一、串口的定义
串口，全称串行通信接口或串行通讯接口，是一种常用于电子设备间通讯的全双工扩展接口；
串行通信，串口通讯的技术基础，指一位一位地按顺序传送数据。其特点是线路简单，只需一对传输线，即可实现双向通信，大大降低成本。适用于远距离通信，但速度较慢；
串行收发模块，串口的现实载体，负责实现串行通讯，被集成到各种计算机设备中。其中，应用最广的是 USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) —— 通用同/异步串行接收/发送器。
二、串口的硬件特性
串口的硬件特性，规定了数据通讯时的机械、电子特性，以确保数据在物理媒介上的传输。
由于串口的硬件特性有很多标准及变种，限于篇幅，本文只记录最常见的 RS-232 标准。
RS-232串口设备，通讯结构如下：
① 通讯设备的“DB9 接口”，由串口线连接，按 RS-232 约定的格式，进行数据传输；
② 由于 RS-232 电平标准的信号不能直接被控制器识别，所以会先经过“电平转换芯片”，转换成“TTL 标准”，才能实现通讯。单片机开发、调试中常用到的“串口转USB模块”，实现的就是这类电平标准转换的作用。
2.1 电平标准
由上，RS-232串口设备中，存在两种电平标准 —— RS-232标准、TTL标准。具体细节如下：
| 电平标准 | 逻辑 0 电平 | 逻辑 1 电平 | 生效阶段 |
|---|---|---|---|
| RS-232 | +3V ~ +15V | -15V ~ -3V | 通讯过程中 |
| TTL | 0 ~ +0.5V | +2.4V - +5V | 控制器收、发过程中 |
可见，RS-232标准的各逻辑对应电平，相对TTL标准都要大得多，这是为了增强串口通讯的远距离传输及抗干扰能力。
2.2 信号线
一般来说，进行信号传输的设备，分为数据终端设备 DTE(计算机、路由)和数据通讯设备 DCE(调制调解器)。
旧式的RS-232串口线，以针式引出信号线的称为公头，以孔式引出信号线的称为母头。两者均由九根信号线组成，如下图：
各编号线名称以及相应的说明，如下表所示：
| 序号 | 名称 | 符号 | 数据方向 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 载波检测 | DCD | DTE → DCE | Data Carrier Detect，DTE 接收载波信号后的应答 |
| 2 | 接收数据 | RXD | DCE → DTE | Receive Data，接收信号，即输入数据。通讯设备的 RXD、TXD 应交叉相连 |
| 3 | 发送数据 | TXD | DTE → DCE | Transmit Data，发送信号，即输出数据。通讯设备的 RXD、TXD 应交叉相连 |
| 4 | 数据终端就绪 | DTR | DTE → DCE | Data Terminal Ready，DTE 告知 DCE：本机已准备好 |
| 5 | 信号地 | GND | - | 地线，通讯设备之间必须共地 |
| 6 | 数据设备就绪 | DSR | DCE → DTE | Data Set Ready，DCE 告知 DTE：已准备好发送数据 |
| 7 | 请求发送 | RTS | DTE → DCE | Request To Send，DTE 请求 DCE 发送数据，用于流控 |
| 8 | 允许发送 | CTS | DCE → DTE | Clear To Send，DCE 回应 DTE 的 RTS，用于流控 |
| 9 | 响铃指示 | RI | DCE → DTE | Ring Indicator，响铃指示，表示 DCE 端与线路已接通 |
其中，RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD 信号，使用逻辑 1 表示有效，逻辑 0 为信号无效。（例如，当计算机端控制 DTR 信号线表示为逻辑 1 时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据， 0 则表示还没准备就绪。）
在目前的其它工业控制使用的串口通讯中，一般只使用 RXD、TXD 以及 GND 三根信号线，直接传输数据信号，而 RTS、CTS、DSR、DTR 及 DCD，都被裁剪掉了。
三、串口的软件协议
在RS-232的通讯中，定义了信号的软件协议标准。双方必须按照约定，以一致的通讯速率、包格式进行交互，否则将会出现数据异常。
3.1 波特率
每秒钟传送的码元个数（注意： 不是bit位个数），严格来说，波特率描述的是单位时间内调制（数模转换）信号的能力，而不是传输速率。
拓展：
- 码元，是指信息传输通道中，携带数据信息的模拟信号单元。通过不同的调制（数模转换）方式，一个码元符号可能负载多个bit位信息，所以不能说“一个码元等于一个bit”。当采用“两相调制”处理时，比特率等于波特率；
- 串口的传输速率，一般由比特率（单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数） 来进行衡量。
3.2 起始位与停止位
每个通讯的串口数据包，都是从起始位开始，结束于停止位。起始位是一个逻辑0的数据位；而停止位可由0.5、1、1.5 或 2 个逻辑1的数据位表示，只要双方约定一致即可。
3.3 有效数据
紧跟着起始位之后，便是串口数据包的主体内容，也称为有效数据，有效数据的长度可以是5、6、7、8个数据位，通讯开始前需要双方约定。
3.4 校验位
校验位是一个可选的数据位，紧跟在有效数据之后，用来校验，以防止因外部干扰而导致的传输偏差。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无校验(noparity)。
- 奇校验：令传输的数据（有效数据和校验位）中1的个数为奇数（例如：某个串口数据包中，有效数据共有偶数个位为1，则校验位取“1”，使整体1的个数为奇数）；
- 偶校验：与奇校验相反；
- 0校验：无论主体数据是什么，校验位保持为0；
- 1校验：无论主体数据是什么，校验位保持为1。