08单片机串行数据通信技术
单片机串口通信原理
单片机串口通信原理
单片机串口通信原理是指通过串口进行数据的发送和接收。
串口通信是一种异步通信方式，它使用两根信号线（TXD和RXD）进行数据的传输。
在发送数据时，单片机将待发送的数据通过串口发送数据线（TXD）发送出去。
发送的数据会经过一个串口发送缓冲区，然后按照一定的通信协议进行处理，并通过串口传输线将数据发送给外部设备。
在接收数据时，外部设备将待发送的数据通过串口传输线发送给单片机。
单片机接收数据线（RXD）会将接收到的数据传
输到一个串口接收缓冲区中。
然后，单片机会根据通信协议进行数据的解析和处理，最后将数据保存在内部的寄存器中供程序使用。
串口通信协议通常包括数据位、停止位、校验位等信息。
数据位指的是每个数据字节占据的位数，常见的有8位和9位两种。
停止位用于表示数据的结束，常用的有1位和2位两种。
校验位用于检测数据在传输过程中是否发生错误，常见的校验方式有奇偶校验和无校验。
总的来说，单片机串口通信原理是通过串口发送数据线和接收数据线进行数据的传输和接收，并通过一定的通信协议进行数据的解析和处理。
这种通信方式可以实现单片机与外部设备的数据交换，广泛应用于各种嵌入式系统和物联网设备中。
8 单片机串行数据通信
串行通信分为：异步通信和同步通信。在单片机中使用的是串行通 信异步方式。 1、异步串行通信的字符格式
（1）起始位。发送器是通过发送起始位开始一个字符的传送。 （2）数据位。起始位之后就传送数据位。在数据位中，低位在 前，高位在后。 （3）奇偶校验位。用于对字符传送作正确性检查。 （4）停止位。停止位用以标志一个字符的结束。 （5）帧。从起始位开始到停止位结束的全部内容称之为一帧。 异步串行通信是一帧接一帧进行传送。传送可以是连续的，也可以 是断续的。
实训十一
串并转换
一、实训目的 1、掌握51系列单片机串行口工作方式及编程方法； 2、掌握利用串行口扩展并行I/O口的方法。 二、实训要求 利用80C51单片机的串行口和并行输出串行移位寄存 器74LS164，扩展一个数码显示器，并在上面显示 0~9这10个数字。 三、完成实训报告
9 单片机与数/模及模/数转换接口
8.1 串行通信基础知识
8.1.1 串行通信基本原理 计算机的数据传送共有两种方式：并行数据传送和串行 数据传送。 并行数据传送的特点： 各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但并行数据传送 有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高。并行数 据传送的距离通常小于30米，计算机内部的数据传送都是并 行的。 串行数据传送的特点： 数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成 本低速度慢。计算机与外界的数据传送大多数是串行的。
1．本章的教学目标及基本要求 熟悉单片机与D/A转换器接口技术； 熟悉单片机与A/D转换器接口技术； 能进行A/D或D/A转换电路设计。 2．教学内容及学时分配 9.1MCS-51单片机与D/A转换器的接口及应用（1） 9.2MCS-51单片机与A/D转换器的接口及应用（1） 3．教学方式：理论授课，2学时/次 4．思考题：P253
单片机单片机课程设计-双机串行通信
单片机单片机课程设计-双机串行通信单片机课程设计双机串行通信在当今的电子信息领域，单片机的应用无处不在。
而双机串行通信作为单片机系统中的一个重要环节，为实现设备之间的数据交换和协同工作提供了关键的技术支持。
一、双机串行通信的基本原理双机串行通信是指两个单片机之间通过串行接口进行数据传输的过程。
串行通信相较于并行通信，具有线路简单、成本低、抗干扰能力强等优点。
在串行通信中，数据是一位一位地按顺序传输的。
常见的串行通信协议有 UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和 I2C（内部集成电路）等。
在本次课程设计中，我们主要采用 UART 协议来实现双机串行通信。
UART 协议包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。
起始位用于标识数据传输的开始，通常为逻辑 0；数据位可以是 5 位、6 位、7 位或 8 位，具体取决于通信双方的约定；奇偶校验位用于检验数据传输的正确性，可选择奇校验、偶校验或无校验；停止位用于标识数据传输的结束，通常为逻辑 1。
二、硬件设计为了实现双机串行通信，我们需要搭建相应的硬件电路。
首先，每个单片机都需要有一个串行通信接口，通常可以使用单片机自带的UART 模块。
在硬件连接方面，我们将两个单片机的发送端（TXD）和接收端（RXD）交叉连接。
即单片机 A 的 TXD 连接到单片机 B 的 RXD，单片机 B 的 TXD 连接到单片机 A 的 RXD。
同时，还需要共地以保证信号的参考电平一致。
此外，为了提高通信的稳定性和可靠性，我们可以在通信线路上添加一些滤波电容和上拉电阻。
三、软件设计软件设计是实现双机串行通信的核心部分。
在本次课程设计中，我们使用 C 语言来编写单片机的程序。
对于发送方单片机，首先需要对 UART 模块进行初始化，设置波特率、数据位、奇偶校验位和停止位等参数。
然后，将要发送的数据放入发送缓冲区，并通过 UART 发送函数将数据一位一位地发送出去。
对于接收方单片机，同样需要对 UART 模块进行初始化。
单片机串行通信
单片机串行通信在现代电子技术的领域中，单片机串行通信扮演着至关重要的角色。
它就像是信息传递的“高速公路”，让单片机能够与外部设备或其他单片机进行高效、准确的数据交流。
串行通信，简单来说，就是数据一位一位地按顺序传输。
相较于并行通信，它所需的数据线更少，这在硬件设计上带来了极大的便利，降低了成本，也减少了布线的复杂性。
想象一下，如果每次传输数据都需要同时通过很多根线，那得是多么繁琐和容易出错！而串行通信则巧妙地解决了这个问题。
单片机串行通信有两种常见的方式：同步串行通信和异步串行通信。
异步串行通信就像是两个不太合拍的朋友在交流。
发送方和接收方各自按照自己的节奏工作，但他们通过事先约定好的一些规则来确保信息能被正确理解。
比如，规定好每个数据的位数（通常是 5 到 8 位）、起始位和停止位的形式。
起始位就像是一个打招呼的信号，告诉接收方“我要开始发数据啦”；而停止位则表示这一轮数据传输结束。
在异步通信中，双方不需要严格同步时钟，这使得它在很多应用场景中都非常灵活。
同步串行通信则更像是两个默契十足的伙伴。
发送方和接收方共用一个时钟信号，数据的传输在这个时钟的控制下有序进行。
这样可以保证数据传输的准确性和稳定性，但也对时钟的同步要求较高。
在实际应用中，单片机串行通信常用于与各种外部设备进行通信，比如传感器、显示屏、计算机等。
以传感器为例，单片机通过串行通信获取传感器采集到的温度、湿度、压力等数据，然后进行处理和控制。
为了实现串行通信，单片机通常会配备专门的串行通信接口。
比如常见的 UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和 I2C（集成电路总线）等。
UART 是一种应用广泛的异步串行通信接口。
它的硬件实现相对简单，只需要两根数据线：发送线（TXD）和接收线（RXD）。
通过设置合适的波特率（即数据传输的速率），就可以实现单片机与其他设备之间的异步通信。
SPI 则是一种同步串行通信接口，它通常需要四根线：时钟线（SCK）、主机输出从机输入线（MOSI）、主机输入从机输出线（MISO）和片选线（CS）。
简述单片机串行通信的波特率
简述单片机串行通信的波特率摘要：一、单片机串行通信的基本概念二、波特率的定义及意义三、波特率的计算方法四、波特率与通信距离、数据速率的关系五、如何选择合适的波特率六、结论正文：一、单片机串行通信的基本概念单片机串行通信是指单片机通过串行接口与其他设备进行数据传输的过程。
在这个过程中，数据是一位一位地按照一定的时间间隔依次传输，从而实现数据的远程传输和控制。
串行通信在电子设备、计算机网络等领域有着广泛的应用。
二、波特率的定义及意义波特率（Baud Rate）是衡量串行通信数据传输速率的重要指标，它表示每秒钟传输的比特数。
波特率越高，数据传输速率越快。
在实际应用中，波特率决定了通信的稳定性和可靠性，因此选择合适的波特率至关重要。
三、波特率的计算方法波特率的计算公式为：波特率= 数据速率/ 传输位数。
其中，数据速率指的是单位时间内传输的比特数，传输位数指的是每个数据帧中数据的位数。
四、波特率与通信距离、数据速率的关系波特率与通信距离和数据速率之间存在一定的关系。
通信距离较远时，信号衰减较大，可能导致数据传输错误，此时应降低波特率以提高通信的可靠性。
而数据速率较高时，传输时间较短，可以适当提高波特率以提高传输效率。
五、如何选择合适的波特率选择波特率时，应综合考虑通信距离、数据速率、传输可靠性等因素。
在保证通信可靠性的前提下，尽量选择较高的波特率以提高传输效率。
此外，还需注意波特率与通信协议的兼容性，确保不同设备之间的顺畅通信。
六、结论单片机串行通信的波特率是衡量数据传输速率的重要指标，选择合适的波特率对保证通信的稳定性和可靠性具有重要意义。
单片机中的串口通信技术
单片机中的串口通信技术串口通信技术是指通过串行接口将数据传输和接收的技术。
在单片机领域，串口通信是一种常见的数据交互方式。
本文将介绍单片机中的串口通信技术，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、串口通信的原理串口通信是指通过串行接口传输数据的方式，其中包括一个数据引脚和一个时钟引脚。
数据引脚用于传输二进制数据，在每个时钟周期内，数据引脚上的数据会被读取或写入。
时钟引脚则用于控制数据的传输速度。
单片机中的串口通信主要包含两个部分：发送和接收。
发送时，单片机将数据转换为二进制形式，并通过串口发送出去。
接收时，单片机会从串口接收到二进制数据，并将其转换为可识别的格式。
通过发送和接收两个过程，单片机可以与外部设备进行数据交互。
二、串口通信的类型在单片机中，串口通信主要包含两种类型：同步串口和异步串口。
同步串口是指发送和接收两个设备之间使用相同的时钟信号，以保持数据同步。
同步串口通信速度快，但需要额外的时钟信号输入。
异步串口则是通过发送数据前提供起始位和终止位来区分不同数据帧的方式进行通信。
异步串口通信的优势是不需要额外的时钟信号，但速度相对较慢。
在实际应用中，通常使用异步串口通信。
异步串口通信相对简单易用，适合多种应用场景。
三、单片机串口通信的实现单片机中实现串口通信通常需要以下几个方面的内容：1. 串口通信引脚配置：单片机需要连接到一个串口芯片或者其他外部设备，因此需要配置相应的引脚作为串口通信的数据引脚和时钟引脚。
2. 波特率设置：波特率是指单位时间内传输的数据位数。
在进行串口通信时，发送端和接收端的波特率需要相同。
单片机中通常通过寄存器设置波特率，以确保数据传输的稳定性。
3. 数据发送和接收：在单片机中，通过将数据写入发送缓冲器并启动发送操作来发送数据。
接收数据时，单片机会接收到串口中的数据，并将其保存在接收缓冲器中。
4. 中断机制：在进行串口通信时，单片机通常会使用中断机制来处理数据接收和发送。
中断机制可以减轻单片机的负担，提高系统效率。
8 单片机串行数据通信
RI(接收中断)
课程：单片机技术
教材：单片机基础
内容：8
单片机串行数据通信
SBUF：串行口寄存器，可寻址专用寄存器，包括发送寄存器
和接收寄存器，具有同一地址（99H）。 串行发送时：向SBUF写入数据； 串行接收时：从SBUF读出数据； 移位寄存器：与接收寄存器构成双缓冲结构。
在接收方式下，串行数据通过引脚RXD（P3.0）进入，由于
课程：单片机技术
教材：单片机基础
内容：8
单片机串行数据通信
8.2.2
串行通信控制寄存器
与串行通信有关的控制寄存器共有3个： （1）串行控制寄存器SCON（字节地址：98H；位地址：9FH～98H） SCON的格式如下： 位地 址
9FH
9EH
9DH
9CH
9BH
9AH
99H
98H
位符 号
SM0
SM1
SM2
Q8 CLK
CD4014 P/(/S)
课程：单片机技术
教材：单片机基础
内容：8
单片机串行数据通信
（2）应用举例
例：使用CD4094的并行输出端接8支发光二极管,利用它的串 入并出功能，把发光二极管从左向右依此点亮，并反复循环之。 假设发光二极管为共阴极型，电路如图所示。
80C51
RXD TXD P1.０
寄存器的配合。
课程：单片机技术
教材：单片机基础
内容：8
单片机串行数据通信
（a）串行口作并行口实现数据输出
并行输出 80C51
RXD TXD P1.０
DATA CLK
CD4094 STB
课程：单片机技术
教材：单片机基础
内容：8
单片机与单片机通信原理
单片机与单片机通信原理
单片机与单片机之间的通信原理是通过串行通信或并行通信进行的。
串行通信是指将数据按位顺序传输，而并行通信则是同时传输多个位。
在串行通信中，需要使用UART（通用异步收发器）进行通信。
UART将数据转换为适合传输的格式，并通过一个线路将数据发送到接收方。
在发送数据时，发送方将数据发送到UART
的发送缓冲区中，UART会按照设定的速率将数据按位发送。
接收方的UART会接收到发送方发送的数据，将其保存在接
收缓冲区中，然后应用程序可以从接收缓冲区中读取数据。
在并行通信中，通常使用I2C（双线串行总线）或SPI（串行
外围接口）进行通信。
I2C通信使用两根线路：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。
发送方通过SDA线将数据发送给接收方，同时使用SCL线提供时钟信号。
接收方通过SCL线接收时钟
信号，并从SDA线上读取数据。
SPI通信需要至少四根线路：时钟线（SCK）、主设备输出（MOSI）、主设备输入（MISO）和片选线（SS）。
在SPI
通信中，主设备通过时钟线提供时钟信号，通过MOSI线发送数据给从设备，并通过MISO线接收从设备传输的数据。
片选线用于选择将要进行通信的从设备。
无论是串行通信还是并行通信，单片机之间的通信都需要事先约定好通信协议和参数设置，以确保数据的准确传输。
通信协
议可以包括数据格式、波特率等。
同时，通信的双方也需要进行数据的校验和错误处理，以防止数据传输中的错误或丢失。
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8.1 串行通信基础知识
（二）接收/发送时钟 在串行通信过程中二进制数字系列以数字信号波形的形式出现，
不论接收还是发送，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。接 收/发送时钟就是用来控制通信设备接收/发送字符数据速度的，该 时钟信号通常由微机内部时钟电路产生。 在接收数据时，接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行 数据位检测；在发送数据时，发送器在发送时钟的下降沿将移位寄 存器的数据串行移位输出。如下图所示。 接收/发送时钟频率与波特率有如下关系：
一、异步串行通信的字符格式
异步串行通信以字符为单位，即一个字符
一个字符的传送。
起
奇
停起
始 位
数据位[0~（n1）位]
偶
止始
位
位位
帧
位时间
图515 异步串行通信的字符格式
5
8.1 串行通信基础知识
⑴ 起始位——开始一个字符的传送的标志位。起始位使 数据线处于“0”状态。 ⑵ 数据位——起始位之后传送的数据信号位。在数据位中， 低位在前（左）高位在后（右）。由于字符编码方式的不同， 数据位可以是5、6、7或8位。 ⑶ 奇偶效验位——用于对字符的传送作正确性检查，因此奇 偶效验位是可选择的，共有3种可能，即奇效验、偶效验和无 效验，由用户根据需要选定。 ⑷ 停止位——用以标志一个字符的结束，它对应于“1”状态。 停止位在一帧的最后，它可能是1、1.5或2位，在实际中根据需 要确定。
能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双 工形式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线， 如上图所示。
3、全双工（Full-duplex）形式 全双工形式的数据传送是双向的，且可以同时
发送和接收数据，因此全双工形式的串行通信需要 两条数据线，如上图所示。
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8.1 串行通信基础知识
四、异步串行通信的信号形式 1、近程通信 近程通信又称本地通信。 近程通信采用数字信号直接传送形式，即在传送过程
当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位。数据位的个 数可以是5、6、7或8，PC机中经常采用7位或8位数据传送，8051 串行口采用8位或9位数据传送。这些数据位被接收到移位寄存器中， 构成传送数据字符。在字符数据传送过程中，数据位从最低有效位 开始发送，依次在接收设备中被转换为并行数据。
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并行数据传送是指数据的各位同时进行传送的通信方式。其特点是： 各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但并行数据传送有多少 数据位就需多少根数据线，因此传送成本高。并行数据传送的距离 通常小于30m，在计算机内部的数据传送都是并行的。
3
8.1 串行通信基础知识
图8-1 两种通信方式连接
4
8.1 串行通信基础知识
定为接收端。单工形式的串行通信，只需要一条数据线，
如图所示
数据线
发送端
接收端
接收 发送端
数据线
半双工形式串行通信
单工形式串行通信
接收 发送端
10
接收 发送端
数据线1 数据线2
全双工形式串行通信
接收 发送端
8.1 串行通信基础知识
2、半双工（Half-duplex）形式 半双工形式的数据传送也是双向的，但任何时刻只
22
8.1 串行通信基础知识
七、RS-232C总线标准 标准异步串行通信接口有以下几类:
① RS-232C，RS-232E； ② RS-449（RS-422, RS-423和RS-485）； ③ 20mA电流环； ④ USB通用接口。
所谓标准接口，就是明确定义若干信号线，使接口电路标准化、 通用化，借助串行通信标准接口，不同类型的数据通信设备可以 很容易实现它们之间的串行通信连接。
中不改变原数据代码的波形和频率。这种数据传送方式称 之为基带传送方式。
计算机内部的数据信号是TTL电平标准，而通信线上 的数据信号却是RS232C电平标准。然而，尽管电平标准 不同，但数据信号的波形和频率并没有改变。近程串行通 信只需用传输线把两端的接口电路直接连起来即可实现， 既方便又经济。
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8.1 串行通信基础知识
8.1 串行通信基础知识
3．奇偶校验位 数据位发送完之后，便可以发送奇偶校验位。奇偶校验用于有限 差错检测，通信双方应约定一致的奇偶校验方式。如果选择偶校验， 那么组成数据位和奇偶位的逻辑“1”的个数必须是偶数；如果选择 奇校验，那么逻辑“1”的个数必须是奇数。 4．停止位约定 在奇偶位或数据位(当无奇偶校验时)之后发送的是停止位。停 止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的低电 平。接收设备收到停止位之后，通信线路上便又恢复逻辑“1”状 态，直至下一个字符数据的起始位到来。
1．起始位 当通信线上没有数据被传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备要发 送一个字符数据时，首先发出一个逻辑“0”信号，这个逻辑低电平 就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这 个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。起始位所起的作用 就是使设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。 2．数据位
8.1 串行通信基础知识
（a）接收时钟
（b）发送时钟
图8-7 接收/发送时钟
17
8.1 串行通信基础知识
（三）允许的波特率误差
六、串行通信的过程及通信协议 （一）串-并转换与设备同步
发 送 时 的 串并 转 换
18
8.1 串行通信基础知识
接收时的串-并转换
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8.1 串行通信基础知识
（二）串行通信协议
UART
接收移位 寄 存 器
RXD
接收 数 据 缓冲 器
PE 奇偶错 OE 溢出错帧错 FE源自控制 电路RXC C TXC
TBEE
发送 数据 缓冲器
发送移位寄存器
TXD
UART硬2件7 框图
8.1 串行通信基础知识
图8-11 URAT基本组成框图
28
8.1 串行通信基础知识
现把UART的主要功能综述如下
1．数据的串行化/反串行化 所谓串行化处理就是把并行数据变换为串行数据。所谓反串行
化就是把串行数变换为并行数据。在UART中，完成数据串行化的 电路属发送器，而实现数据反串行化处理的电路则属接收器。 2．格式信息的插入和滤除
格式信息是指异步通信格式中的启始位、奇偶位和停止位等。 在串行化过程中，按格式要求把格式信息插入，与数据位一起构 成串行数据位串，然后进行串行数据传送。在反串行化过程中， 则把格式信息滤除而保留数据位。 3．错误检验
交换，一台计算机与其他计算机也往往要交换信息，所有这些信息 交换均可称为通信。通信实际上也是计算机的数据的传送。 数据通信方式有两种：并行数据通信和串行数据通信，如下图所示。 串行数据通信是指数据按位顺序进行传送的通信方式。其特点是： 数据传送是一位一位进行传送的，最少只需一根传输线即可完成， 成本低但速度慢。计算机与外界的数据传送大多数是串行的，其传 送的距离可以从几m到几千km。下图 两种通信方式连接
同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符 方式，如图8-3所示，然后是连续的数据块。同步字符可 以由用户约定，当然也可以采用ASCII码中规定的SYN代 码，即16H。按同步方式通信时，先发送同步字符，接收 方检测到同步字符后，即准8备接收数据。
8.1 串行通信基础知识
图8-3 同步通信的数据格式
③ 采用标准的25芯插头座（DB-25）进行连接，因此该插头座 也称之为RS-232C连接器，DB25连接器机械结构见下图。
25
8.1 串行通信基础知识
表8-1 RS-232信号引脚定义
26
8.1 串行通信基础知识
八、串行接口电路——通用的异步接收/发送器(UART)
INT
DB
RES T
WE RD CS
寄存器
TTL 电平
串行接口
计算机A
寄存器
TTL 电平
串行接口
计算机B
近程串行通信
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RS-232 电平标准
8.1 串行通信基础知识
2、远程通信
在远程串行通信中，应使用专用的通信电缆，但出于经济上
的考虑也可以使用电话线作为传输线。
数字信 号
模拟信号
数字信号
计算机
MODEM 电话线
MODE M
计算机
图517 远程串行通信
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8.1 串行通信基础知识
RS-232C标准中的许多信号是为通信业务联系或信息控制而定义的，
在计算机串行通信中主要使用如下信号:下图 DB25连接器机械结构
图
（1）数据传送信号
发送数据（TXD）
接收信号（RXD）
（2）调制解调器控制信号
请求发送（RTS）
清除发送（CTS）
数据通信设备准备就绪（DSR）
数据终端设备准备就绪（DTR）
（3）定位信号
接收时钟（RXC）
发送时钟（TXC）
（4）信号地和保护
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8.1 串行通信基础知识
① 除信号定义外，RS-232标准的其他规定还有： RS-232C是一种电压型总线标准，以不同极性的电压表示逻辑 值： －3～－25V表示逻辑l（mark） ＋3～ +25V表示逻辑0（space） ② 标准数据传送速率有50、75、110、150、300、600、1200、 2400、4800、9600、19200bps。表8-1 RS-232信号引脚定义
l0×l20bps=1 200bps
每一位代码的传送时间td为波特率的倒数。
波特率是衡量传输通道频宽的指标，它和传送数据的速 率并不一致。如上例中，因为除掉起始位和终止位，每一个数据实 际只占8位，所以数位的传送速率为：
8×120bps =960bps 异步通信的传送速度在50～9 200bps之间，常用于计算机到终端 机和打印机之间的通信、直通电15报以及无线电通信的数据发送等。