43 串行通信接口
串行通信接口及总线标准
RS-4
定义
RS-485是一种改进的串行 通信接口标准，由EIA制定。
特点
采用差分信号传输方式， 具有多站能力、高抗干扰 能力和长距离传输能力。
应用
广泛应用于工业自动化、 楼宇自动化和智能家居等 领域。
SPI
定义
应用
SPI是一种同步串行通信协议，由摩托 罗拉公司制定。
常用于微控制器和外围设备之间的通 信。
感谢观看
详细描述
在工业自动化控制系统中，各种设备如传感器、执行器、控制器等需要实时地进行数据交换和通信。 串行通信接口能够提供稳定、可靠的连接，使得设备间能够高效地传输数据，实现自动化控制和监测 。这有助于提高生产效率、降低成本、减少故障发生率。
智能家居系统
总结词
串行通信接口在智能家居系统中发挥关键作用，能够实现家庭设备的互联互通，提升家居生活的便利性和舒适度。
VS
详细描述
物联网设备间需要进行大量的数据交换和 通信，以实现设备的远程监控和管理。串 行通信接口能够提供高效、可靠的数据传 输服务，使得设备间能够稳定地进行通信 。这有助于促进物联网的发展和应用，提 高设备的可维护性和可管理性，降低运营 成本。
汽车电子系统
总结词
串行通信接口在汽车电子系统中具有重要价 值，能够实现汽车各系统间的信息共享和协 同工作，提高汽车的安全性和可靠性。
数据传输速率较慢。
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特点
04
数据传输距离较远。
数据传输线少，成本低。
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适用于不同设备之间的通信。
串行通信接口的重要性
01
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03
04
实现设备之间的数据交换和通 信。
简化电路设计，降低成本。
串行通信接口培训
CAN总线
总结词
CAN总线是一种用于汽车和工业控制领域的串行通信协议，具有高可靠性和实时性。
详细描述
CAN总线采用差分信号传输方式，通过双绞线进行连接，最高传输速率可达1Mbps。CAN总线支持多主设备通 信，可以实现多个设备之间的相互通信。CAN总线具有高可靠性和实时性，广泛应用于汽车发动机控制、刹车系 统、悬挂系统等关键领域。在工业控制领域，CAN总线也广泛应用于各种自动化设备和系统的通信。
详细描述
在工业控制领域，串行通信接口如RS-485、RS-232等被广泛采用，用于连接各种传感器、执 行器、控制器等设备，实现实时数据采集、监控和远程控制等功能。这些接口标准具有简单、 可靠、成本低等优点，能够满足工业控制领域对可靠性和实时性的要求。
串行通信接口在智能家居中的应用
总结词
智能家居中，串行通信接口用于实现家庭内部各种智能设备之间的互联互通。
数据编码方式
曼彻斯特编码
将数据位和时钟位合并， 通过电压跳变表示逻辑状 态。
格雷码
一种无权重的二进制编码， 每次转换只改变一位。
差分曼彻斯特编码
改进的曼彻斯特编码，通 过正负跳变表示逻辑状态。
数据校验与控制
奇偶校验
通过添加一个校验位来检 测数据中的错误。
CRC校验
通过多项式除法来检测数 据中的错误。
串行通信接口的类型
01 RS-232
一种标准的串行通信接口，常用于计算机与外部 设备之间的通信。
02 RS-485
一种双线半双工串行通信接口，具有更远的传输 距离和更好的抗干扰能力。
03 USB
通用串行总线接口，是一种常见的串行通信接口， 支持热插拔和即插即用。
串行通信接口的应用场景
串行通信接口详细
2 发送时钟与接受时钟 发送端与接受端要用时钟来决定每一位对应的时间长 度。
3 波特因子 发送时钟与接受时钟可以是标准波特率的16倍，32 倍或64倍，这个倍数就称为波特因子。
串行通信接口详细
（七）串行接口标准
一、EIA-RS-232接口标准
由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程 传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串 行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设 备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在 1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解 调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的 标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备 DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准”.该标准规定采 用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号 内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。适合的数传 率：0～20Kbps。 串行通信接口详细
3.RS-232C接口信号的定义。见书134表5.2 。 25线：数据线4条（2，3，14，16） 控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23） 定时信号线3条（15，17，24） 地线2条（1，7） 备用5条（9，10，11，18，25） 未定义
串行通信接口详细
异步通信信息格式
串行通信接口详细
同步 信息
同步 信息
数 数…数 校 校 据1 据2 … 据n 验1 验2
同步通信信息格式
串行通信接口详细
（六）串行通讯的几个基本概念 1. 波特率：
并行通信中，传输速率是以每秒多少字节来表示的， 串行通信中，是用每秒钟传送的位数（Bit /s)即波特率来表示。 因此： 1波特=1 bit/s （位/秒） 常用的标准波特率：110，300，1K（1000），1.2K （1200），2.4K（2400），4.8K（4800），9.6K（9600）， 19.2K（19200），56K（56000）
简述串行接口的工作原理以及串行接口的优缺点
串行接口是一种数字接口，用于在计算机系统中传输数字信号或者数据。
串行接口通过一根线依次传输每个位的数据，相比并行接口，串行接口只需要一根线就可以进行数据传输，因此在一些场景中可以节省成本和空间。
本文将首先简述串行接口的工作原理，然后分别对串行接口的优点和缺点进行详细介绍。
一、串行接口的工作原理1. 数据传输串行接口通过一个个数据位的顺序传送数据，每个数据位通过一根线进行传输。
在传输时，数据被分割成一个个数据包，每个数据包由起始位、数据位、校验位和停止位组成。
这些数据包按照一定的规则经过线路传输，接收端再将这些数据包组装还原成原始数据。
而整个过程中，数据包的传输是依赖于时钟脉冲信号的。
2. 时钟信号为了确保接收端能够正确地接收和理解发送端的数据，串行接口需要一个时钟信号来进行数据的同步。
时钟信号在数据传输的过程中充当了一个重要的角色，确保发送端的数据能够被准确地读取和复原。
3. 带宽利用串行接口能够更好地利用带宽，因为它只需要一根线来进行数据传输。
在一些对带宽有限制的环境下，串行接口可以更好地满足需求。
二、串行接口的优缺点串行接口作为一种常见的数字接口，在许多设备中被广泛使用。
其优缺点如下：优点：1. 使用简单串行接口只需要一根线进行数据传输，在设计和使用上相对简单。
这对于一些资源有限的情况下尤为重要，比如在一些嵌入式系统中，串行接口能够更好地满足需要。
2. 抗干扰能力强因为串行接口只需要一根线进行数据传输，相比并行接口，串行接口在传输过程中对于干扰的抵抗能力更强。
这使得串行接口能够更好地适用于电磁干扰严重的环境。
3. 长距离传输串行接口可以支持较长的传输距离，这对于一些需要进行长距离数据传输的场景非常重要。
缺点：1. 传输速率低由于串行接口是逐位传输数据的，因此在相同条件下，它的传输速率往往比并行接口要低。
这意味着在需要进行高速数据传输的场景下，串行接口可能无法满足需求。
2. 数据传输效率低串行接口在数据传输的过程中需要进行数据包的分割和再组装，这会导致数据传输的效率较低，尤其在大批量数据传输的情形下。
串行接口的分类
串行接口的分类
串行接口是一种用于数据传输的接口标准，按照其特性和功用，可以分为以下几类：
1. RS-232串行接口：是早期计算机制造商和设备制造商广泛使用的一种通信接口，用于支持计算机与各种外设设备之间的通信。
通常使用9针或25针的D型插头连接，主要用于较短距离的串行数据传输。
2. RS-422/RS-485串行接口：是一种更为先进的串行通信接口，支持长距离传输和多点连接，能够在上千米的距离上进行高速数据传输。
RS-422接口采用差分信号技术消除噪声干扰，RS-485接口则支持多点连接和多主机通信。
3. USB串行接口：是一种通用串行总线接口，用于连接计算机和各种数字设备。
USB接口有多种规格，包括USB 1.0、USB 2.0、USB 3.0等，具有高速传输、热插拔和通用性强等优点。
4. Ethernet串行接口：是一种通用局域网接口，采用规范化的物理层标准和协议，用于支持计算机和网络设备之间的数据传输，其传输速度达到了千兆位每秒以上。
5. HDMI串行接口：是一种高清晰度多媒体接口标准，用于数字音频/视频传输。
该接口可支持高清晰度、3D影像、互联网传输等功能。
综上所述，不同类型的串行接口具有不同的特性和应用范围，常用的串行接口包括RS-232、RS-422/RS-485、USB、Ethernet和HDMI等。
串行通信接口的控制方法
串行通信接口的控制方法一、引言串行通信接口是一种常见的通信方式，广泛应用于各种电子设备之间的数据传输。
在串行通信中，数据以字节为单位进行传输，通过串行接口进行数据交换。
本文将详细介绍串行通信接口的控制方法，包括串口设置、数据发送和接收等。
二、串口设置在进行串行通信之前，需要对串口进行设置。
串口设置包括波特率、数据位、停止位、校验位等参数的设置。
这些参数需要根据通信协议和设备要求进行配置。
波特率：波特率是串行通信中的速率参数，它决定了数据的传输速率。
常见的波特率有9600、14400、19200等。
数据位：数据位是传输数据时使用的位数，常见的有5位、6位、7位和8位。
停止位：停止位用于标识数据的结束，常见的有1位停止位和2位停止位。
校验位：校验位用于对数据进行校验，常见的有奇校验、偶校验和无校验。
在进行串口设置时，需要根据具体的通信协议和设备要求进行配置。
例如，如果使用RS-232接口进行通信，需要将波特率设置为9600，数据位设置为8位，停止位设置为1位，校验位设置为无校验。
三、数据发送在串行通信中，数据的发送是通过将数据写入串口缓冲区来实现的。
在发送数据之前，需要将要发送的数据按照通信协议的要求进行打包。
打包完成后，将数据写入串口缓冲区，然后通过串口发送出去。
在发送数据时，需要注意以下几点：发送的数据长度要符合通信协议的要求；发送的数据要按照通信协议的格式进行打包；发送的数据要确保没有错误；发送的数据要确保没有重复发送。
四、数据接收在串行通信中，数据的接收是通过从串口缓冲区读取数据来实现的。
在接收数据时，需要按照通信协议的要求对数据进行解包处理。
解包完成后，将数据存储到指定的存储空间中。
在接收数据时，需要注意以下几点：接收的数据长度要符合通信协议的要求；接收的数据要按照通信协议的格式进行解包处理；接收的数据要确保没有错误；接收的数据要确保没有重复接收。
五、总结本文详细介绍了串行通信接口的控制方法，包括串口设置、数据发送和接收等方面的内容。
单片机中的串行通信接口原理与应用
单片机中的串行通信接口原理与应用串行通信是一种数据传输方式，它将数据位按照顺序一位一位地发送，与之相对的是并行通信，它可以同时传输多个数据位。
在单片机中，串行通信接口是一种常见的通信方式，用于实现单片机与其他外部设备之间的数据交换。
本文将介绍串行通信接口的原理以及其在单片机中的应用。
一、串行通信接口原理串行通信接口实现数据的传输主要依靠两个信号线，分别是数据线和时钟线。
它们共同工作，实现数据的稳定传输。
1. 数据线（Data Line）数据线是用于传输数据位的信号线。
在串行通信中，每一位数据按照顺序通过数据线进行传输。
数据线上的电压（高电平或低电平）表示不同数据位的值。
通常情况下，高电平表示1，低电平表示0。
数据线的电平变化受到时钟线的控制。
2. 时钟线（Clock Line）时钟线是用于控制数据位传输速率的信号线。
它提供了一个定时信号，控制数据线上数据位的传输速度。
发送方和接收方通过时钟线上的时钟脉冲进行同步，以确保数据的准确传输。
在串行通信中，发送方和接收方之间需要达成一致，确定数据位的传输速率和数据格式等参数，以保证数据的正确解析。
3. 串行传输方式串行通信有两种常见的传输方式，分别是同步串行传输和异步串行传输。
同步串行传输通过时钟信号将数据位同步传输。
同步传输需要发送方和接收方事先约定好时钟频率，并在传输过程中保持同步。
数据通过时钟信号的边沿进行传输，接收方通过时钟信号的变化进行数据解析。
异步串行传输不需要时钟信号进行同步。
数据位与数据位之间的间隔通过某种方式进行确定，比如起始位和停止位。
异步传输在每一位数据的前后添加起始位和停止位，接收方通过检测起始位和停止位来确定每一位数据的位置。
二、串行通信接口应用串行通信接口在单片机中有广泛的应用，下面将介绍一些常见的串行通信接口应用。
1. 串口通信串口通信是一种常见的串行通信方式，它通过串口接口连接单片机与外部设备。
串口通信常用于与计算机、传感器、显示器等设备之间进行数据交换。
微机系统串行通信接口
Python编程实现
总结词
Python是一种解释型、面向对象的高级 编程语言，具有简单易学、代码可读性 强等特点，适用于串行通信接口的脚本 编写。
VS
详细描述
在Python中，可以使用第三方库如 pySerial来实现串行通信接口的编程。 pySerial提供了串口打开、配置、读写等 函数和方法，可以方便地实现串行通信接 口的编程。具体实现过程中，需要设置串 口参数，并使用读写函数进行数据的发送 和接收。同时，还可以使用事件驱动的方 式处理串口数据接收和发送。
点，降低了系统成本和维护成本。
增强通信稳定性
03
相对于并行通信，串行通信具有更强的抗干扰能力，能够保证
数据的行通信接口的定义
串行通信接口
串行通信接口是一种数据传输方式， 通过串行方式逐位传输数据，实现微 机系统之间的信息交换。
串行通信接口的作用
串行通信接口在微机系统中扮演着重 要的角色，它能够实现不同设备之间 的数据传输和信息交换，是微机系统 之间进行通信的关键接口。
04 微机系统串行通信接口的 应用
串行通信接口在数据采集中的应用
数据采集
串行通信接口可以用于从各种传感器和设备中采集数据，如 温度、湿度、压力、流量等。通过串行通信，微机系统可以 接收来自传感器的实时数据，并进行处理和分析。
数据转换
在数据采集过程中，串行通信接口可以用于将模拟信号转换 为数字信号，或将数字信号转换为模拟信号。这种转换功能 使得微机系统能够更好地处理和解析来自不同类型传感器的 数据。
RS-485是一种改进型的串行通信接口 标准，采用差分信号传输方式，具有 更强的抗干扰能力和更远的传输距离。
串行通信接口的协议
异步协议
串行接口教程串行通讯的概念
（2）数据发送与接收线： 发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。 接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。 （3）地线 有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线，无方向。
奇偶校验
奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如： 1 0110，0101 0 0110，0001 偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，如： 1 0100，0101 0 0100，0001
1.电气特性
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在TxD和RxD上：逻辑1(MARK) =-3V～-15V 逻辑0(SPACE)=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压) = -3V～-15V
TTLRS232转换芯片
连接器的机械特性
串口通信基本接线方法
9针串口（DB9）
25针串口（DB25）
针号
功能说明
缩写
针号
功能说明
缩写
1
数据载波检测
DCD
8
数据载波检测
DCD
2
接收数据
RXD
3
接收数据
RXD
3
发送数据
TXD
2
发送数据
TXD
4
数据终端准备
DTR
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第4.3 串行通信
图4―18 FSK调制法原理图
第4.3 串行通信
4.数据终端与调制器的接口 调制后的信号与数据终端连接时,经常使用EIA RS-232C接口。它是目前最常用的1种串行通信接 口。这是1种有25(或9个)个管脚的D型连接器,不 但它的每一个管脚的规定是标准的,而且对各种信 号的电平规定也是标准的,因而便于互相连接。其 最基本的最常用的信号规定如图4―19所示。
图4―15 通讯信号示意图
第4.3 串行通信
图5―16 数字信号通过电话线传送产生的畸变
第4.3 串行通信
因此要在发送端用调制器(Modulator)把数字信号 转换为模拟信号,在接收端用解调器(Demodulator)检 测此模拟信号,再把它转换成数字信号,如图4―17所示。
FSK(Frequency Shift Keying)是1种常用的调制方 法,它把数字信号的“1”与“0”调制成不同频率的模拟 信号,其工作原理如图4―18所示。
每1位二进制位的传送时间Td就是波特率的倒数， 例如上例中 Td=1/1200=0.833ms 2) 同步传送
在异步传送中,每1个字符都要用起始位和停止位作 为字符开始和结束的标志,占用了一定的时间。为了提 高传送速度,有时就去掉这些标志,而采用同步传送,即1 次传送1组数据。在这1组数据的开始处要用同步字符 SYN来加以指示,如图4―13所示。
第4.3 串行通信
图4―10 (a)并行通信；
(b)串行通信
第4.3 串行通信
串行通信可分为异步传送和同步传送两种基本 方式。
1)异步传送方式 异步传送的特点是数据在线路上的传送不连续。 在传送时,数据是以一个字符为单位进行传送的。 它用一个起始位表示字符的开始,用停止位表示字 符的结束。异步传送的字符格式如图4―11(a)所 示。
单工方式
半双方式
第4.3 串行通信
全双工方 式
图5―14 (a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式
第4.3 串行通信
3.信号的调制和解调 计算机通信是1种数字信号的通信,如图4―15所示。 它要求传送线的频带很宽,而在长距离通讯时,通常
是利用电话线来传送的,该线不可能有这样宽的频带。 如果用数字信号经过传送线直接通讯,信号就会畸变, 如图4―16所示。
并行通信是构成1组数据的各位同时进行传送，例如 8位数据或16位数据并行传送。其特点是传输速度快, 但当距离较远、位数又多时导致了通信线路复杂且成 本高。
第4.3 串行通信
串行通信是数据一位接一位地顺序传送。其特点 是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现通信(如 电话线)，从而大大地降低了成本,特别适用于远距离 通信。缺点是传送速度慢。 图4―10为以上两种通信方式的示意图。由图4―10 可知,假设并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传 送的时间至少为NT,实际上总是大于NT的。
第4.3 串行通信
图4―12 传送ASCII码字符‘5’的波形图
第4.3 串行通信
在串行异步传送中,CPU与外设之间事先必须约定(协议)： ①字符格式。
双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始 位和停止位的规定。例如用ASCII码通信，有效数据为7位, 加1个奇偶校验位、1个起始位和1个停止位共10位。当然停 止位也可大于1位。 ②波特率(Baudrate)。
以是1位、1位半或2位。
第4.3 串行通信
图4―11 (a)字符格式； (b)有空闲位的字符格式
第4.3 串行通信
例如，采用串行异步通信方式传送ASCII 码字符‘5’，规定为7位数据位，1位偶校验位， 1位停止位，无空闲位。
由于‘5’的ASCII码为35H，其对应7位数 据位为0110101，如按低位在前、高位在后顺 序排列应为1010110。前面加1位起始位，后面 配上偶校验位1位0，最后面加1位停止位1，因 此传送的字符格式为0101011001，其对应的波 形如图4―12所示。
第4.3 串行通信
图4―19 RS-232C的引脚图
第4.3 串行通信
其次,标准的另1个重要的含义是这些信号的 电气性能也是标准的。对各种信号的规定如下：
(1) 在TXD和RXD线上： MARK(即表示为1)=-3~-25V SPACE(即表示为0)=+3~+25V
(2)在 R TS.C TS.D SP .D TR .C D等线
第4.3 串行通信
• 一个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和 停止位4个部分组成（一帧数据）。
• 起始位为0信号占1位；其后接着的就是数据位, 它可以是5位、6位、7位或8位，传送时低位在 先、高位在后；
• 再后面的1位为奇偶校验位,可要也可以不要； • 最后是停止位,它用信号1来表示字符的结束,可
波特率就是数据的传送速率,即每秒钟传送的二进制位数, 单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间存在如下 关系：波特率=（位/字符）×（字符/秒）=位/
要求发送端与送的速率为120字符/秒,而每1个字符 为10位,那么传送的波特率为
10位/字符×120字符/秒=1200位/秒=1200波特
第4.3 串行通信
图4―13 同步传送
第4.3 串行通信
2.数据传送方向 串行通信的数据传送方向有3种形式。
(1)单工方式。 如图4―14(a)所示,A端为发送站,B端为接收站,数 据仅能从A站发至B站。 (2)半双工方式。 如图4―14(b)所示,数据既可从A站发送到B站,也可 以由B站发送到A站。不过在同一时间只能作1个方向 的传送。 (3)全双工方式。 如图4―14(c)所示,每个站(A、B)既可同时发送,也 可同时接收。
上： ON=+3~+25V
43 串行通信接 口
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4.3 串行通信接口
第4.3 串行通信
4.3.1 串行通信的基本知识
1.并行通信与串行通信
在实际应用中,不但计算机与外部设备之间常常要进 行信息交换,而且计算机之间也需要交换信息,所有这些 信息的交换均称为“通信”。
通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。