《C单片机的串行口》课件

C单片机的串行口课程大纲串行通信概述串行通信的定义串行通信的优势串行通信的基本原理C单片机串行口单片机串行口的结构串行口的初始化串行口的发送与接收数据应用实例串行通信与外部设备的连接单片机串行口的数据传输串行通信的应用场景什么是串行通信串行通信是指数据一位一位地依次传输，数据位以串行的形式在单根线路上传输。这与并行通信形成对比，后者一次传输多个数据位。串行通信的优势线路简单串行通信仅使用一根数据线传输数据，与并行通信相比，线路更简单，成本更低。远距离传输串行通信可以轻松地实现远距离数据传输，无需复杂的布线和信号放大，适合长距离通信场景。易于实现串行通信的实现相对简单，可以使用较少的硬件资源，适用于各种嵌入式系统和单片机应用。串行通信的基本原理1数据传输串行通信以一位一位的方式传输数据，使用单个传输线发送和接收数据。2方向性串行通信可以是单向的（数据仅在一个方向上传输）或双向的（数据可以在两个方向上传输）。3同步方式串行通信可以是同步的（发送方和接收方使用公共时钟信号）或异步的（发送方和接收方使用各自的时钟信号）。异步串行通信的原理1数据传输无需时钟同步2起始位数据传输开始标记3数据位实际传输数据4校验位数据完整性验证5停止位数据传输结束标记异步串行通信的帧结构1起始位起始位数据传输开始的标志8数据位数据位实际传输的数据1校验位校验位用于检测数据传输错误1停止位停止位数据传输结束的标志异步串行通信的数据格式起始位用于标识数据帧的开始，通常为一个逻辑低电平。数据位实际传输的数据信息，可以是5、7或8位。奇偶校验位用于检测数据传输过程中的错误，可选择奇校验或偶校验。停止位用于标识数据帧的结束，通常为一个逻辑高电平。串行通信的常见协议RS-232一种常用的串行通信标准，适用于短距离数据传输。RS-485一种工业级串行通信标准，适用于长距离、多点通信。CAN一种用于汽车电子控制系统的通信协议，具有高可靠性、实时性。SPI一种同步串行通信协议，适用于高速数据传输，常用于单片机与外设之间通信。RS-232标准简介RS-232标准是一种在计算机系统和外围设备之间进行串行通信的标准。它是目前应用最广泛的串行通信标准之一。RS-232标准主要规定了数据传输的电气特性、机械特性和信号特性等。它定义了信号电压、信号的极性、连接器的类型等。RS-232标准能够保证不同厂商生产的设备之间能够相互通信。RS-232标准的物理层特性特性描述电压逻辑“0”：-3V到-15V；逻辑“1”：+3V到+15V阻抗传输线阻抗为120欧姆传输距离最大传输距离为15米速率最大传输速率为20kbpsRS-232串行通信接口的接线方式数据信号线用于传输数据，包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。控制信号线用于控制数据的传输，包括请求发送(RTS)、清除发送(CTS)、数据准备好(DTR)和清除接收(DSR)。地线用于信号的参考点，确保数据传输的稳定性。串行通信中的波特率概念波特率表示每秒传输的比特数，决定了串行通信的速度。波特率与时钟频率息息相关，越高则传输速度越快。不同设备的波特率必须一致才能正常通信。波特率的确定方法1数据传输速率确定实际传输速率，例如115200bps2单片机支持检查单片机支持的波特率选项3匹配设备确保波特率与接收设备一致选择合适的波特率需要考虑数据传输速率，单片机支持的选项以及接收设备的兼容性。C单片机的串行通信外设串行口结构C单片机通常包含一个或多个串行通信接口(UART)，这些接口包含以下主要部件：移位寄存器数据缓冲区控制逻辑串行口功能串行口的主要功能包括：数据发送数据接收中断控制波特率设置单片机串行口的初始化1选择波特率根据通信需求确定合适的波特率。2设置数据位一般为8位，根据协议要求进行设置。3选择奇偶校验根据通信需求选择奇偶校验模式。4设置停止位一般为1位，根据协议要求进行设置。串行口初始化是使用串行通信的必要步骤。它配置串口的工作模式，确保数据正确传输。单片机串行口的发送数据准备数据将要发送的数据存入单片机内部的发送缓冲区。设置发送控制位使能串行口发送功能，并根据需要选择发送方式。数据传输单片机将数据逐位发送到串行口，通过数据线传输到接收设备。确认发送完成通过监测发送完成标志，判断数据是否成功发送。单片机串行口的接收数据1接收缓冲器接收到的数据会存储在接收缓冲器中2数据位检测接收器会检测数据位的起始位和停止位3数据处理接收到的数据会被处理，并进行错误检查4中断处理接收数据时，可以触发中断，以便进行及时处理单片机串行口的中断处理1中断触发当接收到数据时，串行口会触发中断，通知CPU处理数据。2中断服务程序CPU进入中断服务程序，读取数据，并进行相应的处理。3数据处理根据实际应用需求，对接收到的数据进行解析、存储或其他操作。串行通信的超时处理1超时概念串行通信中，当发送或接收数据时，如果在预定的时间内没有收到响应，则认为通信超时。2超时原因超时可能是由于数据传输错误、设备故障、网络连接问题等因素导致的。3超时处理当发生超时时，需要采取相应的措施，例如重新发送数据、中止通信、或进行错误处理。多个串行设备通信的同步问题时间差异多个设备的时钟可能不同步，导致数据接收时间不一致。数据冲突多个设备同时发送数据，可能导致数据冲突，无法正确接收。数据丢失由于数据传输速度差异，可能导致某些设备的数据丢失。串行通信中的差错处理技术奇偶校验在数据帧的末尾添加一个校验位，使整个数据帧的“1”的个数为奇数或偶数。循环冗余校验将数据帧看作一个二进制多项式，使用除法运算计算出一个校验码，并将其添加到数据帧的末尾。检错重发接收方发现错误后，向发送方发出重发请求，直到接收方成功接收到数据。常见串行通信协议介绍RS-232是最早的串行通信标准之一，广泛应用于个人电脑和外设之间的数据传输。RS-485是一种多点串行通信标准，用于工业控制和自动化系统，具有较强的抗干扰能力。CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的串行通信协议，支持多节点通信和实时控制。Modbus协议簇简介Modbus是一种常用的工业现场总线协议，广泛应用于工业自动化控制系统中。Modbus协议簇包括Modbus-RTU、Modbus-ASCII、Modbus-TCP等多种协议。Modbus协议具有开放性、可靠性、易用性等优点，得到了广泛的应用。Modbus协议的帧结构Modbus协议的通信过程1主站发起请求发送数据帧2从站接收请求解析数据帧3从站处理请求执行操作4从站返回响应发送数据帧5主站接收响应解析数据帧Modbus协议的通信过程以主从方式进行，主站发送请求数据帧，从站接收请求数据帧并解析，然后执行操作，最后将响应数据帧发送给主站。主站接收响应数据帧并解析，从而完成通信。Modbus协议在单片机中的应用1数据采集单片机可以作为Modbus从站，采集传感器数据或其他设备的数据，并通过Modbus协议发送给Modbus主站。2设备控制单片机可以作为Modbus主站，发送指令控制其他Modbus从站设备，例如控制电机、阀门等。3远程监控通过Modbus协议，可以实现对设备的远程监控，例如监控温度、压力等参数。4数据记录单片机可以将采集到的数据存储在内部存储器中，也可以通过Modbus协议将数据发送到其他设备进行存储。Modbus主站程序设计初始化Modbus配置串口参数，如波特率、数据位、校验位等，并初始化Modbus库函数。构建Modbus报文根据Modbus协议规范，构建要发送的报文，包括地址、功能码、数据等。发送Modbus报文通过串口将构建好的报文发送到Modbus从站。接收Modbus报文从串口接收Modbus从站返回