串口通信（Serial Communication）是一种异步、逐位传输数据的通信方式，其基本原理和特点如下：

基本原理

1. 数据串行化：
   • 将传输的每个字节（8位数据）或字符分解成单个比特位（bit）。
   • 按时间顺序依次通过一根数据线发送（发送端），接收端再按相同顺序重新组合还原数据。
2. 异步通信机制：
   • 无需时钟信号线：通信双方依靠预定义的波特率（Baud Rate） 同步时序（每秒传输的比特数）。
   • 帧结构：每个数据字节被封装在独立的数据帧中，包含以下部分：
     • 起始位：一个低电平（0），标志数据开始。
     • 数据位：5-9位（通常为8位），即实际数据内容。
     • 校验位（可选）：奇偶校验位，用于检测传输错误（奇校验/偶校验）。
     • 停止位：1-2位高电平（1），标志帧结束。
3. 双端电平标准：
   • 逻辑“0”和“1”通过电压差表示（如RS-232：+3V~+15V为0，-3V~-15V为1；TTL：0V为0，+3.3V/5V为1）。
4. 通信模式：
   • 单工：单向传输（只发不收或只收不发）。
   • 半双工：同一时间只能单向传输（收发不同时）。
   • 全双工：两根数据线独立收发，支持同时双向传输（常用模式）。

主要特点

1. 简单低成本：
   • 硬件结构简单（仅需Tx、Rx、GND三根基础线），电路易实现，成本低。
2. 抗干扰能力强，适合长距离：
   • 采用差分信号（如RS-485）时，可大幅抑制电磁干扰，传输距离可达上千米（RS-232约15米）。
3. 点对点通信：
   • 多用于两个设备直连（一对一），多设备需总线协议（如Modbus）或扩展硬件。
4. 异步灵活性：
   • 无需同步时钟，设备可独立运行，时序通过预设波特率匹配。
5. 低速但稳定：
   • 波特率通常较低（9600 bps至115.2 kbps），远低于以太网、USB，但稳定性高，适合实时性要求低的场景。
6. 全双工支持：
   • 独立收发通道允许同时双向数据传输，提高效率。
7. 调试友好：
   • 常用于嵌入式系统调试（如单片机），通过串口打印日志监控状态。

典型应用场景

• 工业控制（PLC、传感器通信）
• 单片机与PC的数据交互（如Arduino）
• 旧式外设连接（鼠标、调制解调器）
• 远程终端（串口服务器远程管理设备）
• 车载诊断系统（OBD-II）

⚠️ 注意：现代串口通信需注意电平兼容（如5V TTL与3.3V设备需电平转换），并确保通信两端波特率、数据位、停止位、校验位设置一致，否则数据将无法正确解析。