第5_1章 串行接口_2015

1、單片機及接口技術第第5 5章章 串行接口概述串行接口概述 P114 P114單片機及接口技術51-2 5.1.1 5.1.1 概述概述 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式有兩種：并行通信與串行通信；有兩種：并行通信與串行通信；并行通信：并行通信：所傳送數(shù)據(jù)的各位所傳送數(shù)據(jù)的各位同時同時發(fā)送或接收。發(fā)送或接收。 特點：特點： 速度快，成本高，適合近距離傳輸。速度快，成本高，適合近距離傳輸。 如計算機并口，打印機。如計算機并口，打印機。 計算機計算機計算機計算機或或外設外設D0D1D2D3D4D5D7D6GNDD0D1D2D3D4D5D7D6GND單片機及接口技術51-3 5.1.1 5.1.1 概述概述串

2、行通信：串行通信：所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位一位一位地發(fā)送或接收。地發(fā)送或接收。 如：如：只需只需2 2根數(shù)據(jù)，根數(shù)據(jù)，1 1根地線，共根地線，共3 3根即可實現(xiàn)雙向通信。根即可實現(xiàn)雙向通信。 特點：特點：成本低，硬件方便，適合遠距離通信，成本低，硬件方便，適合遠距離通信， 傳輸速度低傳輸速度低 。 如：如：RS-232C ,RS-485RS-232C ,RS-485計算機計算機計算機計算機或或外設外設GNDTXDRXDGNDRXDTXD100101110010110 0單片機及接口技術51-4 通信協(xié)議：通信協(xié)議：通信的雙方的通信約定，什么時候開始發(fā)送，什通信的雙方

3、的通信約定，什么時候開始發(fā)送，什么時候發(fā)送完畢，同步方式，糾錯方式；么時候發(fā)送完畢，同步方式，糾錯方式； 幀：幀：串行通信一次完整的通信過程。串行通信一次完整的通信過程。 從開始到結(jié)束的數(shù)據(jù)稱從開始到結(jié)束的數(shù)據(jù)稱一一幀數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)。 串行通信的分類串行通信的分類：按幀信息的：按幀信息的格式格式分分同步通信同步通信和和異步通信。異步通信。 異步串行通信一異步串行通信一幀數(shù)據(jù)格式：幀數(shù)據(jù)格式： 1、同步和異步通信方式、同步和異步通信方式D0D1D2 D3 D4 D5 D6 D7P10起起始始位位數(shù)據(jù)位（數(shù)據(jù)位（58位）位）校校驗驗位位停停止止位位 一個一個起始位起始位0表示字符的開始，然后是表示字符

4、的開始，然后是58位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)即該字即該字符的代碼，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是符的代碼，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗位奇偶校驗位(可省略可省略)，最后以，最后以停止位停止位1表示字符的結(jié)束。表示字符的結(jié)束。單片機及接口技術51-5優(yōu)點：優(yōu)點：硬件結(jié)構(gòu)簡單。硬件結(jié)構(gòu)簡單。缺點：缺點：傳輸速度慢。傳輸速度慢。P1第第n n幀幀字符字符n-1幀幀n+1幀幀0D0D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7P10起起始始位位數(shù)據(jù)位（數(shù)據(jù)位（58位）位）校校驗驗位位停停止止位位異步串行通信過程：異步串行通信過程：單片機及接口技術51-6同步通信同步通信 在同步通信中，用在同步通信中，

5、用同步字符同步字符( (常約定常約定1 12 2個字節(jié)個字節(jié)) )指示一幀的指示一幀的開始開始 ，由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。接收方一旦檢測到，由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。接收方一旦檢測到與規(guī)定的同步字符符合，下面就連續(xù)按順序傳送若干個數(shù)據(jù)與規(guī)定的同步字符符合，下面就連續(xù)按順序傳送若干個數(shù)據(jù) ，最后最后發(fā)校驗發(fā)校驗字節(jié)。字節(jié)。SYN字符字符2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)n連續(xù)傳送連續(xù)傳送n 個數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù)校驗校驗SYN字符字符1同步通信的數(shù)據(jù)幀格式同步通信的數(shù)據(jù)幀格式特點：特點： 數(shù)據(jù)傳送效率高。數(shù)據(jù)傳送效率高。沒有起始、結(jié)束標志，一次傳送多個數(shù)據(jù)沒有起始、結(jié)束標志，一次傳送多個數(shù)據(jù)

6、對硬件對硬件(時鐘嚴格同步時鐘嚴格同步)要求較高。要求較高。單片機及接口技術51-72 2、通信方向、通信方向 按通信方向分類按通信方向分類：單工、半雙工、全雙工通信方式：單工、半雙工、全雙工通信方式 單工方式單工方式: : 只能發(fā)送只能發(fā)送/ /接收，這種單向傳送方式稱單工方式。接收，這種單向傳送方式稱單工方式。 如：如：通信的一端只有發(fā)送器，或只有接收器。通信的一端只有發(fā)送器，或只有接收器。 半雙工方式半雙工方式 能雙向傳送的通信方式稱能雙向傳送的通信方式稱雙工方式。雙工方式。 數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但不能同時發(fā)送和接收，只能數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但不能同時發(fā)送和接收，只能分時分時接收接收或發(fā)送的

7、通信方式，稱為或發(fā)送的通信方式，稱為半（準）雙工半（準）雙工 。發(fā)送器發(fā)送器甲機甲機接收器接收器乙機乙機 單片機及接口技術51-8 全雙工方式全雙工方式 能能同時同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的通信方式稱發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的通信方式稱全雙工全雙工。如：通信雙方用兩個獨立的收如：通信雙方用兩個獨立的收/發(fā)器單獨連接。發(fā)器單獨連接。發(fā)送器發(fā)送器甲機甲機接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器乙機乙機接收器接收器 發(fā)送器發(fā)送器甲機甲機接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器乙機乙機接收器接收器 如：如：每端口有一個發(fā)送器和一個接收器，通過開關連接在線路上，每端口有一個發(fā)送器和一個接收器，通過開關連接在線路上，要通過換向器轉(zhuǎn)換方向。要通過換向器轉(zhuǎn)換

8、方向。單片機及接口技術51-9（1 1）進行串行數(shù)據(jù)、并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換）進行串行數(shù)據(jù)、并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 因為因為CPUCPU處理的是并行數(shù)據(jù)，處理的是并行數(shù)據(jù)，在在發(fā)送端發(fā)送端，接口將，接口將CPUCPU送出的送出的并行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)；在在接收端接收端， 將接收到將接收到串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)，送往，送往CPUCPU處理。處理。（2 2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化）實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化 接口電路應實現(xiàn)不同接口電路應實現(xiàn)不同串行通信方式串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化任務。下的數(shù)據(jù)格式化任務。如：如：自動生成起始、終止方式的自動生成起始、終止方式的幀數(shù)據(jù)格式幀數(shù)據(jù)格式-異步方式；異步方式； 在待傳送

9、的數(shù)據(jù)塊前加上在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符同步字符-同步方式。同步方式。單片機及接口技術51-10（3 3）控制數(shù)據(jù)的傳輸速率）控制數(shù)據(jù)的傳輸速率 接口應具備對數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率）的控制選擇能力，即接口應具備對數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率）的控制選擇能力，即具有具有波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器。5151系列單片機內(nèi)有一個系列單片機內(nèi)有一個全雙工全雙工的的異步異步通信接口，通過對串行接通信接口，通過對串行接口寫控制字可以選擇其數(shù)據(jù)格式，同時內(nèi)部有口寫控制字可以選擇其數(shù)據(jù)格式，同時內(nèi)部有波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器，提供可選的波特率，可完成雙機通信或多機通信。提供可選的波特率，可完成雙機通信或多機通信。（4

10、4）進行傳送錯誤檢測）進行傳送錯誤檢測 在在發(fā)送時發(fā)送時，對傳送的數(shù)據(jù)自動，對傳送的數(shù)據(jù)自動生成生成校驗位或校驗碼校驗位或校驗碼； 在在接收端接收端，能，能檢查檢查校驗位或校驗碼，確定傳送中是否有誤碼。校驗位或校驗碼，確定傳送中是否有誤碼。 單片機及接口技術51-11 波特率（波特率（Baud RateBaud Rate）通信中用以表示數(shù)據(jù)傳送速率。通信中用以表示數(shù)據(jù)傳送速率。單位時間內(nèi)傳送的信息量。以每秒傳送的二進制位數(shù)單位時間內(nèi)傳送的信息量。以每秒傳送的二進制位數(shù)bpsbps。例如：例如：100100字符字符/ /秒，秒，1 1個字符個字符1111位位（起始、停止、校驗、數(shù)據(jù)）起始、停止、

11、校驗、數(shù)據(jù)） 波特率為：波特率為：10010011=1100 bps 11=1100 bps 4 4、波特率和發(fā)送、波特率和發(fā)送/ /接收時鐘接收時鐘 發(fā)送發(fā)送/接收時鐘接收時鐘發(fā)送時發(fā)送時，在發(fā)送時鐘的作用下將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移出；，在發(fā)送時鐘的作用下將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移出；接收時接收時，在接收時鐘的作用下將通信線上的數(shù)據(jù)移入移位寄存，在接收時鐘的作用下將通信線上的數(shù)據(jù)移入移位寄存器，器， 能產(chǎn)生發(fā)送時鐘和接收時鐘的電路稱能產(chǎn)生發(fā)送時鐘和接收時鐘的電路稱波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器。 為了提高采樣的分辨率，準確定位數(shù)據(jù)的上升沿下降沿，為了提高采樣的分辨率，準確定位數(shù)據(jù)的上升沿下降沿，時時

12、鐘頻率鐘頻率總是總是高于波特率高于波特率的若干倍，這個倍數(shù)稱為的若干倍，這個倍數(shù)稱為波特率因子波特率因子。單片機及接口技術51-125 5、通信線的連接通信線的連接 通信速率和通信距離與通信速率和通信距離與傳輸線傳輸線的電氣特性有關；的電氣特性有關； 通信通信速率速率和通信和通信距離距離這兩個方面是這兩個方面是相互制約相互制約的，降低通信速率，的，降低通信速率，可以提高通信距離?？梢蕴岣咄ㄐ啪嚯x。 不同的通信距離，串行通信電路有不同的連接方法。不同的通信距離，串行通信電路有不同的連接方法。 近距離通信電路近距離通信電路 RXD TXD GNDRXDTXDGND單片機及接口技術51-13 較遠距

13、離傳送電路較遠距離傳送電路RXDTXDGND電電平平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換RXDTXDGNDRXDTXDGND電電平平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換RXDTXDGND微機微機微機或微機或其他設備其他設備RS-232CRS-232C單片機及接口技術51-14 遠距離傳送電路遠距離傳送電路發(fā)送：發(fā)送：數(shù)字信號通過調(diào)制器（數(shù)字信號通過調(diào)制器（ModemModem）變成模擬信號通過電話）變成模擬信號通過電話線傳送到對方線傳送到對方; ;接收：接收：接收方通過解調(diào)器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號接收。接收方通過解調(diào)器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號接收。微微機機接接口口調(diào)調(diào)制制解解調(diào)調(diào)器器調(diào)調(diào)制制解解調(diào)調(diào)器器接接口口微微機機電話分機電話分機 單片機及接

14、口技術51-156 6、串行通信接口標準、串行通信接口標準測控系統(tǒng)中，計算機通信主要采用測控系統(tǒng)中，計算機通信主要采用異步串行通信異步串行通信方式，方式，常用的異步總線標準有三種：常用的異步總線標準有三種：RS-232CRS-232C RS-422 RS-423 RS-485RS-422 RS-423 RS-485 這里先介紹這里先介紹RS-232C RS-232C 傳輸速率與距離：傳輸速率與距離： RS-232CRS-232C： 速率：速率：20Kbit/S20Kbit/S， 最大通信距離最大通信距離 ： 15m15m RS-422 RS-422： 10Mbit/s10Mbit/s， : 3

15、00m: 300m 90Kbit/s 90Kbit/s， ：1200m1200m單片機及接口技術51-16 抗干擾能力抗干擾能力 采用標準的通信接口，本身具有一定的抗干擾能力，采用標準的通信接口，本身具有一定的抗干擾能力，但是工業(yè)現(xiàn)場的情況往往很惡劣，因而要根據(jù)具體情況進但是工業(yè)現(xiàn)場的情況往往很惡劣，因而要根據(jù)具體情況進行選擇。行選擇。 RS-232CRS-232C：一般場合，常用在實驗室；：一般場合，常用在實驗室； RS-422RS-422： 抗共模信號比較強（差動輸入）；抗共模信號比較強（差動輸入）； 另外：采用光纖另外：采用光纖-提高抗電磁干擾能力。提高抗電磁干擾能力。單片機及接口技術5

16、1-177 7、RS-232CRS-232C接口標準接口標準 154326789GNDTXDDTRRXDDSRDCDRTSCTSRI 基本的數(shù)據(jù)傳送引腳基本的數(shù)據(jù)傳送引腳 TXDTXD：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳；：數(shù)據(jù)發(fā)送引腳； RXDRXD：數(shù)據(jù)接收引腳；：數(shù)據(jù)接收引腳； GNDGND：信號地。：信號地。 美國電子工業(yè)協(xié)會（美國電子工業(yè)協(xié)會（EIAEIA）公布的一種）公布的一種異步通信標準異步通信標準。 RS-232CRS-232C標準是：標準是：設備之間通信的距離不大于設備之間通信的距離不大于1515米；米；最大傳輸速率最大傳輸速率20KB/S20KB/S采用采用負邏輯：負邏輯：11：-3V -3V

17、-15V -15V 0 0：+3V +3V +15V+15V連接器：連接器：9 9針針D D型連接器（早期型連接器（早期2525針）；針）；單片機及接口技術51-187 7、RS-232CRS-232C接口標準接口標準握手信號握手信號 RTSRTS：請求發(fā)送信號，輸出；：請求發(fā)送信號，輸出； CTSCTS：清除傳送，對：清除傳送，對RTSRTS的響應，輸入；的響應，輸入； DCDDCD：載波檢測，輸入；：載波檢測，輸入； DSRDSR：數(shù)據(jù)通信準備就緒，輸入；：數(shù)據(jù)通信準備就緒，輸入； DTRDTR：數(shù)據(jù)終端就緒，輸出。：數(shù)據(jù)終端就緒，輸出。RS-232CRS-232C的的EIAEIA電平與電

18、平與TTLTTL電平的轉(zhuǎn)換電平的轉(zhuǎn)換 當計算機采用當計算機采用RS-232RS-232標準時必須通過電平變換，標準時必須通過電平變換， 如：如： MC1488/1489MC1488/1489、MAX232/MAX202MAX232/MAX202單片機及接口技術51-197 7、RS-232CRS-232C接口標準接口標準MAX232 MAX232 是是EIAEIA和和TTLTTL雙向電平轉(zhuǎn)換芯片雙向電平轉(zhuǎn)換芯片。內(nèi)部具有電壓提。內(nèi)部具有電壓提升電路，并有兩路接收器和發(fā)送器。只需單一升電路，并有兩路接收器和發(fā)送器。只需單一+5V+5V電源。電源。C1+C1-C2+C2-V+V-MAX232R1INT1INT2INT1OUTT2OUTR2INR1OUTR2OUT+5V1F1F1F1F1FTTL/CMOSTTL/CMOSRS-232RS-232單片機及接口技術51-208 8、單片機間的雙機通信連接、單片機間的雙機通信連接 RXD TXD GNDTXDGND8xx518xx51RXDTTLTTL單片機及接口技術51-219 9、單片機與、單