各种标准串行通讯接口.ppt

1、第二，各种标准串行通信接口，第三，MCS-51单片机双机串行通信接口，第一，复习第七章MCS-51串行通信技术知识，第四，MCS-51单片机多机串行通信接口，第五，PC机与MCS-51之间的点对点串行通信接口，第六，PC机与多个MCS-51单片机之间的串行通信接口第十三章MCS-51串行通信技术，MCS-51单片机串行通信接口技术13为了提高串行通信的可靠性，增加串行通信的距离，采用了标准的串行接口，如RS-232、RS-422A和RS-485。13.1.1各种标准串行通信接口，1。RS-232C接口，2。RS-422A接口，3。RS-485接口，4。20mA电流回路串行接口，电平转换，电气特

2、性，传输特性，5。各种串行接口的性能比较，RS-232是由美国电子工业协会(EIA)定义的数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的串行接口标准。13.1.1各种标准串行通信接口，1。RS-232C接口。图13-1是两台计算机之间使用调制解调器和电话线进行长距离串行通信的示意图。数字电视是一台计算机，DCE的典型代表是调制解调器。图13-2是RS-232C的“d”9针插头的针脚定义。1.电气特性RS-232C上传输的数字量采用负逻辑，与地面对称。逻辑“1”:315伏；逻辑“0”:315伏。RS-232C标准信号传输的最大电缆长度为30m，最大数据传输速率为20k比特/秒.2.电平转换

3、由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容，电平转换必须在对接时进行。常用的转换芯片有MAX232C、MC1488和MC1489。尽管不同制造商生产的芯片不同，但它们的原理是相似的。以美国MAXIM公司的产品MAX232为例。它是一个RS-232C双工发射机/接收机接口电路芯片。其外部引脚如图13-3所示，其内部结构和外部元件如图13-4所示。由于芯片内部有自升压电平倍增器电路，5V转换为-10V- 10V，满足RS-232C逻辑“1”和逻辑“0”的电平要求。操作只需要一个5V电源。芯片上有两个发射机和两个接收机，具有TTL信号输入/RS-232C输出和RS-232C输入/TTL输出功能。该芯

4、片兼容TTL/CMOS电平，使用方便。用MAX232实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路，如图13-5所示。2: TXD，3: RXD，3。RS-232C接口的问题(1)传输距离短，传输速率低。RS-232C总线标准受电容允许值的限制，使用时传输距离一般不超过15m(线路条件好时不超过几十米)。最大传输速率为20Kbps。(2)带电平偏移的RS-232C总线标准要求发射器和接收器共享同一接地。当通信距离较大时，发射机和接收机之间的地电位差较大，信号地将会有较大的地电流和电压降。(3)抗干扰能力差RS-232C在电平转换中采用单端输入输出，在传输过程中干扰和噪声混在正常信号中。为了提高信

5、噪比，RS-232C总线标准必须采用相对较大的电压摆幅。第二，虽然RS-422A接口RS-232C被广泛使用，但它引入较早，暴露了现代网络通信的明显缺点：传输速率低、通信距离短、接口处信号容易串扰。因此，环境影响评价制定了RS-422A标准。RS-232C不仅是一个电气标准，也是一个物理接口功能标准，而RS-422A只是一个电气标准。PC机没有RS-422A接口，所以需要用RS-232/RS-422A转换器将RS-232C接口转换成RS-422A接口。1.电气特性RS-422A和RS-232C之间的主要区别在于发射器和接收器的信号地不再共享，并且RS-422A标准规定了平衡驱动和差分接收的方法

6、。当.的时候其最大传输速率为10兆位/秒，在此速率下，允许电缆长度为12米。如果采用较低的传输速率，最大传输距离可达1200米。RS-422A电路由发射机、平衡连接电缆、电缆终端负载和接收机组成。在电路中，只允许一个发射器，并且可能有多个接收器。该标准允许驱动器输出为26V，差分接收器能够检测的输入信号电平可以低至200mV。如果在传输期间干扰和噪声(以共模的形式)混合在信号中，则由于差分接收器的作用，可以识别有用信号，并且可以正确接收传输的信息，并且干扰和噪声可以相互抵消。2.常用芯片：SN75174、MC3487等。其将TTL电平转换成RS-422A电平。用于将RS-422A电平转换为TT

7、L电平的常用芯片：SN75175和MC3486。SN75174和SN75175是具有三态输出的单片四差分驱动器和接收器，由5V电源供电。图13-6和图13-7示出了电平转换芯片SN75174和SN75175的内部结构和引脚图。TTL电平和RS-422A电平转换电路如图13-8所示。3.485接口是422的变体。RS-422A和RS-422A的区别在于RS-422a是全双工的，采用两对平衡差分信号线；而RS-485是半双工的，采用一对平衡差分信号线。RS-485非常便于多站互联。RS-485标准允许多达32个驱动器和32个接收器并联。电气特性RS-485信号传输使用两条线之间的电压来表示逻辑“1

8、”和逻辑“0”，因为发射器和接收器需要两条传输线。数据以差分方式传输，因此干扰抑制效果良好。由于没有接地问题，传输距离可达1200米，传输速率可达10兆比特/秒。匹配电阻(约1000)连接在总线两端，驱动负载为54。驱动器的输出电平在低于1.5V时为逻辑“1”，高于1.5V时为逻辑“0”.接收器输入电平低于0.2V时为逻辑“1”，高于0.2V时为逻辑“0”.普通pc机一般没有RS485接口，所以应该使用RS232/RS485转换器。TTL/RS-485的电平转换可由芯片MAX485完成。2.电平转换RS-422A标准中使用的驱动器和接收器芯片可以在RS-485中使用。除了RS-422A电平转换

9、中列出的驱动器和接收器之外，还有一个收发器SN75176芯片，它集成了一个差分驱动器和一个差分接收器，如图13-9所示。SN75176的功能见表13-4。RS-485点对点通信电路如图13-10所示。4，20mA电流环串行接口是目前串行通信中广泛使用的接口电路，但还没有形成正式的标准。该接口比RS-232C接口简单得多，它只有四条线：发送正极、发送负极、接收正极和接收负极，构成一个输入电流回路和一个输出电流回路。发送数据时，根据数据的逻辑1和逻辑0，回路将定期开启和关闭，即回路中无电流表示逻辑0，20mA电流表示逻辑1。工作原理如图13-11所示。20mA电流环串行通信接口的最大优点是低电阻传

10、输线对电噪声不敏感，易于实现光电隔离。因此，它在长距离传输方面优于RS-232C。当电流环低速传输时，传输距离可达1000米。由于20mA电流回路是异步串行接口标准，发送数据时必须以无电流开始为每个字符的起始位，接收端检测到起始位后开始接收字符数据。图13-12是由集成芯片组成的20mA电流回路接口的电路图。发送者，接收者，距离可以达到1000米。五、各种串行接口的性能比较表13-5列出了RS-232C、RS-422A、RS-485和20mA电流回路各串行接口的性能，以供比较。P343。1.双机通信硬件接口设计根据MCS-51的通信距离和抗干扰要求，串行数据传输可选择TTL级传输或RS-232

11、C、RS-422A和RS485串行接口。，13.1.2 MCS-51单片机串行通信接口，1TTL级通信接口如果两台MCS-51单片机相距在几米以内，它们的串口可以直接连接，从而直接采用TTL级传输方式实现双机通信。如图13-13所示。2RS-232C双机通信接口如果两台机器之间的距离在30m以内，可以使用RS-232C标准接口实现点对点双机通信。接口电路如图13-14所示。3RS-422A双机通信接口为了增加通信距离，减少信道和电源干扰，通信线路可以采用光电隔离的方法，可以采用RS-422A标准进行双机通信。接口电路如图13-15所示。在图13-15中，每个通道的接收端连接有三个电阻R1、R2

12、和R3。其中R1为传输线的匹配电阻，取值范围为501千，另外两个电阻为匹配电阻，用于解决第一个数据的误码。为了起到隔离和抗干扰的作用，在图13-15中，接收机和发射机的两端必须使用两个独立的电源。RS-485双机通信接口RS-422A双机通信需要四核传输线，这对于长距离通信来说非常不经济。因此，在工业领域，通常采用双绞线传输的RS-485串行通信接口。该接口可以方便地实现多机通信。图13-16显示了其RS- 485双机通信接口电路。从图13-16可以看出，RS-485以双向和半双工的方式实现了双机通信。在8031系统发送或接收数据之前，应先打开75176的发送门或接收门。当P1.0=1时，发送

13、门打开，接收门关闭。当P1.0=0时，接收门打开，发送门关闭。2.为双机通讯软件编程P345，了解通讯协议和握手协议。校验和？第七章介绍了利用串口实现多机通信的工作原理。首先介绍了多机通信的接口设计。1.TTL级多机串行通信当一台主机和多台从机之间的距离很近时，TTL级可以直接用于多机通信。多机通信的连接方式如图13-17所示。由于8031单片机的P3端口可以承载4个LSTTL，图13-17中n的取值范围应为N4。如果是N4，应该在P3港增加一个驱动电路。13.1.3、MCS-51单片机多机串行通信接口，2。20mA电流环多机串行通信接口当采用TTL电平进行多机通信时，有效通信距离约为几米，在

14、实践中往往不能满足要求。20mA电流回路可用于多机通信，不仅提高了抗干扰能力，而且实现了远距离通信。20mA电流回路串行多机通信的主电路如图13-18所示。首先，硬件接口设计如上所述。通常，pc机配有RS-232C串行标准接口，有效通信距离短。RS-232C接口应转换为RS-422A/RS-485接口，以实现远程通信。图13-19显示了该转换的电路原理图。13 . 1 . 4PC机与MCS-51之间的点对点串行通信接口，pc机的RS-232RS-422接口，返回，图13-19可以完成从RS-232C到RS-422A的转换，也可以完成从RS-232C到RS-485的转换。当选择RS-422A输出

15、模式时，3和4短路；当选择RS-485输出模式时，1和2短路，5和6短路，7和8短路。在图13-19中，R1和R2是为消除第一次数据传输误差而设置的匹配电阻。电阻器的尺寸可由设计者根据实际情况选择。VCC和VEE都是5V，但它们不是同一个电源。VCC和VEE应该是隔离的电源，只有这样才能实现电气隔离。1.硬件接口电路是由一台IBM-PC机和几台MCS-51单片机组成的小型分布式测控系统，如图13-20所示。13 . 1 . 5pc机与多个MCS-51单片机之间的串行通信接口，以及RS-485之间的串行通信接口电路分布式系统最明显的特点是可靠性高，一个子系统的故障不会影响其他子系统的正常运行。一

16、台PC机可与一个80C31单片机应用系统或多个80C31单片机应用系统通信。它可以近也可以远。单片机与PC机通信时，其硬件接口技术主要包括电平转换、控制接口设计和远近通信接口的不同处理技术。在DOS操作环境下，要实现单片机与微机的通信，只需直接操作微机接口的通信芯片8250的端口地址。在WINDOWS环境下，由于系统硬件的无关性，用户不再被允许直接操作串行地址。如果用户想串行通信，可以调用WINDOWS的API接口函数，但它的使用比较复杂，使用VB通信控件(Mscomm)可以很容易地解决这个问题。VB是视窗图形工作环境和Basic语言编程简单性的完美结合。它简单、易用、实用。VB提供了一个名为MSCOMM32的通信控件。OCX，具有基本的串行通信能力：通过串口发送和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件有很多属性，主要如下：通信端口：设置并返回通信端口号；设置：以字符串形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位和停止位；端口打开：设置并返回端口的状态，也可以打开和关闭端口；输入：返回字符并从接收缓冲区删除字符；输出：向传输缓冲区写入一个字符。单片机程序列表如下：org 3000h main: movtmod，# 20h在11.0592兆赫兹时，串行端口movt1的波特