第11章串行通信接口总结
串行通信接口详细
数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同
时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻
进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。
A站
B站
发送器
接收器
接收器
特点：①每一端都有发送器和接收器 ②有二条传送线
应用：交互式应用，远程监测控制
发送器
（三）信号的调制和解调(远程通讯)
计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通 信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为 音频模拟信号的设计的。一般为300～3400Hz，不适合于数据 信号。
4 5 6 20
2.远距离连接（>15m）
4 5 6 20
1）需用MODEM和专用电话线
2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）
计 算 机
接 口
2
TXD RXD RTS
调
┇ CTS DSR
制 解
SG 调
DCD 器
调
制
专用电话线
解 调
器
TXD
RXD 2
RTS
终
CTS DSR ┇
SG
端
DCD
采用MODEM时RS-232信号线的使用
RS-485标准只对接口的电气特性做出规定(只规 定了平衡驱动器和接收器的电特性)，而不涉及 接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立 自己的高层通信协议。
RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输 电缆的特性阻抗。终接电阻接在传输总线的两端。 （大多数双绞线特性阻抗大约在100Ω至120Ω之 间）
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
串行通信接口4.4.1一基本概念⒈串行传送的特点①在一根传输线上即传送数据又传送联络信号。
②有固定的数据传输协议。
③线上的通信信号一般不是TTL电平，因此与CPU通信必需进行电平转换。
④传送信息的速率要求双方约定。
⒉数据传送方式单工：仅一方对另一方传送数据。
半双工：双方可相互传送数据，但不能在同一时刻进行。
全双工：双方在同一时刻都能进行传送和接收数据。
⒊调制解调器调制解调之间为拟模信号（两种不同频率），适用于远距离数据通信。
调制解调作用为：数字信号转换成模拟信号、模拟零MODEM方式：不需要调制解调器传输距离小于15米。
4．通信数据奇偶校验7位单位编码的字符后附1奇偶位，使整个字节的“1”个数为偶数或为奇数。
1 1 0 1 0 0 1 00 1 0 0 0 0 0 11 0 1 0 1 0 1 01 1 1 1 0 0 1 11 1 0 0 0 0 1 100 0 0 1 0 0 15．传输速率波特率：每秒时间内传送二进制数据的位数。
单位：（B/S）如1200B/S 2400B/S 4800BS 9600BS发送/接收时钟：数字波形的每一位需多个时钟支持，发送/接收时钟频率为每秒时间内所需采样时钟个数数。
波特因子：发送/接收1位数据所需的时钟个数。
发送/接收时钟频率=波特率*波特因子6．串行通信的基本方式异步串行通信方式：以字符为信息单位传送：1帧仅一个字符。
字符与字符之间异步：字符与字符之间随机传送。
位与位之间同步：位与位之间有严格的定时。
同步串行通信方式以字符块为信息单位传送：1帧成百上千个字符。
字符与字符之间同步：字符与字符之间有严格的定时。
位与位之间同步：位与位之间有严格的定时。
二串行通信数据格式1．异步通信数据格式起始位（1）数据位（5~8）效验位（0~1）停止位（1~2）2．数据位采样：3．同步通信数据格式双同步：同步码1 同步码2 数据块块效验单同步：同步码1 数据块块效验外同步：数据块块效验同步码为专用同步字符ASCII（26H）同步码为专用二进制码（01111110）同步通信解决在数据块中出现同码的问题，如在数据块中有01111110的数据，解决的办法为：发送时只要遇见连5个“1”插入一个“0”，接收时只要遇见连5个“1”删除紧跟后面一个“0”。
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。
11章 通信编程
第十一章 通信编程
第十一章 通信编程
① TCP Listen.VI
创建一个听着，并在指定的端口等待客户 端的TCP连接请求。 port：端口号； connection ID：TCP连接的标识号； remote address：显示和TCP连接的远程计 算机的IP地址；
注意：该节点只能应用于服务器。
第十一章 通信编程
第十一章 通信编程
弹出以下对话框：
Connect To：不论发布数据还是接收数据的 机器中，都填写发布数据机器的URL。 Connections Type：发布数据选择Publish； 接收数据选择Subscribe。
第十一章 通信编程
选中Enable选项。完成设置后，前面板对象 右上角出现一个链接指示灯。运行后指示灯亮。
注意：在上述程序运行前，必须先从Windows程 序菜单中打开DataSocket Sever。
第十一章 通信编程
发送数据前面板及框图程序：
第十一章 通信编程
接收数据前面板及框图程序：
第十一章 通信编程
11.2.5 使用DataSocket传输数据 ① 向DataSocket写数据
向指定的URL：dstp://202.197. 33.63/dssine 写数据。数据是一个周期的正弦波，其幅值可用 amplitude 调节。用error out作为while循环结 束条件，即出错即停止。
第十一章 通信编程
② TCP Open.VI
用指定的计算机和端口打开以TCP连接。 address：远端服务器地址； remote port：用户欲创建的TCP连接的端 口号；
注意：该节点只能应用于客户机服务器。
第十一章 通信编程
③ TCP Read.VI
零基础学单片机C语言程序设计 第11章 C51串行接口程序设计
（4）执行写发送缓冲器SBUF语句，示例如下：
SBUF=0x76;
//将0x76送入发送缓冲器
（5）在发送移位脉冲的作用下，数据帧依次从TXD引脚发出。
（6）在8位串行数据发送完毕后，也就是在插入停止位的时候，使TI 置1，用以通知CPU可以发送下一帧的数据。此时可以采用查询或者中 断两种方式来获知TI是否置位。当TI置位后，C51程序中清零TI，以便 于发送下一个数据。
串 行 控 制 寄 存 器 （98H）
RXD（P3.2）
11.1.3 串行接口控制寄存器SCON
控制寄存器SCON的字节地址为98H，可进行位寻址。该寄存 器用于选择串行通信的工作方式和某些控制功能，包括接 收/发送控制及设置状态标志等。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
字节地址：98H
第11章 C51串行接口程序设计
11.1 51系列单片机的串行接口
51系列单片机内部集成的全双工串行通信接口电路，常称 为UART。该串行接口电路功能很强，不仅可以进行串行异 步数据的发送和接收，也可以作为一个同步移位寄存器使 用。
11.1.1 单片机串行通信概述
单片机和外部设备可以采用并行通信和串行通信两种方法 进行数据传输。
11.3.3 模式1的数据接收及C51程序设计
串行口的工作模式1为10位异步发送接收方式，单片机RXD 引脚为数据接收端。模式1接收数据中的定时信号可以有两 种，接收移位脉冲和接收字符的检测脉冲。
串行口模式1接收数据时的接收移位脉冲，由定时器1的溢 出信号和波特率倍增位SMOD来共同决定，即由定时器1的溢 出率经过16分频或32分频得到。
P1.0 P1.1 单 P1.2 片 P1.3 机 P1.4 1 P1.5 P1.6 P1.7
串行通信接口
第11章 STC单片机SPI原理及实现
MOSI
主设备输出和从设备输入信号，实现主设备（发出数据）到从设 备（接收数据）的数据传输。
当STC的SPI接口作为主设备传输数据时，该信号方向为输出，指向从 设备；
当STC的SPI接口作为从设备接收数据时，该信号方向为输入，由从设 备指向STC单片机的SPI接口。
在主模式下，支持高达3MHzbps的数据传输率。如果单片机的 主频在20~36MHz，工作频率为12MHz时，可以提供更高的工作 速度。
在从模式下，速度受限，STC推荐数据率在SYSclk/4内的数据 传输率。
此外，SPI接口提供了完成标志和写冲突标志保护。
STC SPI模块结构及功能 ---SPI接口信号
以同时接收和发送数据。
在数据传输的过程中，将接收和发送的数据保存在数据缓冲器。
STC SPI模块结构及功能
--SPI模块内部结构
对于主模式来说，如果要发送一个字节的数据，只需要将该数据 写到SPDAT寄存器中。
在该模式下，SS信号不是必需的；
在从模式下，必须在SS信号变为有效并接收到合适的时钟信号 后，才可以开始进行数据传输。
STC SPI模块结构及功能
--SPI接口的数据通信方式
在这种通信配置模式中，从设备的SSIG位设置为0，SS用于选 择从设备。
SPI主设备可以使用任何引脚，包括P1.2/SS引脚来驱动SS信号。 主设备的SPI接口和从设备的SPI的8位移位寄存器构成一个循环
的16位移位寄存器。 在该模式下，主设备既可以向从设备发送数据，又可以读取从设
第11章 STC单片机SPI原理及实现
何宾 2015.02
串行通信技术总结
串行通信技术总结以串行通信技术总结为标题，本文将从串行通信技术的定义、优势和应用领域等方面进行总结。
一、串行通信技术的定义串行通信技术是一种数据传输方式，它将数据位逐个按照顺序进行传输。
与之相对的是并行通信技术，它将数据同时传输多位。
串行通信技术在现代通信领域得到了广泛应用，包括计算机网络、无线通信、物联网等。
二、串行通信技术的优势1. 传输距离远：串行通信技术能够通过一根细而长的线缆传输数据，适用于远距离通信需求。
与并行通信技术相比，串行通信技术能够更好地解决长距离传输的问题。
2. 传输速率高：串行通信技术能够通过改进传输协议和提高传输速率，实现更高的数据传输效率。
随着技术的不断发展，串行通信技术的传输速率已经达到了Gbps级别。
3. 成本低：串行通信技术相对于并行通信技术来说，所需线缆数量较少，硬件成本低，维护成本也低。
因此，在实际应用中，串行通信技术更受欢迎。
三、串行通信技术的应用领域1. 计算机网络：串行通信技术在计算机网络中起到了至关重要的作用。
在局域网和广域网中，常用的串行通信技术包括以太网、同轴电缆和光纤通信等。
这些技术使得计算机可以进行高速的数据传输和互联。
2. 无线通信：串行通信技术也被广泛应用于无线通信领域。
例如，蓝牙技术就是一种串行通信技术，它可以实现不同设备之间的无线数据传输。
此外，串行通信技术也被应用于无线局域网、移动通信等领域。
3. 物联网：物联网是指通过互联网连接各种智能设备的网络。
在物联网中，设备之间的通信往往需要采用串行通信技术。
这是因为串行通信技术可以提供更高的传输效率和可靠性，同时适应物联网中智能设备数量庞大的特点。
4. 工业自动化：在工业自动化领域，串行通信技术也扮演着重要的角色。
例如，Modbus通信协议就是一种基于串行通信技术的工业自动化协议，它被广泛用于工业控制系统中的数据传输。
串行通信技术具有传输距离远、传输速率高和成本低等优势。
在计算机网络、无线通信、物联网和工业自动化等领域都有广泛的应用。
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频率f0 数字 信号 S0
S1
+ 输出
1
11.2 串行通信中的传输速率控制
11.2.1 数据传输速率控制的实现方法
数字通信中的传输速率称为波特率，单位波特 数据传输率的控制——波特率时钟发生器和波特率因子
11.2.2 波特率与发送/接收时钟
1.波特率：单位时间内传输串行数据的位数，1波特=1b/s 位周期 2.发送/接收时钟 (1)执行数据的发送和接收：发送时钟的下降沿从发送移位寄存 器输出；接收时钟的上升沿移入接收移位寄存器 (2)进行位同步
计 算 机
注：若不通过交换式电话系统，而使用专用线，则不用RI
11.4.1 RS-232C接口标准
3.信号线的使用 (2)近程通信(15m以内)——零MODEM方式,微机通信中常用
DTE TxD RxD DTR DSR RTS CTS SG
DTE TxD RxD DTR DSR RTS CTS SG
SYNC SYNC SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX BCC
•SYNC：同步字符，单同步加1个，双同步加2个 •SOH：序始，引导标题 •标题：源地址、目标地址、路由等附加信息 •STX：文始，引导正文 •ETB/ETX：组终/文终，当正文很长，分n帧传送时，前n-1帧用 ETB，最后1帧用ETX •BCC：块校验(从SOH到ETB/ETX)，纵横奇偶校验或CRC校验
TxD与RxD交叉相连：可实现全双工通信 DTR与DSR反馈相连：只要终端准备好就认为DTE和DCE都准备好 RTS与CTS反馈相连：随时都可以发送
11.4.1 RS-232C接口标准
4.电气特性 (1)RS-232C标准对信号的逻辑定义(EIA逻辑) 逻辑1：-5V-15V，负载端要求小于-3V 逻辑0：+5V+15V，负载端要求大于+3V (2)EIA与TTL之间的转换
CODE ENDS END START
LOP:
MOV MOV OUT NOP MOV INT CMP JNE MOV MOV OUT MOV INT
DX,CTRL55 AL,0DH DX,AL AH,08H 21H AL,1BH LOP DX,CTRL55 AL,0CH DX,AL AX,4C00H 21H
11.1.4 串行通信的同步方式
1.串行通信中的同步问题 (1)字符同步方案 双同步(BISYNC)通信：12个特定的同步字符 高级数据链路控制同步通信HDLC：特定0/1序列(01111110) 起止式异步通信：起始位 (2)位同步方案——接收时钟控制每一位数据的接收 2.串行通信的基本方式 (1)异步通信方式 以字符为单位传输，每个字符随机出现在数据流中 字符与字符之间是异步的，而字符内位与位之间是同步的 (2)同步通信方式 以数据块(字符块)为单位传输 字符与字符之间以及字符内位与位之间都是同步的
11.3.1 起止式异步通信数据格式(续)
2. 起止式数据帧格式 •起始位：1位，低电平 •数据位：5～8位，先低位后高位 •校验位：1位/0位，奇偶校验 •停止位：1位、1.5位或2位，高电平
第n个字符 LSB 0 起 始 位 1位 0/1 0/1 … 0/1
7～12位
第n+1个 字符 1 1 空闲 位 不限 0 0/1
11.1.5 串行通信中的调制与解调
电话线： 300～3400Hz的音频模拟信号 调制解调器(MODEM，调制器+解调器)的作用：
发送时将二进制数据调制成音频模拟信号 接收时对音频模拟信号进行解调还原成数字信号 数据通信设备(DCE)或数传机(DATA SET) 调制解调器的种类
幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)
DATA CODE START:
波特率时钟发生器的软件编程(续)
;给82C54A装入计数初值的子程序 LOAD PROC NEAR PUSH AX PUSH DX MOV DX,DATA54 MOV AX,TC OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL POP DX POP AX RET LOAD ENDP
11.1 串行通信的基本概念
11.1.1 串行通信的基本特点
在1根信号线上分时传送多位信息；既传数据又传联络信息 为了区分数据和联络信息，有固定的数据格式(同步和异步) 对信号的逻辑定义与TTL不兼容 传输速率需要控制：双方约定波特率 串行通信易受干扰，需进行差错的检测和控制 既适用于近距离，又可用于远程；远程时需MODEM
11.1.2 串行通信传输的工作方式(制式)
单工：数据只能单向传送 全双工：可同时进行双向传送 半双工：可分时进行双向传送——方向切换
A站 A站 发送器 信号地 单工 B站 接收器 接收器 信号地 全双工 发送器 接收器 信号地 半双工 接收器 发送器 B站 接收器 A站 发送器 B站 发送器
11.1.3 串行通信中的差错检测
11.4
串行通信接口标准
11.4.1 RS-232C接口标准
1. 关于RS-232C接口标准的说明 EIA与BELL公司1969年公布，0～20000b/s，数据终端设备(DTE) 与数据通信设备(DCE)通信；接收和发送针对终端而言 2. 信号线定义 数据线：TXD(发送数据),DTEDCE；RXD(接收数据),DCEDTE 状态线：DTR(DTE准备好),DTEDCE；DSR(DCE准备 好),DCEDTE 联络线：RTS(请求发送),DTEDCE；CTS(允许发送),DCEDTE 振铃信号：RI(MODEM已收到交换台的呼叫信号),DCEDTE 载体检出信号：DCD(MODEM已收到数据载波信号),DCEDTE 信号地线：SG(公共地线)
MSB 0/1
0/1 奇偶 校验 有/无
1
数据位(5～8位) (先低后高位)
停止位 1,1.5 或2位
3. 起/止位的作用 •定界一帧数据 •建立收发双方同步：起始位标志一帧开始，停止位标志着结束
11.3.2 面向字符的同步通信数据格式
特点： 一帧由一个数据块(若干字节)组成，以12个同步字符开始 控制字符定界数据和控制传输
接口与通讯技术
武汉科技大学 计算机科学与技术学院
第11章 串行通信接口
本章内容
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 串行通信的基本概念 串行通信中的传输速率控制 串行通信中的数据格式 串行通信接口标准 串行通信接口电路 用户扩展的串行通信接口 系统配置的串行通信接口
11.2.2 波特率与发送/接收时钟
4.波特率时钟发生器：不是所有串行接口芯片内都包含
5.波特率时钟的使用——Factor一定，改变TXC控制Baud 例8.1 Factor=16个/位，第一次采样TXC1=38400Hz，第二次 TXC2=19200Hz；两次通信的波特率各为多少 解： Baud1=TXC1Factor=3840016=2400b/s Baud2=TXC2Factor=1920016=1200b/s 例8.2 甲乙两机通信，甲机发送时钟TXC=38400Hz，Factor1= 16 个/位；乙机Factor2=64个/位，求乙机的接收时钟频率RXC 解：RXC=BaudFactor2=(TXCFactor1)Factor2 =384001664=153600Hz 6.传输距离与传输速率的关系 ——传输线电气特性一定情况下，直接传输最大距离随速率的 增加而减小
DCD R XD T XD DTR SG 2 3 4 5 6 7 8 9 13 发送电流(-) 发送电流(+) DCD SG DSR CTS RTS RXD TXD 11 9 8 7 6 5 4 3 2 22 20 18 RI DTR 接收电流(+) 25 接收电流(-)
DSR RTS CTS RI
11.4.1 RS-232C接口标准
3.信号线的使用 (1)远程通信——使用MODEM和电话线
TxD RxD DTR 串 DSR RTS 口 CTS RI DCD SG TxD RxD DTR DSR RTS CTS RI DCD SG
计 算 机
调 调 制 制 解 解 调 电话线 调 器 器
串 口
11.2.3 波特率时钟发生器设计(略)
例8.3 设计一个波特率时钟发生器，输入时钟CLK=1.19318MHz， Factor=16，输出Baud=9600b/s，按ESC退出 解：通常用82C54A输出方波作为串行通信的发送/接收时钟 N=CLKOUT=CLK(BaudFactor) =1.19318106(960016)8 硬件设计(选用T2)
EIA:电压极性、负逻辑 不兼容 TTL:电压幅值、正逻辑 发送:TTL 接收:EIA EIA,MC1488,SN75150 MAX232可双向转换 TTL,MC1489,SN75154
11.4.1 RS-232C接口标准(续)
5. 机械特性 (1)连接器
DB-25型(还支持20MA电流环接口) DB-9型 1
14
(2)通信电缆长度 速率低于20kb/s，误码率<4%——15米 实际误码率允许10%～20%，15米——保守 RS-232C缺点：单端发送和接收，易受共模干扰 直接传输距离短，速率低；只能单点对单点通信
11.4.2 RS-485接口标准
1. RS-485接口标准的新概念与新定义 (1)采用双线平衡方式传输
;PC6=1,启动82C54A
;检测ESC键
;关闭82C54A
11.3 串行通信中的数据格式
通信控制规程(传输控制规程、通信协议) ——数据格式、同步方式、传输速度、检错纠错方式、控制字符 定义等 高可靠 11.3.1 起止式异步通信数据格式 低效率
1. 特点 字符随机出现在数据流中 字符之间有不定长的空闲位 靠起始位和停止位定界1帧数据