UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种异步、全双工的串行通信接口，常用于微控制器与计算机、其他微控制器或外部设备之间的数据交换，下图是UART通信所需的信号线，其中Tx用于发送数据，Rx用于接受数据。
串行通信和并行通信：
- 串行通信：数据逐位（bit-by-bit）依次通过单一通信线路传输。例如：UART、SPI、$$I^2C$$ 等协议均采用串行方式。
- 并行通信：多个数据位（如8位）同时通过多条并行的物理线路传输。例如：51单片机通过P0端口连接外部存储器时，使用8根数据线并行传输数据。
单工通讯和双工通信：
- **单工通信：**只允许数据在一个方向上传输，即数据只能从发送端传输到接收端，接收端无法向发送端传输数据。简单来说，就是一种“单向”通信模式，可以类比电视广播。
- 双工通信：允许数据在两个方向上传输，其下又分为两种类型：半双工和全双工。
- **半双工通信：**允许数据在两个方向上传输，但不能同时进行。在任何时刻，数据只能在一个方向上传输。这意味着通信的两端可以轮流发送和接收数据，但不能同时进行。可以类比对讲机。
- **全双工通信：**允许数据同时在两个方向上传输。这种通信方式最为高效，因为它允许通信双方同时发送和接收数据，可以类比电话。
同步通讯和异步通讯：
- 同步通讯：
- 通信双方使用同一个时钟信号来同步数据的发送和接收。
- 发送方和接收方必须在时钟信号的驱动下严格同步，确保数据在正确的时刻被采样。
- 异步通讯：
- 通信双方没有共享的时钟信号，而是通过起始位和停止位来同步数据传输。
- 发送方和接收方使用各自的时钟（波特率）进行通信，但需要预先约定相同的波特率。
UART通信协议：
数据格式：
在UART通信中，数据是逐帧（Frame）发送的，每个数据帧通常包括起始位、数据位、校验位（可选）和停止位，具体结构如下图所示。
空闲状态
- 协议规定，在空闲状态下，也就是没有数据传输时，应为高电平。
起始位
- 起始位表示一个数据帧的开始，起始位为低电平（区别于空闲状态）。
数据位
- 传输的主体内容，位于起始位之后，长度可以是5到9位，一般都是8位。低电平表示0，高电平表示1。
校验位（可选）
- 用于校验当前帧的正确性，校验算法可以是奇校验或偶校验。
- 奇校验（odd parity）：如果数据位中1的数目是偶数，则校验位为1，如果1的数目是奇数，校验位为0，目的是保证数据位+校验位中的1的总个数是奇数。
- 偶校验（even parity）：如果数据位中1的数目是偶数，则校验位为0，如果1的数目为奇数，校验位为1，目的是保证数据位+校验位中的1的个数是偶数。
停止位
- 停止位表示数据帧的结束，通常为1位或2位，停止位为高电平。
发送方和接收方的约定：
- 波特率
- 波特率（Baud Rate）用于表示数据的传输速率，发送方和接收方必须约定好传输速率，才能保证数据被正确的发送和接收。
- 需要注意波特率（Baud Rate）和比特率（Bit Rate）的区别，比特率表示每秒传输的位（bit）数，而波特率表示每秒传输的符号（symbol）数。但是串口通信中，只有0和1这两个符号，因此1个符号用1位就能表示，所以此处的波特率和比特率是等价的。
- 解释：二进制符号只有0和1，所以符号和位数一样，四进制中符号有0、1、2、3，但是符号0转化为位数是00，符号1转化为位数是01，符号2转化为位数是10，符号3转化为位数是11，所以说比特率=波特率×log2(M)M 是调制方式中每个符号可以表示的比特数，也可以理解成是进制数，如果是四进制，M就等于4
- 数据位
- 发送方和接收方需要明确数据位的位数。
- 校验位
- 发送方和接收方需要明确是否有校验位，如果有，需要明确校验算法是哪个。
- 停止位
- 发送方和接收方需要明确停止位的位数。
- 波特率
配置串口通信：
- 选择串口工作模式
- 设置波特率
- SMOD 控制位
- 定时器配置
- 定时器工作模式
- 定时器初始值
- 启动定时器
- 串口接收相关配置
- 启动串口中断
定时器：
- 工作原理：是使用一个 n 位的脉冲计数器，对时钟信号的脉冲进行计数，每个脉冲加 1 ，当脉冲计数器达到最大值 $$2^n$$ 时，也就是溢出时，触发定时器中断，然后会执行对应的中断服务程序。
- 影响定时的时间的因素：
- 脉冲计数器的位数
- 脉冲计数的初始值
- 时钟信号的频率
- 定时器使用说明：
- 启用定时器中断
- 选择定时器工作模式
- 设置脉冲计数器初始值
- 启动定时器
- 定义中断服务程序
IIC协议介绍：
IIC（Inter-Integrated Circuit），通常简称为IIC，是一种用在集成电路（IC）之间的串行通信总线。
IIC为同步串行通信，使用两根线路进行通信，分别是数据线（SDA）和时钟线（SCL），SDA线用于数据传输，SCL线用于数据传输的同步。SCL的每个时钟周期，SDA传输一位数据。
IIC规定：数据的接收方会在每个时钟周期的高电平期间读取数据，具体来讲就是在SCL处于高电平时，读取SDA上的数据。
- 因此，SDA必须在SCL低电平期准备好要发送的下一位数据，然后在SCL高电平期间保持稳定。
IIC主从架构：
IIC采用主从架构，一个主设备可连接多个从设备。主设备负责发起通信和控制总线，而从设备负责响应主设备的请求。如下图所示。
IIC总线中的每个从设备都有一个唯一的地址（用7位二进制数字表示），用于在总线上标识自己。主设备可以根据地址选择性的与特定的从设备进行通信。
需要注意的是，SCL信号线上的时钟信号始终由主设备产生，而SDA信号线上的数据信号既可由主设备产生，也可由从设备产生。当主设备向从设备发送数据时，SDA信号由主设备产生，从设备接收信号；当主设备从从设备读取数据时，SDA信号由从设备产生，主设备接收信号
IIC通讯协议：
空闲状态：
- IIC协议规定，当SDA和SCL均为高电平时，总线为空闲状态。
起始和结束信号：
主设备和从设备间的每次通信，都需要以一个起始信号开始，以一个结束信号终止。起始信号和结束信号的定义如下：
起始信号：当SCL处于高电平时，SDA由高变低。
停止信号：当SCL处于高电平时，SDA由低变高。
注意：起始信号和结束信号，都只能由主设备产生。
确认信号：
IIC协议规定：发送方每发送一个字节（8位）的数据，接收方都要向发送方回复一个1位的确认信号。
- 如果该确认信号为 0 表示接收方已成功接收到该字节，发送方可继续发送下一字节，这个信号在IIC协议中称为
ACK（Acknowledge）；如果该信号为 1 ，则表示接收方未能成功接收到该字节，或者不希望接收更多数据，该信号在$$I^2C$$协议中称为NACK（Not Acknowledge）。
- 如果该确认信号为 0 表示接收方已成功接收到该字节，发送方可继续发送下一字节，这个信号在IIC协议中称为
从机地址和读写标识：
由于一个$$I^2C$$总线上可能有多个从设备，所以开始通信前，主设备需要先与目标设备取得联系，然后再进行数据传输，除此之外，主机还需要向目标设备明确本次通信的操作是写数据还是读数据。（是以主机为角度）
上述操作的实现思路如下：
当主设备发送起始信号之后，会向所有设备发送一个字节的数据，这一个字节中，前7位为目标设备地址，第8位为读/写标识（1表示读，0表示写），如下图所示：
当各从设备收到这个字节的数据后，会将7位地址与自身进行对比，相同则会向主设备回复确认信号，不相同则不做任何回应。
当主设备收到目标设备的确认信号后，便会开始与该设备进行通信。
完整通信流程：
- 发送起始信号
- 发送目标从设备地址+读写标识位
- 接收从设备回复的确认信号
- 与从设备进行数据传输（发送/接收）
- 发送终止信号
IIC协议–EEPROM：
- 概述：EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器）是一种非易失性存储器（断电后仍能保留数据），可以多次写入和擦除数据。
IIC协议–OLED模块：
- OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）显示屏由许多微小的发光二极管构成，每个发光二极管就对应着屏幕上的一个像素，通过控制二极管的亮灭就能在屏幕上显示图像或文字。
- 按照驱动方式划分，OLED显示屏分可分为两类，分别是PMOLED（Passive Matrix，被动矩阵）和AMOLED（Active Matrix，主动矩阵）。
- PMOLED的驱动方式和前文的LED点阵类似，每次只能点亮一行或者一列，需要快速的逐行或者逐列扫描来显示内容。(动态扫描)
- AMOLED屏幕上的每个像素点都有一个单独的控制电路，可以独立进行控制。