串行通信及接口电路
第10章串行通信
串行通信的异步传输模式
•以字符为基本通信单位 •起始位标志着每一个字符的开始 •停止位标志着每一个字符的结束
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串行通信的异步传输模式
平时通信线处于空闲状态（“1”状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0”，称为起始位；
接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、
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例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000
x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1
110101
010110 -- 7
0111011 -- 2
101100 -- 8
110101
在简单的控制系统中，大都采用异步方式。 在许多对数据交换量不大的系统，也采用异步方式。 数据通信系统中采用同步方式。
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串行异步通信的传输制式
单工：仅在一个方向上的数据传送。 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时间
只能在一个方向上。 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
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串行异步通信的同步
然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数据 位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大于一 位数据传送时间。就不会发生错误。
因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个时 钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要有同 一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较低。
两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位），并 且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始位）。
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串行通信的校验----奇偶校验
在异步通信的格式中，可以包含一位校验位（奇、 偶校验）。
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。
03
02
特点
04
数据传输距离较远。
数据传输线少，成本低。
05
06
适用于不同设备之间的通信。
串行通信接口的重要性
01
02
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。
微机原理第八章 串行通信及串行接口
1. 可编程串行接口典型结构
✓状态寄存器
✓控制寄存器
✓数据输入寄存器--串行输入/并行 输出移位寄存器
✓数据输出寄存器--并行输入/串行 输出移位寄存器
2. 串行通信基本概念
在串行通信时，数据和联络信号使用同一条信号线 来传送，所以收发双方必须考虑解决如下问题： ❖ 波特率---双方约定以何种速率进行数据的发送和接收 ❖ 帧格式---双方约定采用何种数据格式 ❖ 帧同步---接收方如何得知一批数据的开始和结束 ❖ 位同步--- -接收方如何从位流中正确地采样到位数据 ❖ 数据校验--- -接收方如何判断收到数据的正确性 ❖差错处理---收发出错时如何处理 收发双方必须遵守一些共同的通信协议才能解决上述问题。
串行通信适于长距离、中低速通信
并行通信
将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。
D0 0
D1 1
D2 0
源
D3 1
D4 D5
0 1
D6 1
D7 0
D0 D1 D2 D3 目 D4 的 D5 D6 D7
数据的各位同时由源到达目的地 → 快 多根数据线 → 短距离（远程费用高）
并行通信适于短距离、高速通信
工作方式下。
（8）错误检测 • 传输错误 • 覆盖错误
二、 接口与系统的连接
从结构上，可把接口分为两个部分，其中和 外设相连的接口结构与具体外设的传输要求及数 据格式相关，因此，各接口的该部分互不相同； 而与系统总线相连的部分，各接口结构类似，一 般都包括：
1． 总线收发器和相应的逻辑电路
2． 联络信号逻辑电路
接收端需要一个时钟来测定每一位的
时间长度。
波特率/位传输率---每秒传输的离散信号 的数目/每秒传输的位数。 波特率因子---
can通讯接口电路原理
can通讯接口电路原理
CAN（Controller Area Network）通信接口电路原理是一种常
用的串行通信协议，用于在汽车电子系统以及其他工业控制领域中进行数据传输和通信。
其原理如下：
1. 差分信号传输：CAN通信使用差分信号传输，即同时传输
两个信号（CAN_L和CAN_H），分别代表0和1的状态。
这种差分信号传输可以有效地抵抗电磁干扰和噪声，提高通信的可靠性。
2. 线路结构：CAN通信采用双线结构，即CAN_H和CAN_L
两根线，分别用于数据传输和信号接收。
CAN总线上可以连
接多个节点，形成一个总线网络。
3. 帧格式：数据传输使用帧格式，每个帧包含一个标识符、数据、控制域和错误校验码。
标识符用于识别不同的数据包，数据用于传输实际的信息，控制域用于描述帧的类型和数据长度，错误校验码用于检测数据传输的正确性。
4. 碰撞检测：当多个节点同时发送数据时，可能发生碰撞，会导致数据传输错误。
CAN通信使用了非阻塞的仲裁机制，通
过在传输过程中不断检测总线上的信号来解决碰撞问题，高优先级的节点可以在传输过程中抢占总线。
5. 错误检测和纠正：CAN通信使用了CRC（循环冗余校验）
来检测和纠正错误。
每个节点在接收到数据后会进行CRC校验，如果数据错误，则会进行重传。
综上所述，CAN通信接口电路实现了差分信号传输、双线结构、帧格式、碰撞检测和仲裁机制以及错误检测和纠正功能，从而实现了可靠的数据传输和通信。
RS232与RS485串行接口转换电路及编程实现
RS232与RS485串行接口转换电路及编程实现RS232和RS485都是串行通信接口，但它们在信号电平、传输距离和通信方式等方面有所不同。
RS232是一种单向通信的接口，常用于连接个人计算机和外部设备，如打印机、调制解调器等，信号电平为正负12V。
而RS485是一种半双工通信的接口，常用于远距离和多点通信，信号电平为正负2-6V。
为了实现RS232与RS485之间的转换，我们需要使用特定的电路和编程实现。
电路设计：1.信号电平转换：由于RS232和RS485的信号电平不同，所以我们需要使用电平转换电路将RS232的正负12V转换为RS485的正负2-6V。
这可以通过使用MAX202芯片来实现。
MAX202芯片是一个双向转换器，可以将RS232信号转换为RS485信号。
2.数据方向控制：RS485是一种半双工通信接口，需要通过数据方向控制线来实现发送和接收的切换。
可以使用一个双四极开关（如74HC4053）来控制数据方向。
其中A路和B路分别连接到RS485的A线和B线上，控制端连接到MCU的IO口。
3.电源供电：RS485通信线需要提供独立的5V供电，可以使用一个稳压芯片（如LM7805）来为RS485提供稳定的电源。
编程实现：1.初始化串口：在MCU上初始化串口，设置波特率、数据位、停止位等参数。
根据不同的MCU，具体的初始化方法会有所不同。
2.设置数据方向：根据发送或接收操作，通过控制IO口的电平来控制数据方向，将数据发送到RS485或从RS485接收数据。
3.发送数据：将要发送的数据写入串口缓冲区，并发送出去。
4.接收数据：通过轮询串口缓冲区检查是否有数据到达，若有数据则读取并进行相关处理。
总结：通过以上电路设计和编程实现，我们可以实现RS232与RS485之间的串行接口转换。
这样可以实现单向通信接口与远距离多点通信接口之间的互联。
在实际应用中，我们需要根据具体的系统需求和MCU的特性进行具体的电路和编程设计。
binbin详解第7章-串行输入输出接口电路
5. 信号的调制和解调
利用电话信道（频带宽度通常为 利用电话信道（频带宽度通常为300～3400Hz）进行远距离传输，为完 ～ ）进行远距离传输， 成传输数字信号，通常把数字信号的“ 或 成传输数字信号，通常把数字信号的“0”或“1”转换成较高的不同频率的模拟 转换成较高的不同频率的模拟 信号，而在接收端再将该模拟信号转换成数字信号。前一种转换称为调制， 调制 信号，而在接收端再将该模拟信号转换成数字信号。前一种转换称为调制，后 一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备叫做调制解调器（Modem） 一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备叫做调制解调器（Modem）。 解调 调制解调器
波特率与字符的传送速率不同： 波特率与字符的传送速率不同：
波特率是每秒钟传送的二进制位数，传送率是每秒钟传送的字符个数， 波特率是每秒钟传送的二进制位数，传送率是每秒钟传送的字符个数，二 者之间存在如下关系： 者之间存在如下关系：
波特率=位 字符 字符/秒 位 秒 字符× 波特率 位/字符×字符 秒=位/秒
串行通信按通信的格式分为：异步通信和同步通信。 串行通信按通信的格式分为：异步通信和同步通信。
通信协议：通信的双方约定，何时开始发送， 通信协议：通信的双方约定，何时开始发送，何时发送完毕以及双方的 联络方式、正确与否等。 联络方式、正确与否等。
串行通信及接口电路
串行通信及接口电路1. 串行通信的概念串行通信是一种数据传输的方式，它将数据逐位地按照一定顺序传输，相比于并行通信的方式，串行通信只需使用一个通信线路传输数据。
在串行通信中，每个数据位被顺序发送，并且在接收端被顺序接收和重组。
串行通信的优点是可以节省通信线路的数量，但其传输速度相对较慢。
2. 串行通信的应用串行通信广泛应用于各种领域，包括计算机通信、网络通信、工业控制等。
它可以用于长距离通信，如在局域网或广域网中传输数据。
此外，串行通信还常用于外设与主机之间的通信，如串行口和串行外设之间的通信。
3. 串行通信的协议串行通信的实现需要一定的协议来确保数据的可靠传输。
常见的串行通信协议包括UART（通用异步收发器），SPI（串行外设接口）和I2C（双线串行通信接口）。
这些协议都定义了数据的传输规则、时序要求以及错误处理机制，以确保数据的准确性和完整性。
3.1 UARTUART是一种使用异步传输方式的串行通信协议。
它通过发送方和接收方之间的单个通信线路进行数据传输。
UART协议定义了数据的起始位、数据位、停止位和校验位等信息。
发送端根据这些信息将数据发送给接收端，并且接收端根据这些信息识别数据的边界和校验数据的正确性。
3.2 SPISPI是一种同步传输方式的串行通信协议，它使用一对数据线（Master Out, Slave In - MOSI 和 Master In, Slave Out - MISO）以及时钟线（SCLK）进行通信。
SPI协议由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备通过时钟信号控制从设备进行数据传输。
SPI协议定义了数据的传输时序，通过时钟的上升沿和下降沿进行数据采样和传输。
3.3 I2CI2C是一种双线串行通信接口，它使用两条线路（串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL））进行通信。
I2C协议由主设备（Master）和从设备（Slave）组成，主设备通过时钟信号控制从设备进行数据传输。
【整理】常用通信接口一（串口、RS232、RS485、USB、TYPE-C原理与区别）
【整理】常⽤通信接⼝⼀（串⼝、RS232、RS485、USB、TYPE-C原理与区别）By bingge 【整理】常⽤通信接⼝⼀（串⼝/RS232/RS485/USB/TYPE-C 原理与区别）⼀、什么是串⼝通信常见的串⼝通信⼀般是指异步串⾏通信。
与串⾏通信相对的是并⾏通信。
数据传输⼀般都是以字节传输的，⼀个字节8个位。
拿⼀个并⾏通信举例来说，也就是会有8根线，每⼀根线代表⼀个位。
⼀次传输就可以传⼀个字节，⽽串⼝通信，就是传数据只有⼀根线传输，⼀次只能传⼀个位，要传⼀个字节就需要传8次。
异步串⼝通信:就只需要⼀根线就可以发送数据了。
串⼝通信主要为分232，485，422通信三种⽅式。
⼆、RS232接⼝标准设计电路232通信主要是由RX,T X,G ND 三根线组成。
RX 与TX ，TX 接RX ，GND 接GND 。
这样还是⽐较好理解吧。
因为发送和接收分别是由不同的线处理的，也就是能同时发送数据和接收数据，这就是所谓的全双⼯。
By bingge三、RS485EMC 标准设计电路1.RS485概念是为了解决232通信距离的问题。
485主要是以⼀种差分信号进⾏传输，只需要两根线，+,-两根线，或者也叫A ，B 两根线。
A ，B 两根线的差分电平信号就是作为数据信号传输。
发送和接收都是靠这两根的来传输，也就是每次只能作发送或者只能作接收，这就是半双⼯的概念了，这在效率上就⽐232弱很多了。
RS-485只能构成主从式结构系统，通信⽅式也只能以主站轮询的⽅式进⾏，系统的实时性、可靠性较差；By bingge2.422通信422是为了保留232的全双⼯，⼜可以像485这样提⾼传输距离。
有些标注为485-4。
⽽485就标注为485-2。
有什么区别呢。
就是为了好记呢。
485-2就是2根线。
485-4就是4根线。
3.RS232与RS485接⼝的差别由于RS232接⼝标准出现较早，难免有不⾜之处，主要有以下四点：1）接⼝的信号电平值较⾼，易损坏接⼝电路的芯⽚，⼜因为与TTL 电平不兼容故需使⽤电平转换电路⽅能与TTL 电路连接。
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4. 波特率因子
F（时钟频率）＝波特率因子＊波特率
波特率因子: 数据传输率（波特率）与时钟频率之间的比 例系数.
给定时钟频率，选择不同的波特率因子可得到不同的波特 率。 例如：f = 19.2 kHz，若选波特率因子为16，则波特率 为1200 bps。
若选定波特率因子和波特率，则相应的确定了对时钟频率 的要求。
标准 波特率系列：50，75，110，150，300， 600，1200，……
现在的电话网是模拟通信系统，它是为传输话音信息 而设计的。要在电话网上传送数字信号，必须经过调 制和解调。
实现调制和解调两个过程的设备称为“调制解调器” （Modulator Demodulator－Modem）
同步字符（SYN1) 同步字符（SYN2)
数据（DATA)/HDLC帧格式： 假定数据长度为2048位，
通信效率为：2048/（2048＋48）＝97% 协议开销仅为3％ 一般公式：SDLC/HDLC协议开销＝1.0－N/(N+48)，其中 N为发送数据的比特数。
Synchronous and Asynchronous Operation
Synchronous 5-8 Bit Characters ； Internal or External Character Synchronization； Automatic Sync Insertion
(5) 波特率：异步：DC-19.2K；同步：DC-64K。
(6) 全双工、双缓冲器发送和接收。
(7) 差错检测：具有奇偶错、溢出错和帧格式错等差错 检测电路。
(8) 28脚双列直插式封装。
(9) 全部输入输出与TTL电平兼容；单一+5V电源；单一 TTL电平时钟；
Intel 8251A
PROGRAMMABLE COMMUNICATION INTERFACE
按数字信号的 值改变载波信 号的频率
按数字信号的 值改变载波信 号的相位
3. 发送时钟和接收时钟
CLK(主时钟)
数据输入寄存器 输入移位寄存器
RxC
接收时钟
÷1，÷16，÷32 数据输出寄存器
输出移位寄存器
TxC ÷1，÷16，÷32
发送时钟
RxD（串行数据输入） 输入移位脉冲
TxD（串行数据输出）
1200＊16＝19200（时钟频率）→若外部时钟电路的频率F ＝1MHz，需用8253分频，试计算分频系数（8253的计数初 值）＝？ 8253计数初值＝时钟频率／(波特率＊波特率因子)
8251
外部的 时钟电路
1MHz
8253 CLK OUT
19.2KHz
÷1，÷ 16，…
N分频
移位脉冲
5.异步方式与同步方式
方法：选取音频范围某一频率的正（余）弦模拟信号 作为载波，用以运载所要传送的数字信号。
用传送的数字信号改变载波信号的幅值、频率或相位， 使之在信道上传送；
到达信道另一端，再将数字信号从载波中取出。
0 1 1 0 1 0 00 1 数字信号 (a)调幅 (b)调频
(c)调相
按数字信号的 值改变载波信 号的幅度
但在其他一些场合 (例如通信中采用的“相一幅”复合 调制技术),一个“符号”的信息含量就不是一个比特， 此时，波特率就不等于比特率。
4种相位（0，90，180，270） →实现 3位/信号码元 调制
每种相位有两种振幅值
900
101
001
1800
00
110 010
000 100
011 111 2700
标志
地址
01111110 8位
控制 8位
数据场
CRC 8位
CRC
标志
8位 01111110
15.5 可编程串行通信接口8251A
Intel 8251A是通用同步/异步收发器USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter） ， 它是专为Intel 微处理器设计的，可用作CPU和串行外 设的接口电路。
(1) 异步方式（Asynchronous）：也称“起止同步式”。 串行异步传输数据格式：
停止位或 空闲位
第n个字符 低位
高位
第n+1个字符 空闲位
1… 1
0
1/0 11…1 0 1/0
起始位
5-8位数据位
奇偶校验 1、1 1 或2位停止位 2
（2）同步方式（Synchronous）
串行同步通信信息格式
设备A Data flow 发送器
设备B 接收器
(2) 半双工（Half Duplex）
特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送 绝不能同时进行。【双向，但不同时】
设备A
发送器/ 接收器
Data flow
设备B
接收器/ 发送器
(3) 全双工（Full Duplex）
特点：能够在两个方向同时进行数据传送。
设备A
发送器/ 接收器
设备B
接收器/ 发送器
2. 数据传输率
每秒传输的二进制位数，单位为bps（bit per second ）也 称比特率。
波特率―――每秒传输的“符号”（也称信号码元— Signal Element）的个数。
【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】
在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种电平， 分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符号的信息量为 1比特，此时波特率与比特率刚好一致。
第15章 串行通信及接口电路
15.1 串行通信的基本概念
15.1.1 串行通信的特点：
数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地
传送；
节省传输线（优点）； 数据传输率较低（缺点）； 主要适用于长距离、低速率的通信中。
15.1.2 串行通信涉及的常用术语
1. 单工、半双工和全双工(数据通信的方向性结构） (1)单工（Simplex) 特点：仅能进行一个方向的数据传送
15.5.1 8251A的基本性能 (1) 可用于同步和异步传送。 (2) 同步传送：5～8位/字符；内部或外部字符同步；
可自动插入同步字符。
(3) 异步传送： 5～8位/字符；时钟速率为通信速率 的1、16、64倍。
(4) 异步传送时，可产生中止字符（BreakCharacter）； 可产生1、1.5、或2位的停止位；可检测假起始位； 可自动检测和处理中止字符。