本节简要概括了串行通信中的通常使用的相关基本概念，为学习MCU的串行接口编程做准备。对于已经了解这方面知识的读者，可以略读本节。
7.1.1 基本概念
“位”(bit) 是单个二进制数字的简称，是可以拥有两种状态的最小二进制值，分别用“0”和“1”表示。在计算机中，通常一个信息单位用8位二进制表示，称为一个“字节”(byte) 。串行通信的特点是：数据以字节为单位，按位的顺序从一条传输线上发送出去。这里至少涉及到以下几个问题：第一，每个字节之间是如何区分的；第二，发送一位的持续时间是多少；第三，怎样知道传输是正确的；第四，可以传输多远等等。这些问题属于串行通信的基本概念。串行通信分为异步通信与同步通信两种方式，本节主要给出异步串行通信的一些常用概念。正确理解这些概念，对串行通信编程是有益的。
1．异步串行通信的格式
在MCU的英文芯片手册上，通常说SCI采用的是NRZ数据格式，英文全称是：“standard non-return-zero mark/space data format”，可以译为：“标准不归零传号/空号数据格式”。这是一个通信术语，“不归零”的最初含义是：用负电平表示一种二进制值，正电平表示另一种二进制值，不使用零电平。
“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。对学习嵌入式应用的读者而言，只要理解这种格式只有“1”、“0”两种逻辑值就可以了。图7-1给出了8位数据、无校验情况的传送格式。
这种格式的空闲状态为“1”，发送器通过发送一个“0”表示一个字节传输的开始，随后是数据位(在MCU中一般是8位或9位，可以包含校验位) 。最后，发送器发送1到2位的停止位，表示一个字节传送结束。若继续发送下一字节，则重新发送开始位，开始一个新的字节传送。若不发送新的字节，则维持“1”的状态，使发送数据线处于空闲。从开始位到停止位结束的时间间隔称为一帧(frame) 。所以，也称这种格式为帧格式。
通过这段内容，知道了异步串行通信中，通过“开始位”与“停止位”区分每个传送的字节。所以，每发送一个字节，都要发送“开始位”与“停止位”，这是影响异步串行通信传送速度的因素之一。同时因为每发送一个字节，必须首先发送“开始位”，所以称之为“异步”(asynchronous) 通信。
2．串行通信的波特率
位长(bit length) ，也称为位的持续时间(bit duration) 。其倒数就是单位时间内传送的位数。人们把每秒内传送的位数叫做波特率(baud rate) 。波特率的单位是：位/秒，记为bps。bps是英文bit per second的缩写，习惯上这个缩写不用大写，而用小写。通常情况下，波特率的单位可以省略。
通常使用的波特率有300、600、900、1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400。在包含开始位与停止位的情况下，发送一个字节是10位，很容易计算出，在各种波特率下，发送1K字节所需的时间。显然，这个速度相对于目前的许多通信方式是慢的，那么，异步串行通信的速度能否提得很高呢？答案是否定的。因为随着波特率的提高，位长变小，以致很容易受到电磁源的干扰，通信就不可靠了。当然，还有通信距离问题，距离小，可以适当提高波特率，后面还会涉及此问题。
3．奇偶校验
在异步串行通信中，如何知道传输是正确的？最常见的方法是增加一个位(奇偶校验位)，供错误检测使用。字符奇偶校验检查(character parity checking) 称为垂直冗余检查( vertical redundancy checking，VRC) ，它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或偶数。奇数或偶数依据使用的是“奇校验检查”还是“偶校验检查”而定。当使用“奇校验检查”时，如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位应为“0”。当使用“偶校验检查”时，如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为“1”。
这里列举奇偶校验检查的一个实例，看看ASCII字符“R”， 其位构成是1010010。由于字符“R”中有三个1位，若使用奇校验检查，则校验位为0；如果使用偶校验检查，则校验位为1。
在传输过程中，若有1位(或奇数个数据位) 发生错误，使用奇偶校验检查，可以知道发生传输错误。若有2位(或偶数个数据位) 发生错误，使用奇偶校验检查，不能知道发生传输错误。但是奇偶校验检查方法简单，使用方便，发生一位错误的概率远大于发生二位错误的概率，所以“奇偶校验”这种方法还是最为常用的一种校验方法。几乎所有MCU的串行异步通信接口，都提供这种功能。
4．串行通信的传输方式
在串行通信中，经常用到“单工”、“双工”、“半双工”等术语。它们是串行通信的不同传输方式。下面简要介绍这些术语的基本含义。
①单工(Simplex)：数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。这种传输方式中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。有线广播就是单工的。
②全双工(Full-duplex)：数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。这种传输方式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为接收线。一般情况下，MCU的异步串行通信接口均是全双工的。
③半双工(Half-duplex)：数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外，一般只有一根数据线。任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收发。在Freescale的HC08系列MCU中，监控模式的通信就采用这种方式。
7.1.2 RS-232C总线标准
现在回答“可以传输多远”这个问题。MCU引脚输入/输出一般使用TTL电平，而TTL电平的“1”和“0”的特征电压分别为2.4V和0.4V(目前一些使用3V供电的MCU中，该特征值有所变动)，它适用于板内数据传输。若用TTL电平将数据传输到5m之外，那么可靠性是值得考究的。为了使信号传输得更远，美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制订了串行物理接口标准RS-232C。RS-232C采用负逻辑，-15V～-3V为逻辑“1”，+3V～+15V为逻辑“0”。RS-232C最大的传输距离是30m，通信速率一般低于20Kbps。当然，实际应用中，也有人用降低通信速率的方法，通过RS-232电平，将数据传送到300m之外，这是很少见的，且稳定性很不好。
RS-232C总线标准最初是为远程数据通信制订的，但目前主要用于几米到几十米范围内的近距离通信。有专门的书籍介绍这个标准，但对于一般的读者，不需要掌握RS-232C标准的全部内容，只要了解本节介绍的这些基本知识就可以使用RS-232。目前一般的PC机均带有1到2个串行通信接口，人们也称之为RS-232接口，简称“串口”，它主要用于连接具有同样接口的室内设备。早期的标准串行通信接口是25芯插头，这是RS-232C规定的标准连接器(其中：2条地线，4条数据线，11条控制线，3条定时信号，其余5条线备用或未定义)。后来，人们发现在计算机的串行通信中，25芯线中的大部分并不使用，逐渐改为使用9芯串行接口。一段时间内，市场上还有25芯与9芯的转接头，方便了两种不同类型之间的转换。后来，使用25芯串行插头极少见到，25芯与9芯对接头也极少有售。因此，目前几乎所有计算机上的串行口都是9芯接口。图7-2给出了9芯串行接口的排列位置，相应引脚含义见表7-1。
在RS-232通信中，常常使用精简的RS-232通信，通信时仅使用3根线：RxD(接收线)、TxD(发送线)和GND(地线)。其它为进行远程传输时接调制解调器之用，有的也可作为硬件握手信号，初学时可以忽略这些信号的含义。
在MCU中，若用RS-232C总线进行串行通信，则需外接电路实现电平转换。在发送端需要用驱动电路将TTL电平转换成RS-232C电平，在接收端需要用接收电路将RS-232C电平转换为TTL电平。电平转换器不仅可以由晶体管分立元件构成，也可以直接使用集成电路。目前使用MAX232芯片较多，该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换。图7-3给出了MAX232的引脚说明。
引脚含义简要说明如下：
Vcc(16脚) ：正电源端，一般接+5V
GND(15脚) ：地
VS+(2脚) ：VS+=2Vcc-1.5V=8.5V
VS-(6脚) ：VS-=-2Vcc-1.5V=-11.5V
C2+、C2-(4、5脚) ：一般接1µF的电解电容
C1+、C1-(1、3脚) ：一般接1µF的电解电容
输入输出引脚分两组，基本含义见表7-2。在实际使用时，若只需要一路SCI，可以使用其中的任何一组。
利用MAX232将TTL电平转换为RS-232电平的电路接法将在下一节结合SCI的外围硬件电路讨论。
