第5_1章 串行接口_2015

1、单片机及接口技术第第5 5章章 串行接口概述串行接口概述 P114 P114单片机及接口技术51-2 5.1.1 5.1.1 概述概述 数据通信方式数据通信方式有两种：并行通信与串行通信；有两种：并行通信与串行通信；并行通信：并行通信：所传送数据的各位所传送数据的各位同时同时发送或接收。发送或接收。 特点：特点： 速度快，成本高，适合近距离传输。速度快，成本高，适合近距离传输。 如计算机并口，打印机。如计算机并口，打印机。 计算机计算机计算机计算机或或外设外设D0D1D2D3D4D5D7D6GNDD0D1D2D3D4D5D7D6GND单片机及接口技术51-3 5.1.1 5.1.1 概述概述串

2、行通信：串行通信：所传送数据的各位按顺序所传送数据的各位按顺序一位一位一位一位地发送或接收。地发送或接收。 如：如：只需只需2 2根数据，根数据，1 1根地线，共根地线，共3 3根即可实现双向通信。根即可实现双向通信。 特点：特点：成本低，硬件方便，适合远距离通信，成本低，硬件方便，适合远距离通信， 传输速度低传输速度低 。 如：如：RS-232C ,RS-485RS-232C ,RS-485计算机计算机计算机计算机或或外设外设GNDTXDRXDGNDRXDTXD100101110010110 0单片机及接口技术51-4 通信协议：通信协议：通信的双方的通信约定，什么时候开始发送，什通信的双方

3、的通信约定，什么时候开始发送，什么时候发送完毕，同步方式，纠错方式；么时候发送完毕，同步方式，纠错方式； 帧：帧：串行通信一次完整的通信过程。串行通信一次完整的通信过程。 从开始到结束的数据称从开始到结束的数据称一一帧数据帧数据。 串行通信的分类串行通信的分类：按帧信息的：按帧信息的格式格式分分同步通信同步通信和和异步通信。异步通信。 异步串行通信一异步串行通信一帧数据格式：帧数据格式： 1、同步和异步通信方式、同步和异步通信方式D0D1D2 D3 D4 D5 D6 D7P10起起始始位位数据位（数据位（58位）位）校校验验位位停停止止位位 一个一个起始位起始位0表示字符的开始，然后是表示字符

4、的开始，然后是58位数据位数据即该字即该字符的代码，规定低位在前，高位在后，接下来是符的代码，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位奇偶校验位(可省略可省略)，最后以，最后以停止位停止位1表示字符的结束。表示字符的结束。单片机及接口技术51-5优点：优点：硬件结构简单。硬件结构简单。缺点：缺点：传输速度慢。传输速度慢。P1第第n n帧帧字符字符n-1帧帧n+1帧帧0D0D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7P10起起始始位位数据位（数据位（58位）位）校校验验位位停停止止位位异步串行通信过程：异步串行通信过程：单片机及接口技术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( (常约定常约定1 12 2个字节个字节) )指示一帧的指示一帧的开始开始 ，由时钟来实现发送端和接收端同步。接收方一旦检测到，由时钟来实现发送端和接收端同步。接收方一旦检测到与规定的同步字符符合，下面就连续按顺序传送若干个数据与规定的同步字符符合，下面就连续按顺序传送若干个数据 ，最后最后发校验发校验字节。字节。SYN字符字符2数据数据1数据数据2.数据数据n连续传送连续传送n 个数据个数据校验校验SYN字符字符1同步通信的数据帧格式同步通信的数据帧格式特点：特点： 数据传送效率高。数据传送效率高。没有起始、结束标志，一次传送多个数据没有起始、结束标志，一次传送多个数据

6、对硬件对硬件(时钟严格同步时钟严格同步)要求较高。要求较高。单片机及接口技术51-72 2、通信方向、通信方向 按通信方向分类按通信方向分类：单工、半双工、全双工通信方式：单工、半双工、全双工通信方式 单工方式单工方式: : 只能发送只能发送/ /接收，这种单向传送方式称单工方式。接收，这种单向传送方式称单工方式。 如：如：通信的一端只有发送器，或只有接收器。通信的一端只有发送器，或只有接收器。 半双工方式半双工方式 能双向传送的通信方式称能双向传送的通信方式称双工方式。双工方式。 数据可以双向传送，但不能同时发送和接收，只能数据可以双向传送，但不能同时发送和接收，只能分时分时接收接收或发送的

7、通信方式，称为或发送的通信方式，称为半（准）双工半（准）双工 。发送器发送器甲机甲机接收器接收器乙机乙机 单片机及接口技术51-8 全双工方式全双工方式 能能同时同时发送和接收数据的通信方式称发送和接收数据的通信方式称全双工全双工。如：通信双方用两个独立的收如：通信双方用两个独立的收/发器单独连接。发器单独连接。发送器发送器甲机甲机接收器接收器发送器发送器乙机乙机接收器接收器 发送器发送器甲机甲机接收器接收器发送器发送器乙机乙机接收器接收器 如：如：每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，要通过换向器转换方向。要通过换向器转换

8、方向。单片机及接口技术51-9（1 1）进行串行数据、并行数据的转换）进行串行数据、并行数据的转换 因为因为CPUCPU处理的是并行数据，处理的是并行数据，在在发送端发送端，接口将，接口将CPUCPU送出的送出的并行数据并行数据串行数据串行数据；在在接收端接收端， 将接收到将接收到串行数据串行数据并行数据并行数据，送往，送往CPUCPU处理。处理。（2 2）实现数据格式化）实现数据格式化 接口电路应实现不同接口电路应实现不同串行通信方式串行通信方式下的数据格式化任务。下的数据格式化任务。如：如：自动生成起始、终止方式的自动生成起始、终止方式的帧数据格式帧数据格式-异步方式；异步方式； 在待传送

9、的数据块前加上在待传送的数据块前加上同步字符同步字符-同步方式。同步方式。单片机及接口技术51-10（3 3）控制数据的传输速率）控制数据的传输速率 接口应具备对数据传输速率（波特率）的控制选择能力，即接口应具备对数据传输速率（波特率）的控制选择能力，即具有具有波特率发生器波特率发生器。5151系列单片机内有一个系列单片机内有一个全双工全双工的的异步异步通信接口，通过对串行接通信接口，通过对串行接口写控制字可以选择其数据格式，同时内部有口写控制字可以选择其数据格式，同时内部有波特率发生器波特率发生器，提供可选的波特率，可完成双机通信或多机通信。提供可选的波特率，可完成双机通信或多机通信。（4

10、4）进行传送错误检测）进行传送错误检测 在在发送时发送时，对传送的数据自动，对传送的数据自动生成生成校验位或校验码校验位或校验码； 在在接收端接收端，能，能检查检查校验位或校验码，确定传送中是否有误码。校验位或校验码，确定传送中是否有误码。 单片机及接口技术51-11 波特率（波特率（Baud RateBaud Rate）通信中用以表示数据传送速率。通信中用以表示数据传送速率。单位时间内传送的信息量。以每秒传送的二进制位数单位时间内传送的信息量。以每秒传送的二进制位数bpsbps。例如：例如：100100字符字符/ /秒，秒，1 1个字符个字符1111位位（起始、停止、校验、数据）起始、停止、

11、校验、数据） 波特率为：波特率为：10010011=1100 bps 11=1100 bps 4 4、波特率和发送、波特率和发送/ /接收时钟接收时钟 发送发送/接收时钟接收时钟发送时发送时，在发送时钟的作用下将移位寄存器的数据串行移出；，在发送时钟的作用下将移位寄存器的数据串行移出；接收时接收时，在接收时钟的作用下将通信线上的数据移入移位寄存，在接收时钟的作用下将通信线上的数据移入移位寄存器，器， 能产生发送时钟和接收时钟的电路称能产生发送时钟和接收时钟的电路称波特率发生器波特率发生器。 为了提高采样的分辨率，准确定位数据的上升沿下降沿，为了提高采样的分辨率，准确定位数据的上升沿下降沿，时时

12、钟频率钟频率总是总是高于波特率高于波特率的若干倍，这个倍数称为的若干倍，这个倍数称为波特率因子波特率因子。单片机及接口技术51-125 5、通信线的连接通信线的连接 通信速率和通信距离与通信速率和通信距离与传输线传输线的电气特性有关；的电气特性有关； 通信通信速率速率和通信和通信距离距离这两个方面是这两个方面是相互制约相互制约的，降低通信速率，的，降低通信速率，可以提高通信距离。可以提高通信距离。 不同的通信距离，串行通信电路有不同的连接方法。不同的通信距离，串行通信电路有不同的连接方法。 近距离通信电路近距离通信电路 RXD TXD GNDRXDTXDGND单片机及接口技术51-13 较远距

13、离传送电路较远距离传送电路RXDTXDGND电电平平转转换换RXDTXDGNDRXDTXDGND电电平平转转换换RXDTXDGND微机微机微机或微机或其他设备其他设备RS-232CRS-232C单片机及接口技术51-14 远距离传送电路远距离传送电路发送：发送：数字信号通过调制器（数字信号通过调制器（ModemModem）变成模拟信号通过电话）变成模拟信号通过电话线传送到对方线传送到对方; ;接收：接收：接收方通过解调器将模拟信号转换成数字信号接收。接收方通过解调器将模拟信号转换成数字信号接收。微微机机接接口口调调制制解解调调器器调调制制解解调调器器接接口口微微机机电话分机电话分机 单片机及接

14、口技术51-156 6、串行通信接口标准、串行通信接口标准测控系统中，计算机通信主要采用测控系统中，计算机通信主要采用异步串行通信异步串行通信方式，方式，常用的异步总线标准有三种：常用的异步总线标准有三种：RS-232CRS-232C RS-422 RS-423 RS-485RS-422 RS-423 RS-485 这里先介绍这里先介绍RS-232C RS-232C 传输速率与距离：传输速率与距离： RS-232CRS-232C： 速率：速率：20Kbit/S20Kbit/S， 最大通信距离最大通信距离 ： 15m15m RS-422 RS-422： 10Mbit/s10Mbit/s， : 3

15、00m: 300m 90Kbit/s 90Kbit/s， ：1200m1200m单片机及接口技术51-16 抗干扰能力抗干扰能力 采用标准的通信接口，本身具有一定的抗干扰能力，采用标准的通信接口，本身具有一定的抗干扰能力，但是工业现场的情况往往很恶劣，因而要根据具体情况进但是工业现场的情况往往很恶劣，因而要根据具体情况进行选择。行选择。 RS-232CRS-232C：一般场合，常用在实验室；：一般场合，常用在实验室； RS-422RS-422： 抗共模信号比较强（差动输入）；抗共模信号比较强（差动输入）； 另外：采用光纤另外：采用光纤-提高抗电磁干扰能力。提高抗电磁干扰能力。单片机及接口技术5

16、1-177 7、RS-232CRS-232C接口标准接口标准 154326789GNDTXDDTRRXDDSRDCDRTSCTSRI 基本的数据传送引脚基本的数据传送引脚 TXDTXD：数据发送引脚；：数据发送引脚； RXDRXD：数据接收引脚；：数据接收引脚； GNDGND：信号地。：信号地。 美国电子工业协会（美国电子工业协会（EIAEIA）公布的一种）公布的一种异步通信标准异步通信标准。 RS-232CRS-232C标准是：标准是：设备之间通信的距离不大于设备之间通信的距离不大于1515米；米；最大传输速率最大传输速率20KB/S20KB/S采用采用负逻辑：负逻辑：11：-3V -3V

17、-15V -15V 0 0：+3V +3V +15V+15V连接器：连接器：9 9针针D D型连接器（早期型连接器（早期2525针）；针）；单片机及接口技术51-187 7、RS-232CRS-232C接口标准接口标准握手信号握手信号 RTSRTS：请求发送信号，输出；：请求发送信号，输出； CTSCTS：清除传送，对：清除传送，对RTSRTS的响应，输入；的响应，输入； DCDDCD：载波检测，输入；：载波检测，输入； DSRDSR：数据通信准备就绪，输入；：数据通信准备就绪，输入； DTRDTR：数据终端就绪，输出。：数据终端就绪，输出。RS-232CRS-232C的的EIAEIA电平与电

18、平与TTLTTL电平的转换电平的转换 当计算机采用当计算机采用RS-232RS-232标准时必须通过电平变换，标准时必须通过电平变换， 如：如： MC1488/1489MC1488/1489、MAX232/MAX202MAX232/MAX202单片机及接口技术51-197 7、RS-232CRS-232C接口标准接口标准MAX232 MAX232 是是EIAEIA和和TTLTTL双向电平转换芯片双向电平转换芯片。内部具有电压提。内部具有电压提升电路，并有两路接收器和发送器。只需单一升电路，并有两路接收器和发送器。只需单一+5V+5V电源。电源。C1+C1-C2+C2-V+V-MAX232R1INT1INT2INT1OUTT2OUTR2INR1OUTR2OUT+5V1F1F1F1F1FTTL/CMOSTTL/CMOSRS-232RS-232单片机及接口技术51-208 8、单片机间的双机通信连接、单片机间的双机通信连接 RXD TXD GNDTXDGND8xx518xx51RXDTTLTTL单片机及接口技术51-219 9、单片机与、单