chap3-串口開發(fā)關鍵技術

1、計算機控制工程計算機控制工程計算機控制工程第三章第三章 串口開發(fā)關鍵技術串口開發(fā)關鍵技術 串行接口標準串行接口標準3 串行通信基本概念串行通信基本概念1 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議2 串口硬件設計串口硬件設計4 軟件調試方式軟件調試方式5 編寫第一個軟件編寫第一個軟件- -軟件調試軟件軟件調試軟件6計算機控制工程串行通信特點串行通信特點一第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念并行通信并行通信：在一些聯(lián)絡信號的控制下，一次將：在一些聯(lián)絡信號的控制下，一次將8 8位、位、1616位或位或3232位數(shù)據(jù)同時進行傳送的通信方式。位數(shù)據(jù)同時進行傳送的通信方式。優(yōu)點：通信速率高優(yōu)點：通信速率高缺點：

2、缺點：1. 距離的限制距離的限制2. 通信聯(lián)絡控制線通信聯(lián)絡控制線計算機控制工程第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念串行通信串行通信：只需要一對數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)各位按照時間順：只需要一對數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)各位按照時間順序依次傳送。序依次傳送。1. 在一條傳輸線上既傳輸數(shù)據(jù)信息，又傳輸控制聯(lián)絡在一條傳輸線上既傳輸數(shù)據(jù)信息，又傳輸控制聯(lián)絡信息，這就需要信息，這就需要約定約定；2. 異步和同步信息格式（異步和同步串行通信方式）異步和同步信息格式（異步和同步串行通信方式）3. 信息邏輯定義與信息邏輯定義與TTL不兼容，需邏輯電平轉換；不兼容，需邏輯電平轉換；4. 為了降低通信線路成本和簡化通信設備，可

3、用現(xiàn)有為了降低通信線路成本和簡化通信設備，可用現(xiàn)有信道，配以適當?shù)耐ㄐ沤涌?，在任意兩點之間實現(xiàn)串信道，配以適當?shù)耐ㄐ沤涌?，在任意兩點之間實現(xiàn)串行通信。行通信。計算機控制工程第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念串行通信傳輸方式串行通信傳輸方式二串行通信過程是將通信雙方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列變成電信串行通信過程是將通信雙方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列變成電信號，在選定通信線路上完成傳遞。傳輸方式分為：號，在選定通信線路上完成傳遞。傳輸方式分為：1. 信號傳輸方式：信號傳輸方式： 基波傳輸；載波傳輸基波傳輸；載波傳輸2. 線路傳輸方式：線路傳輸方式： 單工，半雙工，全雙工，單工，半雙工，全雙工， 多工方式多工方

4、式計算機控制工程第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念目的：將發(fā)送端數(shù)據(jù)目的：將發(fā)送端數(shù)據(jù)正確正確無誤地發(fā)送到接受端。無誤地發(fā)送到接受端。原因：傳輸信道特性，外界電磁干擾；原因：傳輸信道特性，外界電磁干擾；措施：改善傳輸信道電特性；差錯控制技術；措施：改善傳輸信道電特性；差錯控制技術； 基本通信控制規(guī)程中，一般采用奇偶校驗或方陣碼基本通信控制規(guī)程中，一般采用奇偶校驗或方陣碼檢錯，以反饋重發(fā)方式糾錯；檢錯，以反饋重發(fā)方式糾錯； 高級通信控制規(guī)程中，一般采用循環(huán)冗余碼高級通信控制規(guī)程中，一般采用循環(huán)冗余碼CRC檢驗，以自動糾錯方式糾錯。檢驗，以自動糾錯方式糾錯。數(shù)據(jù)糾錯與檢錯數(shù)據(jù)糾錯與檢錯

5、三計算機控制工程第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念傳輸速率傳輸速率四1. 波特率波特率：衡量通信線路基本電信號發(fā)送率的一種量：衡量通信線路基本電信號發(fā)送率的一種量度，它僅僅是電學上量度單位，而不是信息的量度單度，它僅僅是電學上量度單位，而不是信息的量度單位。即波特率是指發(fā)送到通信線路上的電脈沖速率。位。即波特率是指發(fā)送到通信線路上的電脈沖速率。標準波特率：標準波特率：110, 300, 2400, 9600, 19200.2. 發(fā)送接收時鐘發(fā)送接收時鐘：發(fā)送器在發(fā)送時鐘有效沿（下降沿）：發(fā)送器在發(fā)送時鐘有效沿（下降沿）作用下將移位寄存器的數(shù)據(jù)按位移位串行輸出；接收作用下將移位寄存器

6、的數(shù)據(jù)按位移位串行輸出；接收器在接受時鐘有效沿（上升沿）作用下對接受數(shù)據(jù)按器在接受時鐘有效沿（上升沿）作用下對接受數(shù)據(jù)按位采樣，并按位串行移入移位寄存器。發(fā)送接收時鐘位采樣，并按位串行移入移位寄存器。發(fā)送接收時鐘對數(shù)據(jù)信號每一位進行同步控制，直接影響通信設備對數(shù)據(jù)信號每一位進行同步控制，直接影響通信設備發(fā)送接收速度。發(fā)送接收速度。計算機控制工程第一節(jié)第一節(jié) 串行通信基本概念串行通信基本概念3. 兩者關系兩者關系：發(fā)送發(fā)送/接受時鐘頻率接受時鐘頻率=波特率因子波特率因子n發(fā)送發(fā)送/接受波特率接受波特率其中：其中：n = 1, 16, 64. （提高采樣分辨能力，抗干擾）（提高采樣分辨能力，抗干擾

7、）如：求傳輸速率為如：求傳輸速率為1200波特的發(fā)送波特的發(fā)送/接收時鐘頻率，則接收時鐘頻率，則當當n=1， 發(fā)送發(fā)送/接受頻率接受頻率=1.2kHZ；當當n=16，發(fā)送，發(fā)送/接受頻率接受頻率=19.2kHZ；當當n=64，發(fā)送，發(fā)送/接受頻率接受頻率=76.8kHZ；在實際應用中，可根據(jù)要求的傳輸波特率和所選擇的在實際應用中，可根據(jù)要求的傳輸波特率和所選擇的波特率因子波特率因子n來確定發(fā)送來確定發(fā)送/接收時鐘頻率。接收時鐘頻率。計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。在約定通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。在約定中對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳

8、送中對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢錯方式以及控制字符定義等作出統(tǒng)步驟、檢錯方式以及控制字符定義等作出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵循，也稱為通一規(guī)定，通信雙方必須共同遵循，也稱為通信控制規(guī)程（或傳輸控制規(guī)程）。屬于信控制規(guī)程（或傳輸控制規(guī)程）。屬于OSI七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。七層參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層。主要分為：異步通信和同步通信。主要分為：異步通信和同步通信。計算機控制工程1. 傳輸幀格式傳輸幀格式第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議異步傳輸協(xié)議（起至式異步協(xié)議）異步傳輸協(xié)議（起至式異步協(xié)議）一計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議2. 異步傳輸?shù)腻e誤檢測異

9、步傳輸?shù)腻e誤檢測n 奇偶錯；奇偶錯；（要求重發(fā)）（要求重發(fā)）n 超越錯；超越錯；（緩沖區(qū)，修改發(fā)送（緩沖區(qū)，修改發(fā)送/接受速率）接受速率）n 幀格式錯；幀格式錯；（要求重發(fā)）（要求重發(fā)）計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議1. 傳輸幀格式傳輸幀格式面向字符的同步傳輸協(xié)議（面向字符的同步傳輸協(xié)議（BSC）二單同步單同步雙同步雙同步序始字符序始字符文始字符文始字符組終字符組終字符文終字符文終字符特點：一次傳送若干字符組成的數(shù)據(jù)塊特點：一次傳送若干字符組成的數(shù)據(jù)塊計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議2. 控制字符定義控制字符定義計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議

10、串行傳輸協(xié)議在面向比特的同步協(xié)議中，代表性有：在面向比特的同步協(xié)議中，代表性有：n 同步數(shù)據(jù)鏈路控制同步數(shù)據(jù)鏈路控制SDLC （IBM）；）；n 高級數(shù)據(jù)鏈路控制高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC（ISO）；）；n 先進數(shù)據(jù)通信控制先進數(shù)據(jù)通信控制ADCCP （美國國家標準協(xié)會）（美國國家標準協(xié)會） 面向比特的同步傳輸協(xié)議面向比特的同步傳輸協(xié)議三特點：特點：傳輸一幀數(shù)據(jù)可以是任意位，而不是靠特定字符來標傳輸一幀數(shù)據(jù)可以是任意位，而不是靠特定字符來標志幀的開始和結束。志幀的開始和結束。 “面向比特面向比特” 計算機控制工程第二節(jié)第二節(jié) 串行傳輸協(xié)議串行傳輸協(xié)議SDLC幀格式幀格式 Begins and e

11、nds the error checking procedure with 0 x7E which is 01111110 in binaryThese frames carry upper-layer information and some control information. Send and receive sequence numbers and the poll final (P/F) bit perform flow and error control. Thesendsequencenumber refers to the number of the frame to be

12、 sent next. The receivesequencenumber provides the number of the frame to be received next. Both the sender and the receiver maintain send and receive sequence numbers. The primary uses the P/F bit to tell the secondary whether it requires an immediate response. The secondary uses this bit to tell t

13、he primary whether the current frame is the last in its current response. These frames provide control information. They request and suspend transmission, report on status, and acknowledge the receipt of I frames. They do not have an information field. They are used for control purposes. For example

14、, they are used to initialize secondaries. Depending on the function of the unnumbered frame, its control field is 1 or 2 bytes. Some unnumbered frames have an information field.計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準在進行串行通信線路連接時，通常需要解決在進行串行通信線路連接時，通常需要解決兩個問題：兩個問題：1. 計算機與外設之間要共同遵守的約定；計算機與外設之間要共同遵守的約定；2. 按照接口標準設置

15、計算機與外設之間串行按照接口標準設置計算機與外設之間串行 通信接口電路；通信接口電路；計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準EIA RS-232C 標準標準一RS-232C是是EIA和和BELL公司一起開發(fā)，并于公司一起開發(fā)，并于1969年公年公布。最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設備布。最初是為遠程通信連接數(shù)據(jù)終端設備DTE與數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)通信設備通信設備DCE而制定的。但目前更為廣泛地應用于計而制定的。但目前更為廣泛地應用于計算機與終端或外部設備之間近距離的連接。算機與終端或外部設備之間近距離的連接。1. 機械特性：規(guī)定使用連接器和電纜線的長度。機械特性：規(guī)定使用連接器和電纜線的長度

16、。RS-232C只規(guī)定了采用一對物理連接，對連接器本身物只規(guī)定了采用一對物理連接，對連接器本身物理特性沒有定義，因此有理特性沒有定義，因此有DB-25，DB-15及及DB-9等各種等各種類型連接器；傳輸電纜長度與傳輸電容有關，連接距類型連接器；傳輸電纜長度與傳輸電容有關，連接距離不超過離不超過15米，傳輸速率米，傳輸速率020kbps之內。之內。計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準2. 電氣特性：邏輯電平定義。電氣特性：邏輯電平定義。注意：注意：為了能與計算機接口或終端為了能與計算機接口或終端TTL器件連接，必須在器件連接，必須在RS232C與與TTL電路之間進行電平和邏輯轉換

17、電路之間進行電平和邏輯轉換如：如：MAX3232電平轉換芯片。電平轉換芯片。計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準3. 接口信號：接口信號：DB-9型連接器。型連接器。注意：注意：“發(fā)送發(fā)送”和和“接受接受”都是從都是從DTE立場定義的。立場定義的。計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準4. 典型信號線連接方式典型信號線連接方式計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準RS-422A和和RS-485標準標準二平衡傳輸方式平衡傳輸方式計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準RS-422A和和RS-485標準標準二1. RS-422ARS-422A

18、是一種以平衡方式進行傳輸?shù)臉藴?。是一種以平衡方式進行傳輸?shù)臉藴省！捌胶馄胶狻敝鸽p端發(fā)送和雙端接受。發(fā)送端采用平衡發(fā)送器和差指雙端發(fā)送和雙端接受。發(fā)送端采用平衡發(fā)送器和差動接收器。最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達動接收器。最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Mbps（傳輸距離（傳輸距離15米）；若傳輸距離降至米）；若傳輸距離降至90kbps，則最大傳輸距離可，則最大傳輸距離可達到達到1200米。米。2. RS-485RS-485允許電路中有多個發(fā)送器。在允許電路中有多個發(fā)送器。在DCS、商業(yè)、商業(yè)POS收款機應用廣泛。收款機應用廣泛。計算機控制工程第三節(jié)第三節(jié) 串行接口標準串行接口標準計算機控制工程第四節(jié)第四節(jié) 串口硬

19、件設計串口硬件設計串口應用設計流程串口應用設計流程一1. 需求分析：分析串口應用對傳輸速率、傳輸距離的需求分析：分析串口應用對傳輸速率、傳輸距離的要求，傳輸時是否需要隔離及使用平臺；要求，傳輸時是否需要隔離及使用平臺；2. 硬件設計：在需求分析基礎上，選擇合適串口標準，硬件設計：在需求分析基礎上，選擇合適串口標準，根據(jù)不同應用平臺選擇合適的硬件芯片或板卡；根據(jù)不同應用平臺選擇合適的硬件芯片或板卡；3. 軟件設計：選擇編寫應用程序的軟件。根據(jù)問題的軟件設計：選擇編寫應用程序的軟件。根據(jù)問題的難以程度，選擇使用控件編程還是難以程度，選擇使用控件編程還是Windows API編程編程4. 軟件調試軟

20、件調試 ：（虛擬串口軟件）：（虛擬串口軟件）5. 設計結束：打包庫文件及控件文件及配套程序設計結束：打包庫文件及控件文件及配套程序計算機控制工程第四節(jié)第四節(jié) 串口硬件設計串口硬件設計Windows下串口資源下串口資源二計算機控制工程第四節(jié)第四節(jié) 串口硬件設計串口硬件設計握手處理握手處理三1. 硬件握手硬件握手 DTR，DSR， RTS， CTS四個信號四個信號 DTE和和DCE設備進行通信的條件是：四個信號引腳設備進行通信的條件是：四個信號引腳電平必須都為正電平。電平必須都為正電平。2. 軟件握手軟件握手 軟件握手中，硬件信號引腳都置為有效狀態(tài)。發(fā)送軟件握手中，硬件信號引腳都置為有效狀態(tài)。發(fā)送

21、方和接受方通過發(fā)送方和接受方通過發(fā)送Xon字符允許對方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，字符允許對方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，通過發(fā)送通過發(fā)送Xoff字符禁止對方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。字符禁止對方繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。計算機控制工程第四節(jié)第四節(jié) 串口硬件設計串口硬件設計接地及隔離技術接地及隔離技術四 接地處理接地處理 終端電阻匹配；終端電阻匹配； 電源隔離技術；電源隔離技術； 信號隔離技術；信號隔離技術； 計算機控制工程第五節(jié)第五節(jié) 軟件調試方法軟件調試方法軟件調試方法軟件調試方法一1. 強行排錯法：強行排錯法： 打印內存變量值；打印內存變量值； 設置斷點；設置斷點； 調試工具（單步）調試工具（單步）2 回溯排錯法：回溯排錯法： 通過分析錯

22、誤現(xiàn)象，確定最先發(fā)現(xiàn)該錯誤現(xiàn)象位置；通過分析錯誤現(xiàn)象，確定最先發(fā)現(xiàn)該錯誤現(xiàn)象位置；人工沿程序控制流程找到錯誤根源。人工沿程序控制流程找到錯誤根源。3. 歸納排錯法：歸納排錯法： 從一些錯誤現(xiàn)象線索著手，分析關系找出錯誤從一些錯誤現(xiàn)象線索著手，分析關系找出錯誤4. 演繹排錯法：演繹排錯法： 設想所有可能出錯原因，逐個排除。設想所有可能出錯原因，逐個排除。計算機控制工程第五節(jié)第五節(jié) 軟件調試方法軟件調試方法有效減少調試時間有效減少調試時間二1. 繪制程序流程圖繪制程序流程圖2. 不要過多依賴單步調試不要過多依賴單步調試3. 變量定義變量定義4. 程序結構程序結構5. 修改代碼原則修改代碼原則6. 檢查循環(huán)語句檢查循環(huán)語句7. 與外部設備打交道與外部設備打交道8. 數(shù)組下標和循環(huán)的上下限數(shù)組下標和循環(huán)的上下限計算機控制工程第六節(jié)第六節(jié)