串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依照一定的顺序逐位进行传输的通信方式。计算机或智能仪器中处理的数据是并行数据，因此在串行通信的发送端，需要把并行数据转换成串行数据后再传输；而在接收端，又需要把串行数据转换成并行数据再处理。数据的串并转换可以用软件和硬件两种方法来实现。硬件方法主要是使用了移位寄存器。在时钟控制下，移位寄存器中的二进制数据可以顺序地逐位发送出去；同样在时钟控制下，接收进来的二进制数据，也可以在移位寄存器中装配成并行的数据字节。
根据时钟控制数据发送和接收的方式，串行通信分成为同步通信和异步通信两种，这两种通信的示意图如图11-1所示。
图11-1 串行通信方式
在同步通信中，为了使发送和接收保持一致，串行数据在发送和接收两端使用的时钟应同步。通常，发送和接收移位寄存器的初始同步是使用一个同步字符来完成，当一次串行数据的同步传输开始时，发送寄存器发送出的第一个字符应该是一个双方约定的同步字符，接收器在时钟周期内识别该同步字符后，即与发送器同步，开始接收后续的有效数据信息。
在异步通信中，只要求发送和接收两端的时钟频率在短期内保持同步。通信时发送端先送出一个初始定时位（称起始位），后面跟着具有一定格式的串行数据和停止位。接收端首先识别起始位，同步它的时钟，然后使用同步的时钟接收紧跟而来的数据位和停止位，停止位表示数据串的结束。一旦一个字符传输完毕，线路空闲。无论下一个字符在何时出现，它们将再重新进行同步。
同步通信与异步通信相比较，优点是传输速度快。不足之处是，同步通信的实用性将取决于发送器和接收器保持同步的能力，若在一次串行数据的传输过程中，接收器接收数据时，若由于某种原因（如噪声等）漏掉一位，则余下接收的数据都是不正确的。
异步通信相对同步通信而言，传输数据的速度较慢，但若在一次串行数据传输的过程中出现错误，仅影响一个字节的数据。
目前，在微型计算机测量和控制系统中，串行数据的传输大多使用异步通信方式。
为了有效地进行通信，通信双方必须遵从同意的通信协议，即采用同意的数据传输格式、相同的传输速率、相同的纠错方式等。
异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传输，每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，串行数据的位串格式如图11-2所示，具体定义如下：(www.chuimin.cn)
图11-2 串行数据位串定义
当通信线上没有数据传输时应处于逻辑“1”状态，表示线路空闲。
当发送设备要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑“0”信号，占一位，这个逻辑低电平就是起始位。起始位的作用是协调同步，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收后续数据位信号。
数据位信号的位数可以是5、6、7或8位。一般为7位（ASCII码）或8位。数据位从最低有效位开始逐位发送，依此顺序地发送到接收端的一位寄存器中。并转换为并行的数据字符。
奇偶校验位用与进行有限差错检测，占一位。通信双方需约定一致的奇偶校验方式，如果约定奇校验，那么组成数据和奇偶校验位的逻辑“1”的个数必须是奇数；如果约定偶校验，那么逻辑“1”的个数必须是偶数。通常奇偶校验功能的电路已集成在通信控制芯片中。
停止位用于标志一个数据的传输完毕，一般用高电平，可以是1位、1.5位或2位。当接收设备收到停止位之后，通信线路就回复到逻辑“1”状态，直至下一个字符数据起始位到来。
在异步通信中，接收和发送双方必须保持相同的传输速率，这样才能保证线路上传输的所有位信号都保持一直的信号持续时间。传输速率即波特率，它是以每秒传输的二进制位数来度量的，单位是比特/秒（bit/s）。规定的波特率有50、75、110、150、300、600、1200、2400、4800、9600和19200等几种。
总之，在异步串行通信中，通信双方必须持相同的传输波特率，并以每个字符数据的起始位来进行同步。同时，数据格式，即起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传输过程中也要保持一致，这样才能保证成功地进行数据传输。
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