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串口通信是计算机和外设之间最常用的通信方式之一。它采用串行数据传输，即数据按位依次传输，而不是并行传输多个位。串口通信具有连接简单、成本低廉的优点，支持全双工通信，可以同时发送和接收数据。由于其异步通信特性，不需要额外的时钟信号同步，因此在单片机、传感器、调制解调器等设备中得到广泛应用。
串口硬件结构主要包括标准的DB9接口和相关引脚。DB9接口有9个引脚，其中最重要的是TXD发送数据线、RXD接收数据线和GND信号地线。在连接两个设备时，需要采用交叉连接方式，即一端的TXD连接另一端的RXD，实现数据的正确传输。此外还有RTS、CTS等握手信号线，用于流量控制。这种设计支持全双工通信，允许设备同时发送和接收数据。
串口数据传输采用帧格式，每个数据帧由多个部分组成。首先是起始位，固定为逻辑0，用于标识数据帧的开始。接下来是5到8位的数据位，包含实际要传输的信息。然后是可选的校验位，用于错误检测，可以是奇校验、偶校验或无校验。最后是1到2位的停止位，固定为逻辑1，标识数据帧的结束。常用的配置如8-N-1表示8个数据位、无校验位、1个停止位。这种帧结构确保了数据传输的可靠性和同步性。
波特率是串口通信中的关键参数，表示每秒传输的位数。常用的波特率有9600、19200、38400、115200等。波特率越高，传输速度越快，但对硬件要求也越高。位时间等于波特率的倒数，例如9600波特率下每位传输时间约为104微秒。发送端和接收端必须使用完全相同的波特率，否则会导致数据接收错误。通常要求波特率误差小于5%，以确保通信的可靠性。时序同步是串口通信成功的基础。
流控制机制是串口通信中防止数据丢失的重要技术。当接收端的缓冲区即将满时，需要通知发送端暂停发送数据。硬件流控制使用RTS和CTS信号线，RTS表示请求发送，CTS表示清除发送。当接收端缓冲区满时，会拉低CTS信号，发送端检测到后停止发送。软件流控制则使用特殊字符XON和XOFF，XOFF字符通知发送端停止，XON字符通知恢复发送。这种机制确保了即使在高速传输时也不会因为缓冲区溢出而丢失数据。