《C单片机的串行口》课件

C单片机的串行口C单片机串行口是单片机与外部设备进行数据通信的重要接口，它可以实现单片机与其他设备之间的数据传输。串行口具有连接简单、成本低廉等优点，广泛应用于各种嵌入式系统。课程目标掌握串行通信原理理解串行通信的优势，并掌握异步和同步串行通信协议。学习UART接口使用掌握UART接口的结构、收发流程和编程方法，并能进行实际应用开发。了解SPI和I2C接口了解SPI和I2C接口的特点，并掌握其基本通信原理和编程方法。串行通信概述串行通信是一种常用的数据传输方式。它将数据一位一位地依次传输，而不是像并行通信那样同时传输多位数据。串行通信的优点是传输线路简单，成本低，适用于远距离数据传输。它广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、手机、传感器等。串行通信基本原理1数据传输方式串行通信一次传输一位数据，数据以串行方式在一条线上进行传输。2数据传输方向串行通信数据可以单向传输，也可以双向传输。3通信协议串行通信使用特定的通信协议来规范数据的传输格式和时序。4数据同步接收方需要与发送方保持同步，才能正确接收数据。异步串行通信协议起始位和停止位用于识别数据帧的起始和结束，确保数据传输的完整性。时钟信号用于同步数据发送和接收，保证数据传输的准确性。奇偶校验用于检测数据传输过程中出现的错误，提高数据传输的可靠性。UART接口结构UART接口包含发射器、接收器和控制逻辑等单元。发射器将数据转换为串行信号，接收器将串行信号转换为数据。控制逻辑负责管理UART的工作模式、波特率等参数。UART收发流程1数据准备将要发送的数据存储到发送缓冲区中，等待发送。2串行化将数据逐位转换成串行信号，并添加起始位、停止位、校验位等信息。3数据传输通过串行口发送数据，接收方接收数据，并将其存储在接收缓冲区中。4数据校验接收方根据校验位对数据进行校验，确保数据完整性和正确性。5数据解析接收方将接收到的串行数据转换为原始数据，并进行进一步处理。UART收发编程发送数据使用C语言编写程序控制UART发送数据到外设。发送数据时需要设置数据位、停止位、奇偶校验位等参数。接收数据编写程序接收来自外设的串行数据。程序需要识别接收数据起始位，进行数据校验，并处理接收到的数据。中断处理使用中断机制来提高数据收发效率。当UART接收或发送数据时，触发中断，并在中断服务程序中处理数据收发。软件库函数C单片机厂商通常提供UART软件库函数，简化程序开发。使用库函数可以快速实现UART收发功能。UART收发装置UART收发器专门用于串行通信的芯片，实现数据信号的转换和发送接收。单片机连接通过引脚连接到单片机的串行口，实现单片机与外部设备的数据传输。连接电脑通过USB转串口模块或串口线连接到电脑，方便调试和数据采集。工业设备广泛应用于工业自动化，例如传感器数据采集、控制指令发送。UART波特率设置波特率单位定义110bps每秒传输110个数据位300bps每秒传输300个数据位600bps每秒传输600个数据位1200bps每秒传输1200个数据位2400bps每秒传输2400个数据位4800bps每秒传输4800个数据位9600bps每秒传输9600个数据位19200bps每秒传输19200个数据位38400bps每秒传输38400个数据位57600bps每秒传输57600个数据位115200bps每秒传输115200个数据位波特率是串行通信中一个重要的参数，它决定了数据传输的速率。波特率越高，数据传输越快，但同时也会增加传输的误差率。选择合适的波特率需要根据实际应用场景进行权衡。UART实验演示通过实际电路搭建，演示UART串行通信收发过程。使用C语言编程，实现单片机与电脑之间的交互。观察串口助手上的数据传输，验证程序功能。同步串行通信协议SPISPI是一种同步串行通信协议，它采用主从模式。SPI协议支持多种数据传输速率，适用于高数据传输效率的应用。I2CI2C是一种同步串行通信协议，它采用主从模式。I2C协议支持多种数据传输速率，适用于低数据传输效率的应用。其他协议其他同步串行通信协议包括CAN、LIN等，它们也支持主从模式。这些协议在不同领域发挥着重要作用，例如汽车电子、工业自动化等。SPI接口结构SPI是同步串行通信协议，使用四线接口进行通信。数据传输通过MOSI、MISO、SCK、SS四根信号线完成。MOSI用于主设备向从设备发送数据，MISO用于从设备向主设备发送数据，SCK用于同步时钟信号，SS用于选择从设备。SPI通信使用同步时钟信号，保证主从设备之间的同步。主设备通过SS信号选择不同的从设备进行通信。SPI支持全双工通信，主从设备可以同时发送和接收数据。SPI传输过程1时钟信号主设备发送时钟信号2数据传输主设备发送数据3数据接收从设备接收数据4应答信号从设备发送应答信号SPI传输过程以主设备为主导。主设备首先发送时钟信号，同步从设备数据传输。主设备发送数据，从设备接收数据。完成数据传输后，从设备发送应答信号，确认数据接收成功。SPI主从通信主设备控制数据传输时序，发送数据，并接收从设备的响应。从设备被动接收来自主设备的数据，并根据命令进行操作，将结果反馈给主设备。SPI编程实践硬件配置SPI模块的时钟频率、数据格式、传输模式等参数都需要在程序中进行配置。使用寄存器设置SPI模块工作模式。数据传输根据具体的应用场景选择数据传输方式：单字节、多字节或连续数据流传输。中断处理在数据传输完成或发生错误时，可以使用中断机制进行处理。中断处理函数可以进行相应的数据处理或状态更新。错误处理在SPI通信过程中，可能会出现数据传输错误或时序错误。编写错误处理程序以保证系统稳定性。SPI应用案例SPI广泛应用于各种电子系统中，例如传感器数据采集、显示屏驱动、存储器读写等。SPI接口简单易用，传输速度快，适用于需要高速数据传输的应用场景。数据采集系统显示设备驱动存储器读写I2C接口原理1双线通信I2C使用两条线进行数据传输，一条用于数据传输（SDA），另一条用于时钟信号（SCL）。2主从模式I2C通信采用主从模式，其中主设备控制数据传输，从设备接收数据并进行响应。3地址识别每个从设备都有一个唯一的地址，用于主设备识别目标设备。4低电压信号I2C使用低电压信号，通常在3.3V或5V，适用于低功耗应用。I2C通信模式标准模式I2C标准模式是一种同步通信模式，数据传输速率较低，适用于一般数据传输。快速模式I2C快速模式是一种同步通信模式，数据传输速率较高，适用于需要更高数据传输速率的应用。高速模式I2C高速模式是一种同步通信模式，数据传输速率最高，适用于需要极高数据传输速率的应用。超高速模式I2C超高速模式是一种同步通信模式，数据传输速率最快，适用于需要极高数据传输速率的应用。I2C从设备编程地址识别I2C从设备通过7位地址进行识别，地址由器件自身决定，无法更改。数据接收从设备接收主设备发送的数据，并根据数据内容进行处理。数据发送从设备根据需要向主设备发送数据，例如传感器采集到的数据或状态信息。状态控制从设备通过状态寄存器向主设备报告自身状态，例如数据是否准备好或是否出现错误。I2C主设备编程I2C主设备的初始化I2C主设备的初始化过程包括设置I2C总线的速度、数据传输模式和I2C地址等参数。I2C主设备需要向从设备发送启动信号、停止信号、读写信号等控制信号。I2C主设备的数据读写I2C主设备可以向从设备发送数据，也可以从从设备读取数据。I2C主设备需要根据实际应用场景，编写相应的程序代码来实现数据读写操作。I2C实验演示实验平台搭建实验平台通常包括一个I2C主设备，一个或多个I2C从设备，以及连接它们的通信线。I2C总线连接主设备和从设备，用于数据传输。通信流程验证通过编写I2C主设备和从设备的程序，模拟实际应用场景，验证I2C通信协议的正确性。波形分析利用示波器观察I2C总线上的信号波形，分析数据传输过程，验证通信协议的细节。代码调试调试I2C通信程序，确保程序能够正确地发送和接收数据，并处理异常情况。串行通信应用分析工业自动化串行通信广泛用于工业自动化控制系统，例如机器人控制、自动化生产线。医疗设备串行通信应用于医疗设备，如心电监护仪、呼吸机、超声仪等。汽车电子串行通信在汽车电子系统中广泛应用，例如车载娱乐系统、车身控制系统等。智能家居串行通信在智能家居系统中应用，例如智能照明、智能门锁、智能空调等。串行通信发展趋势11.高速率随着技术发展，串行通信速率不断提高，从传统的低速率发展到高速率，例如USB3.0、PCIe等。22.多协议为了满足不同的应用需求，串行通信协议不断发展，例如CAN、I2C、SPI、UART等协议。33.智能化未来串行通信将朝着智能化方向发展，例如支持自动配置、故障诊断、安全加密等功能。44.无线化无线串行通信技术不断发展，例如蓝牙、WiFi、Zigbee等技术，为移动设备和物联网提供了便捷的连接方式。串行通信安全问题11.数据完整性确保数据在传输过程中不会被篡改或损坏。22.数据机密性保护敏感信息不被未经授权的访问。33.身份验证验证通信双方的身份，防止假冒。44.访问控制限制对串行通信资源的访问。串行通信调试技巧串行调试器串行调试器可以帮助用户观察和控制串行通信过程，进行数据分析和故障排查。协议分析工具使用协议分析工具可以捕获和分析串行通信数据，识别协议错误和数据传输问题。示波器示波器可以观察信号波形，分析时序关系和电压电平，帮助诊断串行通信故障。逻辑分析仪逻辑分析仪可以同时采集多个信号，用于分析数据流和时序关系，解决复杂的通信问题。综合实验设计实验目标串行通信实验设计，学习串行通信的应用和编程。实验方案选择合适的单片机和外设，设计串行通信电路，编写程序验证实验结果。实验步骤硬件连接，程序编写，调试运行，实验结果分析。实验内容例如：数据传输，通信协议验证，中断处理，多机通信等。实验报告记录实验方案、步骤、结果和分析，并总结实验心得。经典案例分析温度传感器数据采集通过单片机串行口采集温度传感器数据，实现实时监测环境温度。利用串行口通信协议，将温度传感器的数据传输至上位机，并进行数据可视化。智能家居控制利用单片机串行口，实现对智能家居设备的远程控制。通过串行通信接口，控制灯光、窗帘、家电等设备，构建便捷舒适的智能家居环境。读书思考与交流拓展知识深入学习相关书籍，例如单片机应用开发、嵌入式系统设计等，