计算机串行通信接口技术课件

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1、 计算机系统与外设或者计算机系统与计算机计算机系统与外设或者计算机系统与计算机系统之间的信息传递通常采用系统之间的信息传递通常采用串行通信串行通信 串行通信按同步方式来分，可分为串行通信按同步方式来分，可分为异步串行异步串行通信通信和和同步串行通信同步串行通信异步异步串行通信串行通信:是指不使用是指不使用同步时钟同步时钟信号进行通信的方案。信号进行通信的方案。只要通信的收发双方使用只要通信的收发双方使用相同的位速率相同的位速率(即即波特率波特率：每秒每秒传传送的数据送的数据位数位数)，并使用适当的方法对数据校验，异步串行，并使用适当的方法对数据校验，异步串行通信是可以可靠传送数据包的通信是可以

2、可靠传送数据包的.D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1起起始始位位空空闲闲位位停停止止位位起起始始位位奇偶奇偶校验校验(A)异步通信常用格式：一个异步通信常用格式：一个字符帧字符帧 字符格式规定字符格式规定(一帧一帧)：起始位起始位,数据位，奇偶校验位和停止位数据位，奇偶校验位和停止位。波特率波特率(位位/秒秒)每秒传送的位数每秒传送的位数 常用的波特率有常用的波特率有38400，19200，9600，1200，600，300等等网速：华数10兆和电信4兆 2011年年底，中国互联网接入速率为1.4兆比特，国际排名降到了第90位。全球最快带宽速度：韩国13.8Mb居首英国建世

3、界最快宽带 速度为1.5Gb/s 802.11b（11Mb/s 无线标准）理论最大速度11Mbps，其WLAN传输速度一般在3-6Mbps之间，换算成MB（1MB=8Mb）也就是每秒传输速度在400KB-800KB左右。取其中间值600KB，这样的速度要传输100MB的文件需要2分半钟到3分钟左右 无线上网卡注意分为GPRS和CDMA两种。GPRS的实际速度：基本和56Kbps的Modem速度持平。CDMA的实际速度：达到153.6Kbps，是家里电话线上网的四倍左右。发送器发送器接收器接收器 发送器发送器/接收器接收器 发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器

4、接收器单工方式单工方式：半双工方式半双工方式：全双工方式全双工方式：（1）单片机一般内部集成）单片机一般内部集成UART（通用异步收发机）（通用异步收发机）（2）也可以使用芯片进行扩展如）也可以使用芯片进行扩展如 8251并行接口并行接口 MAX3100SPI（8FIFO）TL16C550A并行（并行（16FIFO）TL16C554内含内含4路路TL16C550B51单片机的串行接口单片机的串行接口硬件结构硬件结构SBUF（发）（发）SBUF（收）（收）发送控制器发送控制器 TI接收控制器接收控制器 RI移位寄存器移位寄存器波波特特率率发发生生器器T1 1A累累加加器器(门门)移位寄存器移位寄

5、存器RxDP3.0TxD P3.1去申请中断去申请中断引脚引脚引脚引脚CPU内部内部1.SM0、SM1 控制串行口方式，如控制串行口方式，如 mov scon,#00 xxxxxxb则该串口工作在方式则该串口工作在方式03、REN 允许串行接收位，由软件置允许串行接收位，由软件置/复位复位 1：允许接收：允许接收 0：不允许接收；发送数据时设为：不允许接收；发送数据时设为04、TB8 在方式在方式2、3中要发送的第九位数据中要发送的第九位数据，由软件置，由软件置/复位复位 T1T1初值初值 =256-=256-=232=E8H =232=E8H串行方式串行方式1波特率取决于波特率取决于T1溢出

6、率溢出率(设设SMOD=0),计算计算T1定时初值：定时初值：32321212120012002 20 0 工业控制中，用于调制解调器的信号不使用工业控制中，用于调制解调器的信号不使用RTS：请求发送：请求发送 询问数据装置是否做好了接受数据的准备询问数据装置是否做好了接受数据的准备CTS：清除发送：清除发送 数据装置通知数据终端已做好了接受数据的准备数据装置通知数据终端已做好了接受数据的准备DTR：数据终端就绪：数据终端就绪 数据终端做好了接受数据的准备数据终端做好了接受数据的准备DSR：数据装置就绪：数据装置就绪 数据装置做好了发送数据的准备数据装置做好了发送数据的准备CD：载波信号检出：

7、载波信号检出RI:振铃信号振铃信号需需TTL电平信号进行转换电平信号进行转换从机1从机2从机3主机图图1.5 直接连接直接连接图图1.5 多机接连接多机接连接 主机可以是计算机或单片机系统，从机多为单片机系统。主机可以是计算机或单片机系统，从机多为单片机系统。51系列常采用总线方式。系列常采用总线方式。从机较多时，从机较多时，主机主机TXD应使用总线驱动器应使用总线驱动器(如如74HC244)驱动驱动 从机从机TXD应使用应使用OC门（如门（如7407驱动）输出，并在主机驱动）输出，并在主机端接上拉电阻（端接上拉电阻（2.2k左右）左右）从机1从机2从机3主机-3v -15v表示逻辑表示逻辑“

8、1”+3v +15v表示逻辑表示逻辑“0”传输距离一般在传输距离一般在15米米以内，最远不超过以内，最远不超过30米。最远米。最远传输距离与波特率有关传输距离与波特率有关.传输速率越快，可靠传输的距离传输速率越快，可靠传输的距离越短越短,RS-232C在长距离通信时，常常发生通信错误，即在长距离通信时，常常发生通信错误，即便波特率低到便波特率低到300b/s，通信距离也达不到，通信距离也达不到100m 图图1.7 MAX32功能框图功能框图(电平转换电平转换)图1.7 MAX232功能框图常用常用9针针D形连接器形连接器 DB9 计算机端使用计算机端使用DB9针，连线使用针，连线使用DB9孔孔

9、 123456789 上位机与多个串口设备通信时，每个串口必须使用上位机与多个串口设备通信时，每个串口必须使用1个独立的个独立的RS232C串口，可使用串口，可使用多串口卡多串口卡，或，或多路串口多路串口接口芯片扩展，接口芯片扩展，RS232C串口不使用的引脚请不要连接。电缆线长度串口不使用的引脚请不要连接。电缆线长度超过超过15米时，最好使用三芯屏蔽线，屏蔽层接地。米时，最好使用三芯屏蔽线，屏蔽层接地。图图1.8 两个两个RS-232C串行口的连接串行口的连接图图1.8 使用多串口卡多个使用多串口卡多个RS-232C串行口串行口-3v -15v “1”+3v +15v “0”UAB200mV

10、 “1”UBA200mV “0”AB图1.10 MAX488/490封装图与RS-422通信连线图注：图中引脚编号为DIP封装终端电阻：终端电阻：100120欧姆，位于欧姆，位于接收端接收端，将差动，将差动电流转电流转换成换成电压电压图1.11 MAX489/491封装图与RS-422通信连线图图1.12 用RS-485组建的网络（1）一般采用主从控制方式（2）从机发送的数据只有主机可以接收主机从机1从机3从机2YZABABYZ主机从机1从机2YZABABZYYZBAABZY单片机可使用MAX3100或TL16C554扩展串行口PC机可使用RS422多串口卡可采用可采用主动发送主动发送方式方式

11、建议使用建议使用8脚的脚的RJ45连接器连接器传输线用传输线用双绞线双绞线即可即可 自制自制 起始字节起始字节设备地址设备地址 数据包长度数据包长度数据块数据块校验字节校验字节使用使用ASCII码的控制区字符构成起始字节时，常使用码的控制区字符构成起始字节时，常使用起始字节起始字节常使用常使用SOH（01H）或）或STX（02H）发送较大数据包时，常使用字符串，如发送较大数据包时，常使用字符串，如“AA55”设备地址设备地址1B 或或2B，通常最高为置为，通常最高为置为1数据包长度数据包长度1B或或2B，通常最高为置为，通常最高为置为1校验字节校验字节常用和校验，常用和校验，2B，通常最高为置

12、为，通常最高为置为13BABB（B为为A的补码）的补码）4BDABC（D为地址，为地址，C为为DAB的校验和）的校验和）发送确认字节发送确认字节ACK（06H）发送不确认字节发送不确认字节NAK（15H）D-最高为设为最高为设为1，ABC最高为均设为最高为均设为0何时锁存数据：上升沿，下降沿何时锁存数据：上升沿，下降沿高位在前还是低位在前高位在前还是低位在前数据串的长度：数据串的长度：8b,16b无无SPI接口，则可接到任意三根接口，则可接到任意三根I/O线线有有SPI接口，不可随意安排接口，不可随意安排SPI-串行外设接口串行外设接口SPI仅使用三根线进行数据通信，对于接口设备，分别为：仅使

13、用三根线进行数据通信，对于接口设备，分别为：输入线输入线(MPU为输出线，标示为为输出线，标示为MOSI)、输出线、输出线(MPU为为输入线，标示为输入线，标示为MISO)、时钟线、时钟线(SCLK)（1）MAX110/1112通道通道A/D转换芯片转换芯片 上升沿锁存，上升沿锁存，16b，高位在前，高位在前（2）X5045 输入数据上升锁存、输出数据下降沿锁存，输入数据上升锁存、输出数据下降沿锁存，16b，高位在前高位在前三合一的多功能芯片（电源监视三合一的多功能芯片（电源监视/复位、看门狗、复位、看门狗、512EEPROM)指令高阻态数据输出微处理器无SPI接口或接口不支持SPI器件时序时

14、，可用I/0口线与器件3线连接软件开销大，传输速度较低。可用C语言或汇编语言实现P1.1(SCLK)清零P1.0()清零，选中芯片已传送16位？输出一位到P1.2(DIN)P1.1(SCLK)置1输入一位到P1.3(DOUT)P1.1(SCLK)清零指向下一数据位结束保存输入位，P1.0置1图1.22 软件SPI接口流程示例YN 带带SPI接口的微处理器（如接口的微处理器（如AT89S53)，与，与SPI器件连接位置固定，器件连接位置固定，不可随意安排不可随意安排 软件开销小，传输速度快。软件开销小，传输速度快。注意：带注意：带SPI接口的微处理器，接口的微处理器，SPI参数需根据不参数需根据

15、不同外围器件进行设置，时序要与器件保持一致同外围器件进行设置，时序要与器件保持一致Philips 多主机总线多主机总线提供总线仲裁逻辑提供总线仲裁逻辑同名端对应相连同名端对应相连SCK(串行时钟线串行时钟线),SDA(串行串行数据线数据线)上拉电阻上拉电阻漏极开路，漏极开路，510K图1.26 I2C 总线的起始条件和终止条件时序图1.28 I2C总线硬件连接SDASCLS12789高位高位ACK129ACKP应应答答应应答答从机请求延时从机请求延时（1）SCL为高电平时，为高电平时，SDA应保持不变，否则视为起始或终应保持不变，否则视为起始或终止条件止条件（2）每个字节）每个字节8位，高位在

16、前，位，高位在前，每次传输字节数没有限制每次传输字节数没有限制（3）每传送完一字节之后，）每传送完一字节之后，接受器件给出应答信号接受器件给出应答信号（低电平）（低电平）（4）若接受器件不能接收下一个字节，则应使）若接受器件不能接收下一个字节，则应使SCL保持低电保持低电平；准备好后，释放平；准备好后，释放SCL，使数据传送继续进行，使数据传送继续进行1）I2C明确规定了软硬件协议明确规定了软硬件协议AT24C02A/04A/08A（1010）EEPROM 容量分别为容量分别为256/512/1024B标准标准I2C总线数据传送格式总线数据传送格式S从机地址R/WA数据A数据AP（1）器件地址

17、由固定位和可编程位组成）器件地址由固定位和可编程位组成（2）改变数据传送方向时改变数据传送方向时，应重新发送起始条件和从机地，应重新发送起始条件和从机地址址S从机地址 R/W A数据A数据APS从机地址 R/WA字节写时序AT24C02A/04A/08A（1）带）带I2C接口的微处理器（如接口的微处理器（如P8X552)，2线对应相连线对应相连（2）微处理器无）微处理器无I2C接口，用接口，用I/O线与线与I2C器件相连，软件器件相连，软件模拟时序模拟时序 对于不符合对于不符合I2C硬件规范的器件，也只能用软件模拟硬件规范的器件，也只能用软件模拟与与SPI接口器件类似接口器件类似图1.35 P

18、DIUSBD12引脚排列及内部功能框图12345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeDDate:3-Dec-2007 Sheet of File:F:bishe动采仪04.DDBDrawn By:DATA01DATA12DATA23DATA34GND5DATA46DATA57DATA68DATA79ALE10CS_N11SUSPEND12CLKOUT13INT_N14RD_N15WR_N16DMREQ17DMACK_N18EOT_N19RESET_N20GL_N21XTAL122XTAL223VDD24D-25D+26Vout3.327A028U

19、4D12D0D1D2D3D4D5D6D7CS_USBSUSPINT_USBWRRDA0VCC3.3Y16MC2722pFC2668pFVCC3.3VCC3.3R2110KR2210KSUSPINT_USBR20330VCC3.3USBEINT0R518R618R71.5KEOTEOTR1010KR91MVCC3.3C28104C2510uFR81MR111MC2910412345J7CON5D2LEDR2410KUSB_RST图1.36 由PDIUSBD12构成的USB接口原理图 CAN信息帧标准数据格式扩展数据格式CAN总线仲裁仲裁控制数据位不再发送仲裁丢失图1.51 电流环接口的实用电路双

20、绞线VCCTXD双绞线LED+LED-NCBCE7406VxxRXD74HC144N35R1R2R1,R2取值取值550时，可在时，可在19200下传送下传送500米米 RS-485或或RS-422是更为理想的是更为理想的长线通信长线通信方式。方式。为了更好适应工业控制环境，建议使用为了更好适应工业控制环境，建议使用RS-485或或RS-422。使用合格的网络。使用合格的网络双绞线双绞线，通信距离可以超过，通信距离可以超过1200米米。更长的距离可通过。更长的距离可通过中继器中继器实现。长距离通信实现。长距离通信应采用应采用带光电隔离带光电隔离的的485驱动器驱动器 采用总线式结构，最多允许挂

21、接采用总线式结构，最多允许挂接32个接收设备个接收设备 采用星形结构，每条支线上都应接终端电阻，并采用星形结构，每条支线上都应接终端电阻，并将终端电阻阻值提高，一般支线总数控制在将终端电阻阻值提高，一般支线总数控制在 4条以下条以下 通信距离可达通信距离可达20千米千米 RS-422的信号中继总线 RS-485的驱动逻辑用MAX1480组建隔离的RS-485/422网络1、数据包同步字符约定方式数据包同步字符约定方式:发送字符发送字符SOH,SOH(ASCII码码01)本意即是文件头本意即是文件头,也可使用其它字符，但最低位必须为也可使用其它字符，但最低位必须为1 2、反复发生固定字符串，让接

22、收端通过试收发同步反复发生固定字符串，让接收端通过试收发同步波特率同步方式波特率同步方式停止位停止位D0D0D0D0D7D7起始位起始位起始位起始位起始位起始位起始位起始位停止位停止位01H接收端的波特率与发送端波特率相同接收端的波特率与发送端波特率相同,即同步即同步06H接收端的接收端的波特率波特率是发送端是发送端波特率波特率的的2倍倍78H接收端的波特率是发送端波特率接收端的波特率是发送端波特率的的4倍倍80H接收端的波特率是发送端波特率接收端的波特率是发送端波特率的的8倍倍握手的方式握手的方式：接收端以：接收端以最高波特率接收最高波特率接收，发送端发送文件头，发送端发送文件头SOH（AS

23、CII码码01H)时，若接收到的信号为时，若接收到的信号为01H06H78H80H2400b/s4800b/s9600b/s19200b/s波特率同步原理波特率同步原理停止位停止位D0D0D0D0D7D7起始位起始位起始位起始位起始位起始位起始位起始位停止位停止位为提高识别率，发送端的在字符中间应为提高识别率，发送端的在字符中间应适当停顿适当停顿，停，停顿时间应大于顿时间应大于最低约定波特率传送一个字节的时间最低约定波特率传送一个字节的时间。调制解调器常用调制解调器常用AT两个字符作为同步字符，因为这两两个字符作为同步字符，因为这两个字符具有特定含意，即个字符具有特定含意，即“注意注意”-AT

24、TENTION。什么是开机握手？什么是开机握手？：确定波特率后，：确定波特率后，接收端应发送约定的字符接收端应发送约定的字符串通知发送端已取得同步串通知发送端已取得同步，且仪器准备好。，且仪器准备好。01H06H78H80H2400b/s4800b/s9600b/s19200b/s波特率同步原理波特率同步原理图1.61数字温度计电路的电源部分图1.62 数字温度计电路1、（1）单端单端隔离隔离接收端接收端隔离隔离光耦整形整形光耦RS232CMAX232ARXDTXDGND740674HC144N35VCCTXDRXDRXDTXD整形光耦74HC144N35RXD光耦整形7406VCCTXDRX

25、DTXD单片机直接转换成电流环单片机直接转换成电流环（2）双端双端隔离隔离接收、发送端都进行隔离接收、发送端都进行隔离光耦整形整形光耦740674HC144N35VCCTXDRXDRXDTXD光耦VDD光耦TXD74062、电平转换RS232CMAX232ARXDTXDGNDTXDRXDBAVCCROZYGNDDITX+TX-RX+RX-VCCMAX488（1）RS-232与与RS-422的转换电路的转换电路RS-422单片机不需要单片机不需要RS232信号转换信号转换微处理器TXDRXDBAVCCROZYGNDDITX+TX-RX+RX-VCCMAX488（2）直接使用）直接使用RS-422

26、驱动光耦驱动光耦的隔离电路的隔离电路TXDRXDBAVCCROZYGNDDITX+TX-RX+RX-VCCMAX488光耦RXDBAVCCROZYGNDDIMAX488TXD光耦4N35直接使用直接使用RS-422驱动光耦驱动光耦的隔离电路的隔离电路（3）标准的）标准的RS422/485隔离电路隔离电路TXDBAVCCROZYGNDDITX+TX-RX+RX-VXXMAX488LED+LED-NCBCERXDVCCVXX4N35LED+LED-NCBCE4N35VCCVXX1K330120标准的标准的RS422/485的隔离电路的隔离电路（4）使用）使用逻辑隔离器件逻辑隔离器件的的RS-422/485隔离电路隔离电路TXDRXDBAVCCROZYGNDDITX+TX-RX+RX-VXXMAX488OUT3IN1OUT1IN3VCCVXXHCPL-091J使用使用逻辑隔离器件逻辑隔离器件的的RS-422/485隔离电路隔离电路隔离电源隔离电源隔离电源隔离电源