一、串口的定義
串口，全稱串行通信接口或串行通訊接口，是一種常用於電子設備間通訊的全雙工擴展接口；
串行通信，串口通訊的技術基礎，指一位一位地按順序傳送數據。其特點是線路簡單，只需一對傳輸線，即可實現雙向通信，大大降低成本。適用於遠距離通信，但速度較慢；
串行收發模塊，串口的現實載體，負責實現串行通訊，被集成到各種計算機設備中。其中，應用最廣的是 USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) —— 通用同/異步串行接收/發送器。
二、串口的硬件特性
串口的硬件特性，規定了數據通訊時的機械、電子特性，以確保數據在物理媒介上的傳輸。
由於串口的硬件特性有很多標準及變種，限於篇幅，本文只記錄最常見的 RS-232 標準。
RS-232串口設備，通訊結構如下：
① 通訊設備的“DB9 接口”，由串口線連接，按 RS-232 約定的格式，進行數據傳輸；
② 由於 RS-232 電平標準的信號不能直接被控制器識別，所以會先經過“電平轉換芯片”，轉換成“TTL 標準”，才能實現通訊。單片機開發、調試中常用到的“串口轉USB模塊”，實現的就是這類電平標準轉換的作用。
2.1 電平標準
由上，RS-232串口設備中，存在兩種電平標準 —— RS-232標準、TTL標準。具體細節如下：
| 電平標準 | 邏輯 0 電平 | 邏輯 1 電平 | 生效階段 |
|---|---|---|---|
| RS-232 | +3V ~ +15V | -15V ~ -3V | 通訊過程中 |
| TTL | 0 ~ +0.5V | +2.4V - +5V | 控制器收、發過程中 |
可見，RS-232標準的各邏輯對應電平，相對TTL標準都要大得多，這是爲了增強串口通訊的遠距離傳輸及抗干擾能力。
2.2 信號線
一般來說，進行信號傳輸的設備，分爲數據終端設備 DTE(計算機、路由)和數據通訊設備 DCE(調製調解器)。
舊式的RS-232串口線，以針式引出信號線的稱爲公頭，以孔式引出信號線的稱爲母頭。兩者均由九根信號線組成，如下圖：
各編號線名稱以及相應的說明，如下表所示：
| 序號 | 名稱 | 符號 | 數據方向 | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 載波檢測 | DCD | DTE → DCE | Data Carrier Detect，DTE 接收載波信號後的應答 |
| 2 | 接收數據 | RXD | DCE → DTE | Receive Data，接收信號，即輸入數據。通訊設備的 RXD、TXD 應交叉相連 |
| 3 | 發送數據 | TXD | DTE → DCE | Transmit Data，發送信號，即輸出數據。通訊設備的 RXD、TXD 應交叉相連 |
| 4 | 數據終端就緒 | DTR | DTE → DCE | Data Terminal Ready，DTE 告知 DCE：本機已準備好 |
| 5 | 信號地 | GND | - | 地線，通訊設備之間必須共地 |
| 6 | 數據設備就緒 | DSR | DCE → DTE | Data Set Ready，DCE 告知 DTE：已準備好發送數據 |
| 7 | 請求發送 | RTS | DTE → DCE | Request To Send，DTE 請求 DCE 發送數據，用於流控 |
| 8 | 允許發送 | CTS | DCE → DTE | Clear To Send，DCE 迴應 DTE 的 RTS，用於流控 |
| 9 | 響鈴指示 | RI | DCE → DTE | Ring Indicator，響鈴指示，表示 DCE 端與線路已接通 |
其中，RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD 信號，使用邏輯 1 表示有效，邏輯 0 爲信號無效。（例如，當計算機端控制 DTR 信號線表示爲邏輯 1 時，它是爲了告知遠端的調製調解器，本機已準備好接收數據， 0 則表示還沒準備就緒。）
在目前的其它工業控制使用的串口通訊中，一般只使用 RXD、TXD 以及 GND 三根信號線，直接傳輸數據信號，而 RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD，都被裁剪掉了。
三、串口的軟件協議
在RS-232的通訊中，定義了信號的軟件協議標準。雙方必須按照約定，以一致的通訊速率、包格式進行交互，否則將會出現數據異常。
3.1 波特率
每秒鐘傳送的碼元個數（注意： 不是bit位個數），嚴格來說，波特率描述的是單位時間內調製（數模轉換）信號的能力，而不是傳輸速率。
拓展：
- 碼元，是指信息傳輸通道中，攜帶數據信息的模擬信號單元。通過不同的調製（數模轉換）方式，一個碼元符號可能負載多個bit位信息，所以不能說“一個碼元等於一個bit”。當採用“兩相調製”處理時，比特率等於波特率；
- 串口的傳輸速率，一般由比特率（單位時間內傳輸的二進制代碼的有效位(bit)數） 來進行衡量。
3.2 起始位與停止位
每個通訊的串口數據包，都是從起始位開始，結束於停止位。起始位是一個邏輯0的數據位；而停止位可由0.5、1、1.5 或 2 個邏輯1的數據位表示，只要雙方約定一致即可。
3.3 有效數據
緊跟着起始位之後，便是串口數據包的主體內容，也稱爲有效數據，有效數據的長度可以是5、6、7、8個數據位，通訊開始前需要雙方約定。
3.4 校驗位
校驗位是一個可選的數據位，緊跟在有效數據之後，用來校驗，以防止因外部干擾而導致的傳輸偏差。校驗方法有奇校驗(odd)、偶校驗(even)、0校驗(space)、1校驗(mark)以及無校驗(noparity)。
- 奇校驗：令傳輸的數據（有效數據和校驗位）中1的個數爲奇數（例如：某個串口數據包中，有效數據共有偶數個位爲1，則校驗位取“1”，使整體1的個數爲奇數）；
- 偶校驗：與奇校驗相反；
- 0校驗：無論主體數據是什麼，校驗位保持爲0；
- 1校驗：無論主體數據是什麼，校驗位保持爲1。