本連載共分6期，將介紹單片機外設(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重要的作用之一，就是與單片機外部的外圍設(shè)備進(jìn)行信息交換。此時，串行通信起到非常重要的作用。 單片機與外圍設(shè)備的連接：并行和串行 單片機是嵌入式設(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。單片機應(yīng)該怎樣與這些外圍設(shè)備連接才好呢？比如，我們來考慮一下將傳感器與單片機連接的情況。如果使用本連載第1期中介紹的“GPIO”的話，從傳感器向單片機傳送8位信號時需要使用8個引腳。這種傳送模式被稱為并行（并行通信）模式（圖1―左）。但是，僅一個傳感器就需要連接8個引腳，確實太可惜了 ，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，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。通過并行傳送模式(Parallerl Transferring Mode)中需要8個引腳才能實現(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，所以僅需一個引腳就夠了（圖1―右）。由于在單片機內(nèi)部是通過并行模式來進(jìn)行信號交換，所以還需將通過串行模式傳送來的信號轉(zhuǎn)換為并行模式（串行并行轉(zhuǎn)換）。相反，從單片機向與單片機串行連接的外圍設(shè)備傳送的信號也需要將信號從并行模式轉(zhuǎn)換為串行模式（并行串行轉(zhuǎn)換）。瑞薩電子的單片機RX63N是通過被稱為SCI（Serial Communication Interface，串行通信接口）的單元進(jìn)行這些轉(zhuǎn)換的。例如，使一個引腳對應(yīng)1位 的char型變量進(jìn)行信息交換的是并行通信(Parallel communication)，而一個引腳以時分（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，近年來多被用于單片機和外圍設(shè)備之間的連接。GPIO除了用于將驅(qū)動電機的信號及 LED閃爍等軟件操作結(jié)果的信號輸出時以外，還被用于通過開關(guān)或ON/OFF輸出的傳感器的輸入等。 通過UART便可簡單地使用串行通信 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。僅需用信號線將單片機和外圍設(shè)備連接起來便可使用，所以在單片機與動作監(jiān)視器用的終端之間進(jìn)行通信時、以及單片機與無線LAN用模塊進(jìn)行通信時使用。 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“開始位”（Start bit,意味著開始發(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）”等時鐘信號線（但在其他的串行通信模式中這些時鐘信號線是必需的，以對發(fā)送和接收的時序進(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--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”開始進(jìn)行發(fā)送的。 （※2）奇偶校驗位(Parity bit)：在發(fā)送時按一定量的數(shù)據(jù)（在SCI中為7位或8位）中所具有“1”（或“0”）的個數(shù)為奇數(shù)個時定為“1”，為偶數(shù)個時定為“0”的奇偶校驗位（使偶校驗(Even Parity Check)、數(shù)據(jù)及奇偶校驗位中所包括的“1”的數(shù)量成為偶數(shù)個的方法），并通過與接收側(cè)進(jìn)行校驗，以檢測出數(shù)據(jù)通信中的錯誤。反之，如果“1”（或“0”）的個數(shù)為奇數(shù)時定為“0”，為偶數(shù)時定為“1”的方法被稱為奇校驗(Odd Parity Check)。 圖２：異步串行通信 在異步通信中，能實現(xiàn)按“單片機→外圍設(shè)備”或“外圍設(shè)備→單片機”的方向確保數(shù)據(jù)信號專用的信號線時，被稱為全雙工通信。另一方面，將通過1根信號線來切換通信方向的方式稱為半雙工通信。全雙工方式時需要2根信號線，可同時進(jìn)行發(fā)送和接收。半雙工方式時僅需1根信號線，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 嘗試向單片機和電腦之間進(jìn)行通信！ 下面，我們通過GR-SAKURA來試用樣本程序。本期我們試著通過可在電腦上運行的終端軟件和GR-SAKURA之間進(jìn)行通信。也就是試用從終端軟件發(fā)送出“?”(半角問號)后就有“GR-SAKURA”的字符串被傳送回來的程序（圖4）。為了確認(rèn)該程序的動作狀況，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“串行通信（Serial Class）”。該程序庫支持全雙工異步通信。 在程序的第8行中，對經(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)送過來的數(shù)據(jù)，在讀取“?”（半角問號）時，就將“GR-SAKURA”字符串傳送回來。如果換作是GR-SAKURA中 所搭載的RX63N單片機來進(jìn)行處理的話，就是：SCI將電腦傳送來的串行信號轉(zhuǎn)換為并行信號，再由CPU對“?”進(jìn)行識別后判斷輸出“GR-SAKURA”字符串，之后 再通過SCI將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號后發(fā)送到電腦上。 雖然只是非常簡單的程序，但是由此便可實現(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，不會影響程序的運行 ※本程序僅用于說明程序的原理，并不具有在實際使用時所需的對策。? (mbbeetchina)