本連載共分6期，將介紹單片機(jī)外設(shè)功能的結(jié)構(gòu)及使用方法。本期學(xué)習(xí)的串行通信是單片機(jī)重要的作用之一，就是與單片機(jī)外部的外圍設(shè)備進(jìn)行信息交換。此時(shí)，串行通信起到非常重要的作用。 單片機(jī)與外圍設(shè)備的連接：并行和串行 單片機(jī)是嵌入式設(shè)備的“頭腦”，其與作為嵌入式設(shè)備的“手和腳”是各種外圍設(shè)備（輸入輸出設(shè)備等）連接。單片機(jī)應(yīng)該怎樣與這些外圍設(shè)備連接才好呢？比如，我們來(lái)考慮一下將傳感器與單片機(jī)連接的情況。如果使用本連載第1期中介紹的“GPIO”的話，從傳感器向單片機(jī)傳送8位信號(hào)時(shí)需要使用8個(gè)引腳。這種傳送模式被稱為并行（并行通信）模式（圖1―左）。但是，僅一個(gè)傳感器就需要連接8個(gè)引腳，確實(shí)太可惜了 ，是否還有連接更少的引腳就能達(dá)到同樣目的的方法呢？ 此時(shí)，可使用串行傳送模式（串行通信）。 “串行”的意思就是直列或直線。通過(guò)并行傳送模式(Parallerl Transferring Mode)中需要8個(gè)引腳才能實(shí)現(xiàn)的通信，在串行傳送模式(Serial Transfer Mode)中，由于可以以排成一直線的模式進(jìn)行傳送，所以僅需一個(gè)引腳就夠了（圖1―右）。由于在單片機(jī)內(nèi)部是通過(guò)并行模式來(lái)進(jìn)行信號(hào)交換，所以還需將通過(guò)串行模式傳送來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行模式（串行并行轉(zhuǎn)換）。相反，從單片機(jī)向與單片機(jī)串行連接的外圍設(shè)備傳送的信號(hào)也需要將信號(hào)從并行模式轉(zhuǎn)換為串行模式（并行串行轉(zhuǎn)換）。瑞薩電子的單片機(jī)RX63N是通過(guò)被稱為SCI（Serial Communication Interface，串行通信接口）的單元進(jìn)行這些轉(zhuǎn)換的。例如，使一個(gè)引腳對(duì)應(yīng)1位 的char型變量進(jìn)行信息交換的是并行通信(Parallel communication)，而一個(gè)引腳以時(shí)分（time division）按每1位進(jìn)行信息交換的就是串行通信(Serial Communication)。 由于串行連接僅使用少數(shù)引腳便可進(jìn)行，所以，近年來(lái)多被用于單片機(jī)和外圍設(shè)備之間的連接。GPIO除了用于將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的信號(hào)及 LED閃爍等軟件操作結(jié)果的信號(hào)輸出時(shí)以外，還被用于通過(guò)開(kāi)關(guān)或ON/OFF輸出的傳感器的輸入等。 通過(guò)UART便可簡(jiǎn)單地使用串行通信 由于電特性的不同，以及用于進(jìn)行通信協(xié)議的規(guī)定不同，串行通信具有多種方式，其中，最易于使用的應(yīng)該是“異步通信模式”了。僅需用信號(hào)線將單片機(jī)和外圍設(shè)備連接起來(lái)便可使用，所以在單片機(jī)與動(dòng)作監(jiān)視器用的終端之間進(jìn)行通信時(shí)、以及單片機(jī)與無(wú)線LAN用模塊進(jìn)行通信時(shí)使用。 在異步通信模式的串行通信狀態(tài)下，一字節(jié)的文字信息※1在“開(kāi)始位”（Start bit,意味著開(kāi)始發(fā)送）和“停止位”（Stop bit,意味著停止發(fā)送）之間發(fā)送（圖2）。由此，無(wú)需 I2C（Inter-Integrated Circuit，內(nèi)部集成電路）”及“SPI（Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口）”等時(shí)鐘信號(hào)線（但在其他的串行通信模式中這些時(shí)鐘信號(hào)線是必需的，以對(duì)發(fā)送和接收的時(shí)序進(jìn)行同步）。另外，還可追加用于檢查數(shù)據(jù)是否已正常發(fā)送的“奇偶校驗(yàn)位(Parity bit)※2”。 此通信方式所使用的通信用器件被稱為UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)器），在瑞薩電子的單片機(jī)--RX63N中內(nèi)置了支持此功能的SCI(串行通信接口)。 （※1）異步串行通信狀態(tài)下，一般都是從“最低有效位(LSB: Least Significant Bit),即最低二進(jìn)制數(shù)位”開(kāi)始進(jìn)行發(fā)送的。 （※2）奇偶校驗(yàn)位(Parity bit)：在發(fā)送時(shí)按一定量的數(shù)據(jù)（在SCI中為7位或8位）中所具有“1”（或“0”）的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)時(shí)定為“1”，為偶數(shù)個(gè)時(shí)定為“0”的奇偶校驗(yàn)位（使偶校驗(yàn)(Even Parity Check)、數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)位中所包括的“1”的數(shù)量成為偶數(shù)個(gè)的方法），并通過(guò)與接收側(cè)進(jìn)行校驗(yàn)，以檢測(cè)出數(shù)據(jù)通信中的錯(cuò)誤。反之，如果“1”（或“0”）的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)定為“0”，為偶數(shù)時(shí)定為“1”的方法被稱為奇校驗(yàn)(Odd Parity Check)。 圖２：異步串行通信 在異步通信中，能實(shí)現(xiàn)按“單片機(jī)→外圍設(shè)備”或“外圍設(shè)備→單片機(jī)”的方向確保數(shù)據(jù)信號(hào)專用的信號(hào)線時(shí)，被稱為全雙工通信。另一方面，將通過(guò)1根信號(hào)線來(lái)切換通信方向的方式稱為半雙工通信。全雙工方式時(shí)需要2根信號(hào)線，可同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。半雙工方式時(shí)僅需1根信號(hào)線，但必須在發(fā)送和接收之間進(jìn)行切換（圖3）。 圖3：全雙工通信和半雙工通信 嘗試向單片機(jī)和電腦之間進(jìn)行通信！ 下面，我們通過(guò)GR-SAKURA來(lái)試用樣本程序。本期我們?cè)囍ㄟ^(guò)可在電腦上運(yùn)行的終端軟件和GR-SAKURA之間進(jìn)行通信。也就是試用從終端軟件發(fā)送出“?”(半角問(wèn)號(hào))后就有“GR-SAKURA”的字符串被傳送回來(lái)的程序（圖4）。為了確認(rèn)該程序的動(dòng)作狀況，需在電腦上安裝終端軟件。如在Windows系統(tǒng)下可使用免費(fèi)軟件—TeraTerm，而在Mac系統(tǒng)下建議使用該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配備的軟件—Terminal。 該樣本程序使用了GR-SAKURA的櫻花程序庫(kù)“串行通信（Serial Class）”。該程序庫(kù)支持全雙工異步通信。 在程序的第8行中，對(duì)經(jīng)由USB的通信進(jìn)行設(shè)定。第13行的Serial.read()是用于設(shè)定在串行通信中讀取從電腦發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，在讀取“?”（半角問(wèn)號(hào)）時(shí)，就將“GR-SAKURA”字符串傳送回來(lái)。如果換作是GR-SAKURA中 所搭載的RX63N單片機(jī)來(lái)進(jìn)行處理的話，就是：SCI將電腦傳送來(lái)的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)，再由CPU對(duì)“?”進(jìn)行識(shí)別后判斷輸出“GR-SAKURA”字符串，之后 再通過(guò)SCI將并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)后發(fā)送到電腦上。 雖然只是非常簡(jiǎn)單的程序，但是由此便可實(shí)現(xiàn)在GR-SAKURA和電腦之間進(jìn)行文字信息的交換。本期我們介紹的是固定字符串，但也可發(fā)送GR-SAKURA的處理結(jié)果。請(qǐng)大家也作嘗試！ (僅英文版) 圖4：樣本程序：從Terminal輸入“?”后，將傳送回“GR-SAKURA”的信息。 ※//～為注釋符，不會(huì)影響程序的運(yùn)行 ※本程序僅用于說(shuō)明程序的原理，并不具有在實(shí)際使用時(shí)所需的對(duì)策。? (mbbeetchina)