什么是并行通信、串行通信？什么是全双工、半双工、单工？什么是异步通信、同步通信？什么是RS232、RS485？什么是pwm？-编程知识

这篇文章主要讲一下单片机中的通信相关的内容

主要讲一下以下5个问题：

1.什么是并行通信、串行通信？
2.什么是全双工、半双工、单工？
3.什么是异步通信、同步通信？
4.什么是RS232、RS485？
5.什么是pwm？

什么是并行通信、串行通信？

嵌入式系统中的通信是指两个或两个以上的主机之间的数据互交，这里的主机可以是计算机也可以是嵌入式主机，甚至可以是芯片。主机间通信的方式一般可以分为两类：并行通信和串行通信。
并行通信是指多个比特同时通过并行线进行传输，这种方式的传输速率较高，但会占用大量的芯片资源；
串行通信是指将数据拆分成一个个比特，按照先后次序在一根总线上进行发送，串行通信有着系统占用资源少，结构简单等优点，是主机间通信的常用方式。
串口通信(Serial Port)是串行通信的一种，属于串行通信中的异步通信。我们经常听到的RS232、RS485、RS422都是串行通信。
作为常用的串行通信方式，以TTL为例，串口通信在不同主机之间的数据格式为：
在这里插入图片描述

1.空闲时数据线为高电平；
2.发送发发送一个低电平表示起始位；
3.发送的第一个比特是最低为(最右边);
4.校验位分为奇校验，偶校验和无校验。奇偶校验时数据位1的格式为奇数或者偶数时对应的奇偶校验位为1；
5.为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来，校验位之后发送一个停止位1。

什么是全双工、半双工、单工？

单工模式(Simplex Communication)：主机间通信时如果一方固定为发送端另外一方固定为接收端，通过一根总线实现数据通信。这种通信方式就像是你只能听别人说话，但无法回答他们一样，只能单向传递信息。
半双工通信(Half-Duplex Communication)是一种通信方式，其中数据传输可以在两个方向之间交替进行，但不能同时进行。换句话说，通信双方可以既发送数据又接收数据，但不能同时进行这两种操作。比方说，就像你可以和别人交替说话和倾听对方说话一样。当你在说话时，对方在听你说；当对方在说话时，你在倾听对方。这种方式允许双方之间在发送和接收数据之间切换，但不能同时进行。半双工通信常用于对话式交流和一些简单的通信场景中。
全双工通信(Full-Duplex Communication)是一种通信方式，其中数据传输可以同时在两个方向进行，允许通信双方同时发送和接收数据，实现双向通信。就像打电话一样，你可以同时说话也可以听对方说话，双方可以同时进行数据传输，实现双向沟通。

什么是异步通信、同步通信？

串口通信时，收发双方的波特率必须是事先约定好的，否则数据传输就会出现混乱。
很明显，为保证每个比特占用数据线的时间，发送方和接收方需按照各自的系统计时且双方之间的误差不能太大。通常不能超过(6%)。这种双方各自“计时”的方式称为异步。就好比在打字一样，每次敲击键盘发送一个字母，速度快慢由打字者自己控制，没规定每敲击一个字母之间要等多久，只要保证接收端能够正确识别并解析即可。
同步通信设备之间除了**有数据线以为还有一条时钟线(SDA和SCL)。其中SCL就是时钟线(serial clock)。**发送方负责控制时钟线的变化，每发送一个比特，都需要将时钟线按照规则进行改变。就好比在合唱团里，大家一起唱歌的节奏是由指挥员指挥的，每个人都按照指挥员的节奏唱歌，保证大家唱的是同一首歌且节奏一致。这种通信方式就称为同步通信。譬如IIC、SPI等。

什么是RS232、RS485？

RS232

RS-232标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(Electronic Industry Association，EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。
RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。
RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。
传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。具体通讯距离还与通信速率有关，例如，在9600pbs时，普通双绞屏蔽线时，距离可达30-35米。
特点：
（1）信号线少
RS-232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线（接收线、发送线和信号线）能实现简单的全双工通信过程。
（2）灵活的波特率选择
RS-232规定的标准传送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s，可以灵活地适应不同速率的设备。对于慢速外设，可以选择较低的传送速率：反之，可以选择较高的传送速率。
（3）采用负逻辑传送
规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。 选用该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V，接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”，将低到-3 V的信号作为逻辑“1”。
（4）传送距离较远
由于RS -232采用串行传送方式，并且将微机的TTL电平转换为RS-232C电平，其传送距离一般可达30 m。若采用光电隔离20 mA的电流环进行传送，其传送距离可以达到1000 m。另外，如果在RS-232总线接口再加上Modem，通过有线、无线或光纤进行传送，其传输距离可以更远。
（5）两种物理接口
RS - 232接口的一种连接器是DB - 25的25芯插头座，通常情况下插头在DCE端，插座在DTE端。
缺点：
（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。
（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。

RS485

RS485电气标准共经历了RS232和RS422两种标准的发展，它继承了RS422绝大部分的特点，并且还具备RS232所不具有的联网功能。相比于另外两种标准，RS485标准的设备性能得到了极大的提高。其一个驱动器的驱动能力至少可以驱动32个接收器，阻抗越高，可驱动的接收器数量越多。一般情况下，各个设备只有在进行数据传输时才会导通线路驱动器，并且在其高阻抗状态下，驱动器会停止工作，以保证其他设备能进行正常数据传输。
特点：
（1） RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+2V—+6 V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-2V— -6V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
（2）RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
（4）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

什么是pwm？

PWM叫做脉冲宽度调制（Pulse-width modulation），是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式；
在这里插入图片描述
由上图可知，脉冲宽度调制使用一个脉冲宽度会被调制的方波，并且波型的平均值会有所变化。
一个周期为O的脉冲波，低值为0，高值为1，则占空比(duty cycle)就是高值：低值。
图中存在三种占空比状态，25%，50%和75%占空比状态。