《次課UART通訊實(shí)驗(yàn)》課件

《次課UART通訊實(shí)驗(yàn)》PPT課件本次實(shí)驗(yàn)將帶您深入了解UART通訊的原理、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用實(shí)踐，掌握UART通訊技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。UART通訊的基本原理UART(通用異步收發(fā)傳輸器)是一種串行通信協(xié)議，用于在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。它使用異步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即數(shù)據(jù)傳輸不需要同步時(shí)鐘信號(hào)。UART通訊使用起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位來構(gòu)成一個(gè)完整的字符數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。UART通訊的主要特點(diǎn)簡(jiǎn)單易用UART通訊協(xié)議簡(jiǎn)單易懂，容易實(shí)現(xiàn)，只需要很少的硬件和軟件資源。靈活方便UART通訊支持多種數(shù)據(jù)格式，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。應(yīng)用廣泛UART通訊廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，例如工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、通信等領(lǐng)域。UART通訊的工作流程1數(shù)據(jù)發(fā)送方將數(shù)據(jù)打包成字符數(shù)據(jù)包。2發(fā)送方將數(shù)據(jù)包發(fā)送到UART端口。3UART端口將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流。4串行數(shù)據(jù)流通過傳輸介質(zhì)傳輸?shù)浇邮辗健?接收方的UART端口將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包。6接收方解析數(shù)據(jù)包，獲取數(shù)據(jù)。UART通訊的硬件結(jié)構(gòu)發(fā)送端發(fā)送端包含UART控制器、發(fā)送緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和傳輸介質(zhì)接口。接收端接收端包含UART控制器、接收緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和傳輸介質(zhì)接口。UART通訊的軟件接口數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART端口。數(shù)據(jù)接收函數(shù)用于從UART端口接收數(shù)據(jù)。狀態(tài)查詢函數(shù)用于查詢UART端口的狀態(tài)，例如發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，接收緩沖區(qū)是否為空。UART通訊中的波特率設(shè)置波特率波特率是指每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，它決定了UART通訊的傳輸速度。設(shè)置方法通過設(shè)置UART控制器的波特率寄存器來設(shè)置波特率。UART通訊中的數(shù)據(jù)格式設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位用于表示每個(gè)字符的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，通常為7或8位。校驗(yàn)位校驗(yàn)位用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯(cuò)誤，常用的校驗(yàn)位類型包括奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)。停止位停止位用于標(biāo)志一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束，通常為1位或2位。UART通訊中的校驗(yàn)位設(shè)置1奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)要求每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。2偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)要求每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。3無校驗(yàn)無校驗(yàn)不使用校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)傳輸過程中不進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。UART通訊中的停止位設(shè)置11位停止位使用1位停止位可以簡(jiǎn)化傳輸過程，但抗干擾能力較弱。22位停止位使用2位停止位可以提高抗干擾能力，但會(huì)降低傳輸速度。UART通訊的發(fā)送實(shí)現(xiàn)1準(zhǔn)備數(shù)據(jù)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成字符數(shù)據(jù)包。2寫入發(fā)送緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)包寫入U(xiǎn)ART控制器的發(fā)送緩沖區(qū)。3啟動(dòng)發(fā)送通過設(shè)置UART控制器的發(fā)送控制寄存器來啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送。UART通訊的接收實(shí)現(xiàn)1等待數(shù)據(jù)檢測(cè)接收緩沖區(qū)是否為空。2讀取接收緩沖區(qū)從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)包。3解析數(shù)據(jù)解析數(shù)據(jù)包，獲取數(shù)據(jù)。UART通訊的收發(fā)實(shí)現(xiàn)同步收發(fā)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后等待接收方確認(rèn)，接收方收到數(shù)據(jù)后發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，發(fā)送方收到確認(rèn)信號(hào)后繼續(xù)發(fā)送下一組數(shù)據(jù)。異步收發(fā)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后不需要等待接收方的確認(rèn)，接收方收到數(shù)據(jù)后自行處理，發(fā)送方可以繼續(xù)發(fā)送下一組數(shù)據(jù)。UART通訊的中斷處理發(fā)送中斷發(fā)送緩沖區(qū)空時(shí)產(chǎn)生發(fā)送中斷，用于提示發(fā)送方可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。接收中斷接收緩沖區(qū)滿時(shí)產(chǎn)生接收中斷，用于提示接收方可以讀取數(shù)據(jù)。UART通訊的應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集用于將傳感器數(shù)據(jù)采集到上位機(jī)進(jìn)行處理。工業(yè)控制用于控制電機(jī)、閥門等工業(yè)設(shè)備。通信用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信，例如串口調(diào)試。UART通訊的優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單易用、靈活方便、應(yīng)用廣泛、成本低廉。缺點(diǎn)傳輸速率較低、抗干擾能力較弱、傳輸距離較短。UART通訊與其他通訊協(xié)議的比較UART通訊方案的選型考慮傳輸速率根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)傳輸速率的要求選擇合適的波特率。傳輸距離根據(jù)傳輸距離選擇合適的傳輸介質(zhì)。抗干擾能力根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)抗干擾能力的要求選擇合適的校驗(yàn)位和停止位。UART通訊的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1選擇合適的UART控制器芯片。2設(shè)計(jì)電路板，連接UART控制器芯片和其他外設(shè)。3焊接電路板，完成硬件設(shè)計(jì)。UART通訊的軟件編程實(shí)現(xiàn)初始化UART端口設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)格式、校驗(yàn)位和停止位。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)編寫數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)功能。處理中斷編寫中斷處理函數(shù)，處理發(fā)送中斷和接收中斷。UART通訊實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建1硬件平臺(tái)選擇合適的開發(fā)板，例如STM32開發(fā)板。2軟件平臺(tái)選擇合適的開發(fā)環(huán)境，例如Keil或IAR。3調(diào)試工具選擇合適的調(diào)試工具，例如串口調(diào)試助手。UART通訊實(shí)驗(yàn)的操作步驟1編寫程序根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，編寫UART通訊的程序代碼。2編譯程序使用開發(fā)環(huán)境編譯程序代碼，生成可執(zhí)行文件。3下載程序?qū)⒖蓤?zhí)行文件下載到開發(fā)板。4運(yùn)行測(cè)試運(yùn)行程序，測(cè)試UART通訊功能。UART通訊實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)1電路連接檢查電路板連接是否正確，確保UART端口正常工作。2參數(shù)配置確認(rèn)波特率、數(shù)據(jù)格式、校驗(yàn)位和停止位設(shè)置正確。3程序調(diào)試使用調(diào)試工具進(jìn)行程序調(diào)試，確保程序邏輯正確無誤。UART通訊實(shí)驗(yàn)的常見問題數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤可能是數(shù)據(jù)格式設(shè)置錯(cuò)誤、校驗(yàn)位設(shè)置錯(cuò)誤或程序邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的。接收不到數(shù)據(jù)可能是UART端口未打開、波特率設(shè)置錯(cuò)誤或程序邏輯錯(cuò)誤導(dǎo)致的。發(fā)送緩沖區(qū)溢出可能是程序發(fā)送數(shù)據(jù)過快，發(fā)送緩沖區(qū)來不及處理導(dǎo)致的。UART通訊實(shí)驗(yàn)的測(cè)試驗(yàn)證發(fā)送測(cè)試發(fā)送不同類型的數(shù)據(jù)，測(cè)試UART通訊的發(fā)送功能是否正常。接收測(cè)試接收發(fā)送的數(shù)據(jù)，測(cè)試UART通訊的接收功能是否正常。UART通訊實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析數(shù)據(jù)傳輸速率分析實(shí)際傳輸速率與預(yù)期傳輸速率之間的差異。數(shù)據(jù)傳輸可靠性分析數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。UART通訊實(shí)驗(yàn)的課后思考UART通訊的局限性思考UART通訊的傳輸速率、抗干擾能力、傳輸距離等方面的局限性。UART通訊的改進(jìn)方向思考如何改進(jìn)UART通訊，提高其傳輸速率、抗干擾能力和傳輸距離。UART通訊實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用擴(kuò)展無線數(shù)據(jù)傳輸使用無線模塊，將UART通訊擴(kuò)展到無線數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸使用網(wǎng)絡(luò)模塊，將UART通訊擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。UART通訊實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)心得心得體會(huì)分享您在本次實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)到的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并總結(jié)學(xué)習(xí)過程中的收獲