停止以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔襟E的調(diào)控，從面對(duì)12C總線上的器件進(jìn)行通信。在單片機(jī)電路的應(yīng)用過程中，24C08系列存儲(chǔ)器的功能發(fā)揮主要依靠12C總線控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的12C總線是一個(gè)真正的名主機(jī)總線，假如兩個(gè)或者多個(gè)主機(jī)同時(shí)進(jìn)行初始化數(shù)據(jù)傳輸，能夠利用沖突決策和仲裁的方式來避免數(shù)據(jù)破壞，每一個(gè)連接到總線上的器件的地址都是唯一的，每一個(gè)器件都可以作為主機(jī)的從器件，而總線上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。

（三）串口通信技術(shù)

串口通信主要是指在通信室設(shè)備按位（bit）發(fā)送和接收二進(jìn)制數(shù)據(jù)的通信方式，單片機(jī)用串口RXD、RXD端口、地線和其它設(shè)備串口進(jìn)行通信。串口通信采用異步的方式，在同一根線上可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，因此是在實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，使用的數(shù)據(jù)線較少，給企業(yè)節(jié)約了通信成本。但是它的傳輸速度并沒有因此而降低。另外，創(chuàng)投通信技術(shù)中涉及到的主要參數(shù)有波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)以及數(shù)據(jù)位等。只有兩個(gè)端口的參數(shù)匹配，單片機(jī)和其他通信設(shè)備才能夠按照人們的設(shè)計(jì)進(jìn)行通信。在目前的實(shí)踐中常用的串口通信方式有RS-232C、RS-485等。

（1）上位機(jī)PC和單片機(jī)的通信

在串口通信技術(shù)運(yùn)營(yíng)過程中，上飛機(jī)和下飛機(jī)是兩個(gè)十分重要的組成部分。上位機(jī)可以對(duì)計(jì)算機(jī)直接發(fā)出命令進(jìn)行控制。下飛機(jī)則是控制設(shè)備并且收集設(shè)備的運(yùn)行狀況的控制器，如單片機(jī)。在運(yùn)行時(shí)上位機(jī)可以發(fā)出指令給下位機(jī)，下位機(jī)接受到上位機(jī)的命令后，對(duì)，設(shè)各種設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，并且主動(dòng)采集設(shè)備運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)。及時(shí)反饋給上位機(jī)。這樣上位機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。在其工作屏幕上會(huì)顯示出各種差數(shù)據(jù)變化信號(hào)。如溫度的上升、水位的變化以及設(shè)備的工作狀態(tài)等。另外。因?yàn)樯衔粰C(jī)PC串口的電平與單片機(jī)串口的邏輯電平不一樣，二者之間無法直接相連，想要使用就需采用RS-232C接口芯MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232不僅解決了電平匹配的問題，而且還能夠大幅度增加通信距離。但是假如想要達(dá)到更高的通訊速率和通信距離，可以通過RS-485接口和MAX485驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)。某些電腦上可能沒有串口接口。只是就需要借助USB轉(zhuǎn)串口連接器來達(dá)到上位機(jī)和單片機(jī)串口的連接通訊。上位機(jī)可以通過VB、C#等編程語(yǔ)言編寫上位機(jī)程序，上飛機(jī)的操作界面方便簡(jiǎn)單。下位機(jī)能夠使用C語(yǔ)言編程，把連接單片機(jī)的所有傳感器采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)就可以準(zhǔn)確掌控設(shè)備和各種數(shù)據(jù)控制終端的運(yùn)行狀態(tài)。上位機(jī)PC和單片機(jī)的通信，上位機(jī)圖形介面操作簡(jiǎn)單直觀，但不使于移動(dòng)，常使用于設(shè)備相對(duì)固定的場(chǎng)臺(tái)。

（2）藍(lán)牙設(shè)備和單片機(jī)的通信

藍(lán)牙通信技術(shù)是一種低功耗、低成本無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)PDA、電話、筆記本電腦、無線耳機(jī)、相關(guān)外設(shè)等設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線信息交換。一般情況下，在十米之內(nèi)的設(shè)備都會(huì)支持。正因?yàn)槠錈o線連接的優(yōu)點(diǎn)，給人們省去了連接線路的麻煩，而且操作簡(jiǎn)單、迅速，受到人們的青睞。目前，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟，在消費(fèi)類電子無線通信、和汽車電子以及工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。類電子和汽車電子以及工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。藍(lán)牙接收集成電路由和射頻（RF）、基帶（BB）和鏈路管理（LM）構(gòu)成。在單片機(jī)終端采用藍(lán)牙接收集成模塊常有四個(gè)接線端，兩個(gè)端口接電源，通信端口中RXD與單片機(jī)TXD相連，通信端口中TXD與單片機(jī)RXD相連，即讀寫端應(yīng)交義連接。在單片機(jī)端還應(yīng)編寫程序控制藍(lán)牙集成電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和藍(lán)牙集成電路的通信。由于藍(lán)牙可以無線通信，最常應(yīng)用于移動(dòng)終的控制，如智能家居中手機(jī)終端的APP軟件通過藍(lán)牙功能，可以連接到藍(lán)牙集成電路中，藍(lán)牙集成電路的串口可以將信息傳送到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)終端可以直接對(duì)單片機(jī)及控制電路進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)藍(lán)牙和單片機(jī)的串口間的通信，常用于智能家居的控制。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化、智能化，速度越來越快，單片機(jī)有著更廣闊的發(fā)展空間，再加上新型傳感器的出現(xiàn)，新技術(shù)革命的變革促使單片機(jī)通信技術(shù)日新月異。因此我們只有不斷加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)通信技術(shù)的研究，才能夠在具體的實(shí)踐中社會(huì)提供更加穩(wěn)定、傳輸速率更好，性價(jià)比更高的單片機(jī)通信技術(shù)產(chǎn)品。

[1]單片機(jī)技術(shù)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用策略研究[J].黎佩偉.電腦知識(shí)與技術(shù).2019（31）.

[2]基于單片機(jī)的安全守護(hù)預(yù)警器設(shè)計(jì)[J].徐興，傅凱.電子制作.2020（01）.

趙新岳（1981年3月-），女，漢，山東棗莊人，碩士學(xué)位，棗莊職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：電子通信，電氣自動(dòng)化。