各种标准串行通讯接口.ppt
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(2)有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，
收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流 并产生压降。
(3)抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程
中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、 RS-232C接口 二、 RS-422A接口 三、 RS-485接口 四、 20mA电流环串行接口
五、 各种串行接口性能比较
传输特点
电气特性
电平转换
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、RS-232C接口 RS-232是由美国电子工业协会（EIA）于1962年制定 的标准。定义数据终端设备（DTE）和数据通讯设备 （DCE）之间的串行接口标准。
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
80C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
图13-12是一个由集成芯片构成的20mA电流环接口线路图。
距离可达1000米
发送方
接收方
五、 各种串行接口性能比较 现将RS-232C、RS-422A、RS-485、20mA电流环各串行接口性
能列在表13-5中，以便比较。 P343
13.1.2 MCS-51单片机双机串行通讯接口
一、 双机通讯硬件接口设计 根据MCS-51的双机通讯距离，抗干扰性的要求，可选择TTL电
一、复习第七章的MCS-51串口的知识 二、各种标准串行通讯接口 三、 MCS-51单片机双机串行通讯接口 四、 MCS-51单片机多机串行通讯接口 五、 PC机与MCS-51的点对点的串行通讯接口 六、 PC机与多个MCS-51单片机的串行通讯接口
第13章 MCS-51的串行通讯技术
13.1 MCS-51单片机的串行通讯接口技术 MCS-51串行口的输入、输出均为TTL电平,抗干扰性差，传 输距离短。 为提高串行通讯的可靠性，增大串行通讯的距离，采用标 准串行接口：RS-232、RS-422A、RS-485等标准。
平传输，或选择RS-232C、RS-422A、RS485串行接口进行 串行数据传输。
1．TTL电平通讯接口 如果两个MCS-51单片机相距在
几米之内，它们的串行口可 直接相连，从而直接用TTL 电平传输方法来实现双机通 讯。如图13-13所示。
2．RS-232C双机通讯接口 如果双机通讯距离在30米之内，可利用RS-232C标准接口实现
器和接收器，采用+5V电源供电。图13-6，图13-7给出电 平转换芯片SN75174、SN75175内部结构及引脚图。
TTL电平与RS-422A电平转换电路如图13-8所示。
三、RS-485接口
RS-485是RS-422A的变型，它与RS-422A的区别在于：RS422A为全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485 为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485对于多 站互连是十分方便的。RS-485标准允许最多并联32台 驱动器和32台接收器。
工作原理如图13-11所示。
20mA电流环串行通讯接口的最大优点是低阻传输线对电气噪 声不敏感，且易实现光电隔离。因此，在长距离传送时， 要比RS-232C优越的多。电流环在低速数传率传输时，传 输距离可达1000米。
由于20mA电流环是一种异步串行接口标准，所以在每次发送 数据时必须以无电流的起始作为每一个字符的起始位，接 收端检测到起始位时便开始接收字符数据。
TTL 电平
双向仅需2条线
TTL 电平
1. 电气特性 RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑
“1”和逻辑“0”，由于收发方需要两根传输线。数据采 用差分传输，所以干扰抑制性好。又因无接地问题，所以 传输距离可达1200米，传输速率可达10Mbit/s
总线两端接匹配电阻(1000Ω左右)，驱动器负载 为54Ω。驱动器输出电平在－1.5V以下时为逻辑“1”， 在＋1.5V以上时为逻辑“0”。接收器输入电平在－0.2V 以下时为逻辑“1”，在＋0.2V以上为逻辑“0”。
mcs51单片机双机串行通讯接口一复习第七章的mcs51串口的知识第十三章mcs51的串行通信技术pc机与多个mcs51单片机的串行通讯接口第13章mcs51的串行通讯技术131mcs51单片机的串行通讯接口技术mcs51串行口的输入输出均为ttl电平抗干扰性差传输距离短
第十三章 MCS-51的串行通信技术
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
为了起到隔离、抗干扰的作用，图13-15中收、发两端都 必须使用两组独立的电源。
4．RS-485双机通讯接口 RS-422A双机通讯需四芯传输线，这对长距离通讯是
很不经济的，故在工业现场，通常采用双绞线传 输的RS-485串行通讯接口。 这种接口很容易实现多机通讯。图13-16给出了其RS485双机通讯接口电路。 由图13-16可知：RS-485以双向、半双工的方式实现 了双机通讯。在8031系统发送或接收数据前，应 先将75176的发送门或接收门打开，当P1.0=1时， 发送门打开，接收门关闭；当P1.0=0，接收门打 开，发送门关闭。
RS-485点对点远程通讯电路如图13-10所示。
四、 20mA电流环串行接口 目前串行通讯中广泛使用的一种接口电路，但未形成正式标准。
该接口要比RS-232C接口简单的多，它只有4根线：发送 正、发送负、接收正和接收负四根线组成一个输入电流回路、 一个输出电流回路。
当发送数据时，根据数据的逻辑1、0，有规律的使回路 形成通、断状态，即环路中无电流表示逻辑“0”，有20mA电 流表示逻辑“1”。
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
C1
1uF
1
3
U2
C1+
11 12 10
9
T1IN R1OUT T2IN R2OUT
C2+
C1-
T1OUT R1IN
T2OUT R2IN
14 13 7 8
VS+ VS-
2 6
C2-
C3
4
C2 5
二、 双机通讯软件编程P345
读懂通信协议 及握手协议。
校验和？
13.1.3 MCS-51单片机多机串行通讯接口
利用串行口实现多机通讯的工作原理，已在第7章中作过介绍。 下面首先介绍多机通讯的接口设计。
1.TTL电平多机串行通讯 当一台主机与多台从机之间距离较近时,可直接采用TTL电平进
行多机通讯，多机通讯的连接方式如图13-17所示。 由于8031单片机P3口可带4个LSTTL，故在图13-17中，N的取值
+5V
双向需4条线
TTL 电平
SN75扰和噪声（以共模形式出 现），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号并正确接 收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。
因此，RS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输 率为10Mbit/s，在此速率下，电缆允许长度为12m，如果采 用较低传输速率时，最大传输距离可达1200m。
普通的PC机一般不带RS-485接口，因此要使用RS232/RS-485转换器。对于单片机可以通过芯片MAX485来 完成TTL/RS-485的电平转换。
2. 电平转换 在RS-422A标准中所用的驱动器和接收器芯片，在 RS-485中
均可以使用。
除了RS-422A电平转换中所列举 的驱动器和接收器外，还有收 发器SN75176芯片，该芯片集 成了一差分驱动器和一差分接 收器 ，如图13-9所示。 SN75176的功能见表13-4。
点对点的双机通讯，接口电路如图13-14所示。
3．RS-422A双机通讯接口 为了增加通讯距离，减小通道及电源干扰，可以在
通讯线路上采用光电隔离的方法，利用RS-422A标 准进行双机通讯，接口电路如图13-15所示。
在图13-15中，每个通道的接收端都接有三个电阻R1、R2、 R3。
其中R1为传输线的匹配电阻，取值范围在50Ω～1KΩ之 间，其他两个电阻是为了解决第一个数据的误码而设置的 匹配电阻。
RS-422A电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器 四部分组成。在电路中规定只许有一个发送器，可以有多个 接收器。
该标准允许驱动器输出为±2～±6V，差分接收器可以检测的输 入信号电平可低到200mV。
2. 电平转换 TTL电平转换成RS-422A电平的常用芯片:SN75174、MC3487等。 RS-422A电平转换成TTL电平的常用芯片:SN75175、MC3486等。 SN75174、SN75175是分别是具有三态输出的单片四差分驱动
1uF MAX232
1uF
RXD TXD RTS CTS
C4
1uF
J1
1 6 2 7 3 8 4 9 5
2： TXD
3： RX D
CONN-D9F
3.采用RS-232C接口存在的问题 (1)传输距离短，传输速率低
RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离 一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传 送速率为20Kbps。
设计电阻的 大小
13.1.4 PC机与MCS-51的点对点的串行通讯接口
一、硬件接口设计 如前所述, 通常PC机都配有RS-232C串行标准接口，有效通
由于芯片内部有自升压的电平倍增电路，将+5V转换成10V-+10V，满足RS-232C的逻辑“1”和逻辑“0”的电平要求。 工作时仅需单一的+5V电源。其片内有2个发送器，2个接收器， 有TTL信号输入/RS-232C输出的功能，也有RS-232C输入/TTL 输出的功能。 该芯片与TTL/CMOS电平兼容，使用比较方便。 使用MAX232实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路如图13-5 所示。
二、 RS-422A接口 RS-232C虽然应用很广泛，但其推出较早，在现代网络通 讯中已暴露出明显的缺点： 传输速率低、通讯距离短、接口处信号容易产生串扰等。 因此，EIA又制定了RS-422A标准。 RS-232C即是一种电气标准，又是一种物理接口功能标准， 而RS-422A仅仅是一种电气标准。PC机不带RS-422A接口，因 此要使用RS-232/RS-422A转换器，把RS-232C接口转换成RS422A接口。
1. 电气特性
RS-422A与RS-232C的主要区别是，收发双方的信号地不再共 地，RS-422A标准规定平衡驱动和差分接收的方法。
输入同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱 动器的反相信号。当一个表示逻辑“1”时，另一条一定 为逻辑“0”。
SN75174
+5V SN75175
TTL 电平
图13-1是两台计算机利用MODEM、电话线进行远距离 串行通讯的示意图，DTE为计算机，DCE的典型代表是 MODEM。
发送数据 接收数据
图13-2为RS-232C的“D”型9针插头的引脚定义。
1. 电气特性 RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称。 逻辑“1”：－3～－15V； 逻辑“0”：＋3～＋15V。 RS-232C标准的信号传输的最大电缆长度为30米，最高数传速
率为20kbit/s。 2. 电平转换 由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容，所以两者对接时，必
须进行电平转换。 常用的转换芯片有MAX232C、MC1488、MC1489。各厂商生产 的此类芯片虽然不同，但原理相似。
以美国MAXIM公司的产品MAX232为例。它是RS-232C双工发送器 /接收器接口电路芯片，其外部引脚如图13-3，内部结构及 外部元件如图13-4所示。
范围应为N4。如果N>4，则P3口应加驱动电路。
2. 20mA电流环多机串行通讯接口 用TTL电平进行多机通讯时，有效通讯距离约几米左右，这在
实际中往往不能满足要求。 可采用20mA电流环进行多机通讯，不仅提高了抗干扰能力，
而且可实现远距离通讯。 20mA电流环串行多机通讯原理电路如图13-18所示。
收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流 并产生压降。
(3)抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程
中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、 RS-232C接口 二、 RS-422A接口 三、 RS-485接口 四、 20mA电流环串行接口
五、 各种串行接口性能比较
传输特点
电气特性
电平转换
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、RS-232C接口 RS-232是由美国电子工业协会（EIA）于1962年制定 的标准。定义数据终端设备（DTE）和数据通讯设备 （DCE）之间的串行接口标准。
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
80C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
图13-12是一个由集成芯片构成的20mA电流环接口线路图。
距离可达1000米
发送方
接收方
五、 各种串行接口性能比较 现将RS-232C、RS-422A、RS-485、20mA电流环各串行接口性
能列在表13-5中，以便比较。 P343
13.1.2 MCS-51单片机双机串行通讯接口
一、 双机通讯硬件接口设计 根据MCS-51的双机通讯距离，抗干扰性的要求，可选择TTL电
一、复习第七章的MCS-51串口的知识 二、各种标准串行通讯接口 三、 MCS-51单片机双机串行通讯接口 四、 MCS-51单片机多机串行通讯接口 五、 PC机与MCS-51的点对点的串行通讯接口 六、 PC机与多个MCS-51单片机的串行通讯接口
第13章 MCS-51的串行通讯技术
13.1 MCS-51单片机的串行通讯接口技术 MCS-51串行口的输入、输出均为TTL电平,抗干扰性差，传 输距离短。 为提高串行通讯的可靠性，增大串行通讯的距离，采用标 准串行接口：RS-232、RS-422A、RS-485等标准。
平传输，或选择RS-232C、RS-422A、RS485串行接口进行 串行数据传输。
1．TTL电平通讯接口 如果两个MCS-51单片机相距在
几米之内，它们的串行口可 直接相连，从而直接用TTL 电平传输方法来实现双机通 讯。如图13-13所示。
2．RS-232C双机通讯接口 如果双机通讯距离在30米之内，可利用RS-232C标准接口实现
器和接收器，采用+5V电源供电。图13-6，图13-7给出电 平转换芯片SN75174、SN75175内部结构及引脚图。
TTL电平与RS-422A电平转换电路如图13-8所示。
三、RS-485接口
RS-485是RS-422A的变型，它与RS-422A的区别在于：RS422A为全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485 为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485对于多 站互连是十分方便的。RS-485标准允许最多并联32台 驱动器和32台接收器。
工作原理如图13-11所示。
20mA电流环串行通讯接口的最大优点是低阻传输线对电气噪 声不敏感，且易实现光电隔离。因此，在长距离传送时， 要比RS-232C优越的多。电流环在低速数传率传输时，传 输距离可达1000米。
由于20mA电流环是一种异步串行接口标准，所以在每次发送 数据时必须以无电流的起始作为每一个字符的起始位，接 收端检测到起始位时便开始接收字符数据。
TTL 电平
双向仅需2条线
TTL 电平
1. 电气特性 RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑
“1”和逻辑“0”，由于收发方需要两根传输线。数据采 用差分传输，所以干扰抑制性好。又因无接地问题，所以 传输距离可达1200米，传输速率可达10Mbit/s
总线两端接匹配电阻(1000Ω左右)，驱动器负载 为54Ω。驱动器输出电平在－1.5V以下时为逻辑“1”， 在＋1.5V以上时为逻辑“0”。接收器输入电平在－0.2V 以下时为逻辑“1”，在＋0.2V以上为逻辑“0”。
mcs51单片机双机串行通讯接口一复习第七章的mcs51串口的知识第十三章mcs51的串行通信技术pc机与多个mcs51单片机的串行通讯接口第13章mcs51的串行通讯技术131mcs51单片机的串行通讯接口技术mcs51串行口的输入输出均为ttl电平抗干扰性差传输距离短
第十三章 MCS-51的串行通信技术
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
为了起到隔离、抗干扰的作用，图13-15中收、发两端都 必须使用两组独立的电源。
4．RS-485双机通讯接口 RS-422A双机通讯需四芯传输线，这对长距离通讯是
很不经济的，故在工业现场，通常采用双绞线传 输的RS-485串行通讯接口。 这种接口很容易实现多机通讯。图13-16给出了其RS485双机通讯接口电路。 由图13-16可知：RS-485以双向、半双工的方式实现 了双机通讯。在8031系统发送或接收数据前，应 先将75176的发送门或接收门打开，当P1.0=1时， 发送门打开，接收门关闭；当P1.0=0，接收门打 开，发送门关闭。
RS-485点对点远程通讯电路如图13-10所示。
四、 20mA电流环串行接口 目前串行通讯中广泛使用的一种接口电路，但未形成正式标准。
该接口要比RS-232C接口简单的多，它只有4根线：发送 正、发送负、接收正和接收负四根线组成一个输入电流回路、 一个输出电流回路。
当发送数据时，根据数据的逻辑1、0，有规律的使回路 形成通、断状态，即环路中无电流表示逻辑“0”，有20mA电 流表示逻辑“1”。
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
C1
1uF
1
3
U2
C1+
11 12 10
9
T1IN R1OUT T2IN R2OUT
C2+
C1-
T1OUT R1IN
T2OUT R2IN
14 13 7 8
VS+ VS-
2 6
C2-
C3
4
C2 5
二、 双机通讯软件编程P345
读懂通信协议 及握手协议。
校验和？
13.1.3 MCS-51单片机多机串行通讯接口
利用串行口实现多机通讯的工作原理，已在第7章中作过介绍。 下面首先介绍多机通讯的接口设计。
1.TTL电平多机串行通讯 当一台主机与多台从机之间距离较近时,可直接采用TTL电平进
行多机通讯，多机通讯的连接方式如图13-17所示。 由于8031单片机P3口可带4个LSTTL，故在图13-17中，N的取值
+5V
双向需4条线
TTL 电平
SN75扰和噪声（以共模形式出 现），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号并正确接 收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。
因此，RS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输 率为10Mbit/s，在此速率下，电缆允许长度为12m，如果采 用较低传输速率时，最大传输距离可达1200m。
普通的PC机一般不带RS-485接口，因此要使用RS232/RS-485转换器。对于单片机可以通过芯片MAX485来 完成TTL/RS-485的电平转换。
2. 电平转换 在RS-422A标准中所用的驱动器和接收器芯片，在 RS-485中
均可以使用。
除了RS-422A电平转换中所列举 的驱动器和接收器外，还有收 发器SN75176芯片，该芯片集 成了一差分驱动器和一差分接 收器 ，如图13-9所示。 SN75176的功能见表13-4。
点对点的双机通讯，接口电路如图13-14所示。
3．RS-422A双机通讯接口 为了增加通讯距离，减小通道及电源干扰，可以在
通讯线路上采用光电隔离的方法，利用RS-422A标 准进行双机通讯，接口电路如图13-15所示。
在图13-15中，每个通道的接收端都接有三个电阻R1、R2、 R3。
其中R1为传输线的匹配电阻，取值范围在50Ω～1KΩ之 间，其他两个电阻是为了解决第一个数据的误码而设置的 匹配电阻。
RS-422A电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器 四部分组成。在电路中规定只许有一个发送器，可以有多个 接收器。
该标准允许驱动器输出为±2～±6V，差分接收器可以检测的输 入信号电平可低到200mV。
2. 电平转换 TTL电平转换成RS-422A电平的常用芯片:SN75174、MC3487等。 RS-422A电平转换成TTL电平的常用芯片:SN75175、MC3486等。 SN75174、SN75175是分别是具有三态输出的单片四差分驱动
1uF MAX232
1uF
RXD TXD RTS CTS
C4
1uF
J1
1 6 2 7 3 8 4 9 5
2： TXD
3： RX D
CONN-D9F
3.采用RS-232C接口存在的问题 (1)传输距离短，传输速率低
RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离 一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传 送速率为20Kbps。
设计电阻的 大小
13.1.4 PC机与MCS-51的点对点的串行通讯接口
一、硬件接口设计 如前所述, 通常PC机都配有RS-232C串行标准接口，有效通
由于芯片内部有自升压的电平倍增电路，将+5V转换成10V-+10V，满足RS-232C的逻辑“1”和逻辑“0”的电平要求。 工作时仅需单一的+5V电源。其片内有2个发送器，2个接收器， 有TTL信号输入/RS-232C输出的功能，也有RS-232C输入/TTL 输出的功能。 该芯片与TTL/CMOS电平兼容，使用比较方便。 使用MAX232实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路如图13-5 所示。
二、 RS-422A接口 RS-232C虽然应用很广泛，但其推出较早，在现代网络通 讯中已暴露出明显的缺点： 传输速率低、通讯距离短、接口处信号容易产生串扰等。 因此，EIA又制定了RS-422A标准。 RS-232C即是一种电气标准，又是一种物理接口功能标准， 而RS-422A仅仅是一种电气标准。PC机不带RS-422A接口，因 此要使用RS-232/RS-422A转换器，把RS-232C接口转换成RS422A接口。
1. 电气特性
RS-422A与RS-232C的主要区别是，收发双方的信号地不再共 地，RS-422A标准规定平衡驱动和差分接收的方法。
输入同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱 动器的反相信号。当一个表示逻辑“1”时，另一条一定 为逻辑“0”。
SN75174
+5V SN75175
TTL 电平
图13-1是两台计算机利用MODEM、电话线进行远距离 串行通讯的示意图，DTE为计算机，DCE的典型代表是 MODEM。
发送数据 接收数据
图13-2为RS-232C的“D”型9针插头的引脚定义。
1. 电气特性 RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称。 逻辑“1”：－3～－15V； 逻辑“0”：＋3～＋15V。 RS-232C标准的信号传输的最大电缆长度为30米，最高数传速
率为20kbit/s。 2. 电平转换 由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容，所以两者对接时，必
须进行电平转换。 常用的转换芯片有MAX232C、MC1488、MC1489。各厂商生产 的此类芯片虽然不同，但原理相似。
以美国MAXIM公司的产品MAX232为例。它是RS-232C双工发送器 /接收器接口电路芯片，其外部引脚如图13-3，内部结构及 外部元件如图13-4所示。
范围应为N4。如果N>4，则P3口应加驱动电路。
2. 20mA电流环多机串行通讯接口 用TTL电平进行多机通讯时，有效通讯距离约几米左右，这在
实际中往往不能满足要求。 可采用20mA电流环进行多机通讯，不仅提高了抗干扰能力，
而且可实现远距离通讯。 20mA电流环串行多机通讯原理电路如图13-18所示。