第1章计算机串行通信接口技术.ppt

计算机测控技术第一章 计算机串行通信接口技术串行通信的基本概念 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系统之间的信息传递通常采用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（概念（概念1-1）异步串行通信）异步串行通信:是指不使用是指不使用同步时钟信号同步时钟信号进行进行通信的方案。只要通信的收发双方使用通信的方案。只要通信的收发双方使用相同的位速率相同的位速率(即波即波特率：每秒传送的数据位数特率：每秒传送的数据位数)，并使用适当的方法对数据校，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验，异步串行通信是可以可靠传送数据包的.以以字符字符为传送单位为传送单位,用起始位和停止位标识每个字符用起始位和停止位标识每个字符的的 开始和结束开始和结束,字符间隔不固定，只需字符传送时同步。字符间隔不固定，只需字符传送时同步。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：一个字符帧异步通信常用格式：一个字符帧异步通信 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。（概念（概念1-2）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38400，19200，9600，4800 2400，1200，600，300等多种等多种 (B)(B)异步通讯双方的两项约定异步通讯双方的两项约定串行通信的基本概念工作方式工作方式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：1.1.1异步串行通信硬件1）计算机内部的数据是并行传送，要进行串行）计算机内部的数据是并行传送，要进行串行通信，必须通过通信，必须通过接口电路接口电路，实现并串、串并转换，实现并串、串并转换（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）TL16C550A1路异步串行口，并行（路异步串行口，并行（16FIFO）TL16C554内含内含4路路TL16C550B串行通信硬件实现一般采用UART芯片实现，如下页图。工作原理：发送时，由硬件将并行送来的数据串行由TXD发出，并自动添加辅助位。接收时，自动监视RXD线，测到起始位时转入串行接收，并自动去掉辅助位后并行送出。串行通信的硬件结构51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内内部部串行通信TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND串行通信51单片机内部有一个功能很强的全双工串行口,可同时发送和接收数据。它有四种工作方式，可供不同场合使用。波特率由软件设置,通过片内的定时/计数器产生。接收、发送均可工作在查询方式或中断方式,使用十分灵活。51单片机串行通信的实现发送和接收电路发送和接收电路SBUFSBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器,可同时发可同时发送、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址送、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址99H99H,可通过指可通过指令对令对SBUFSBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。冲器的操作。MOV SBUF,AMOV SBUF,A ;CPU ;CPU写写SBUF,SBUF,就是修改发送缓冲器就是修改发送缓冲器;MOV A,SBUFMOV A,SBUF ;CPU ;CPU读读SBUF,SBUF,就是读接收缓冲器。就是读接收缓冲器。串行口对外也有两条独立的收发信号线串行口对外也有两条独立的收发信号线RXD(P3.0)RXD(P3.0)和和TXD(P3.1),TXD(P3.1),因此可以同时发送、接收数据因此可以同时发送、接收数据,实现全双工传送实现全双工传送串行通信发送和接收过程都是在发送和接收时钟控制下进行的，必须与设定的波特率保持一致。串行通信串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON（98H）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0串口的工作方式SM0 SM0 SM1SM1工作方式工作方式说说 明明波特率波特率0 0方式方式0 0(扩展扩展I/OI/O口口)移位输入移位输入/输出输出(用用于扩展于扩展I/OI/O引脚引脚)方方式式为为f foscosc(振荡振荡频率频率)的的1/121/12。0 1方式方式1 1(常用常用)波特率可变的波特率可变的8 8位位异步串行通信方式异步串行通信方式1 1 0方式方式2 2(不常用不常用)波特率固定的波特率固定的9 9位位异步串行通信方式异步串行通信方式1 1 1方式方式3 3(常用常用)波特率可变的波特率可变的9 9位位异步串行通信方式异步串行通信方式串行通信2.SM2 允许方式允许方式2、3的多机通讯特征位的多机通讯特征位(2,3主机主机0，分机，分机1)3、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/复位复位串行通信5、RB8 在方式在方式2、3中是接收的第九位数据中是接收的第九位数据 在方式在方式0中不用中不用RB8。6、RI 接收中断标志（必须由软件清除）接收中断标志（必须由软件清除）在方式在方式0中串行接收到第中串行接收到第8位结束时自动置位结束时自动置位。位。在方式在方式1、2、3中串行接收到停止位的中中串行接收到停止位的中间时置位间时置位串行通信7、TI 发送中断标志（必须由软件清除）发送中断标志（必须由软件清除）在方式在方式0中串行发送第中串行发送第8位结束时自动置位。位结束时自动置位。在方式在方式1、2、3中串行发送停止位的开始中串行发送停止位的开始时置位。时置位。串行通信串行口的编程串行口需初始化后串行口需初始化后,才能完成数据的输入、输出才能完成数据的输入、输出。其初始化过程如下其初始化过程如下:按选定串行口的操作方式设定按选定串行口的操作方式设定SCONSCON的的SM0SM0、SM1SM1两位二进制两位二进制编码。编码。对于操作方式对于操作方式2 2或或3,3,应根据需要在应根据需要在TB8TB8中写入待发送的第中写入待发送的第 9 9位数据。位数据。若选定的操作方式不是方式若选定的操作方式不是方式0,0,还需设定接收还需设定接收/发送的波特发送的波特率。设定率。设定SMODSMOD的状态的状态,以控制波特率是否加倍。若选定操作以控制波特率是否加倍。若选定操作方式方式1 1或或3,3,则应对定时器则应对定时器T1T1进行初始化以设定其溢出率。进行初始化以设定其溢出率。串行通信9.3.29.3.2 串行口在其他方式下的应用串行口在其他方式下的应用在方式在方式1 1、2 2、3 3下，串口用于异步通信，不同之处在帧下，串口用于异步通信，不同之处在帧格式和波特率的差异。格式和波特率的差异。方式方式1 1为为8 8位数据位位数据位,方式方式3 3为为9 9位数据位位数据位,两种方式的波特两种方式的波特率都是受定时器率都是受定时器T1T1的溢出率控制。的溢出率控制。在用在用方式方式1 1或方式或方式3 3实现串行异步通信时实现串行异步通信时,初始化程序要初始化程序要设定串行口的工作方式设定串行口的工作方式,并对定时器并对定时器T1T1进行初始化进行初始化,即设定定即设定定时器方式和定时器初值。此外时器方式和定时器初值。此外,还要编写发送子程序和接收还要编写发送子程序和接收子程序子程序串行通信方式方式1 1的发送过程如下：的发送过程如下：在在TITI为为0 0的情况下的情况下(表示当前不处于发送状态，串行口发表示当前不处于发送状态，串行口发送控制电路处于空闲状态送控制电路处于空闲状态)，任何写串行数据输出缓冲器，任何写串行数据输出缓冲器SBUFSBUF指令指令(如如MOV SBUF,A)MOV SBUF,A)均会触发串行发送过程：均会触发串行发送过程：5151串行口自动在串行口自动在8 8个串行数据位的前、后分别插入一个个串行数据位的前、后分别插入一个起始位起始位(0)(0)和一个停止位和一个停止位(1)(1)，构成，构成1010位信息帧，然后按设定位信息帧，然后按设定的波特率依次输出起始位的波特率依次输出起始位(0)(0)、8 8个数据位个数据位(顺序为顺序为b0b0b7)b7)和和停止位停止位(1)(1)。当。当8 8位数据位数据(即即b7b7位位)发送结束后发送结束后(即开始发送停即开始发送停止位止位)，串行口自动将发送中断标志，串行口自动将发送中断标志TITI置置1 1。这样执行了写这样执行了写SBUFSBUF寄存器操作后，可通过查询寄存器操作后，可通过查询TITI标志来标志来确定发送过程是否已完成。若中断处于开放状态下，确定发送过程是否已完成。若中断处于开放状态下，TITI有效有效时，将产生串行中断请求。时，将产生串行中断请求。串行通信方式方式1 1的接收过程如下：的接收过程如下：在接收中断标志在接收中断标志RIRI为为0(0(即串行数据输入缓冲器即串行数据输入缓冲器SBUFSBUF处于处于空闲状态空闲状态)情况下，当情况下，当RENREN位为位为1 1时，串行口即处于接收状态。时，串行口即处于接收状态。在接收状态下，存在两个定时信号：一个是移位脉冲信在接收状态下，存在两个定时信号：一个是移位脉冲信号号(即发送波特率即发送波特率)；另一个是；另一个是RXDRXD引脚电平状态检测信号引脚电平状态检测信号(也也称为数据检测脉冲称为数据检测脉冲)，它的频率是移位脉冲的，它的频率是移位脉冲的1616倍。进入接倍。进入接收状态后，串行口便按数据检测脉冲速率不断检测收状态后，串行口便按数据检测脉冲速率不断检测RXDRXD引脚引脚的电平状态，的电平状态，当发现当发现RXDRXD引脚由高电平变为低电平后引脚由高电平变为低电平后表明发送端表明发送端开始发送起始位开始发送起始位(0)(0)，启动接收过程，并复位接收波特率发，启动接收过程，并复位接收波特率发生器，使数据检测脉冲与接收移位脉冲保持同步，然后按设生器，使数据检测脉冲与接收移位脉冲保持同步，然后按设定波特率顺序读出数据位和停止位。定波特率顺序读出数据位和停止位。串行通信当接收完一帧信息当接收完一帧信息(即接收到停止位即接收到停止位)后，如果后，如果RIRI位为位为0 0，便将，便将“接收移位寄存器接收移位寄存器”中的内容装入串行数据输入缓冲寄存器中的内容装入串行数据输入缓冲寄存器SBUFSBUF中，停止位装入中，停止位装入SCONSCON寄存器的寄存器的RB8RB8位中，并将串行接收位中，并将串行接收中断标志中断标志RIRI置置1 1。这样通过查询这样通过查询RIRI标志即可确定接收过程是否已完成。若标志即可确定接收过程是否已完成。若中断处于开放状态下，中断处于开放状态下，RIRI有效时，也产生串行中断请求。不有效时，也产生串行中断请求。不过值得注意是过值得注意是CPUCPU响应串行中断后，不会自动清除响应串行中断后，不会自动清除RIRI，需要，需要用用“CLR RI”CLR RI”指令清除指令清除RIRI，以便接收下一帧信息。，以便接收下一帧信息。串行通信例：设甲乙机以串行方式例：设甲乙机以串行方式1进行数据传送，进行数据传送，fosc=11.0592MHz，波特率为，波特率为1200b/s。甲机发送的。甲机发送的1个数据存在内个数据存在内RAM 40H单元中，乙机接收后存在内单元中，乙机接收后存在内RAM 50H地地址区域中址区域中串行通信 T1T1初值初值 =256-=256-=232=232=E8HE8H串行方式串行方式1波特率取决于波特率取决于T1溢出率溢出率(设设SMOD=0),计算计算T1定时初定时初值：值：323212121200120011059200110592002 20 0 发送过程发送过程：1.给定时器设定初值并开启，为串口工作准备2.串口禁止接收状态；3.发送数据4.一个字节结束判断5结束清标志位，发下一个字节甲机发送子程序：TXDA:MOV TMOD,#20H;置置T1定时器工作方式定时器工作方式2MOV TL1,#0E8H;置置T1计数初值计数初值MOV TH1,#0E8H;置置T1计数重装值计数重装值CLR ET1;禁止禁止T1中断中断SETB TR1;T1启动启动MOV SCON,#40H;置串行方式置串行方式1,禁止接收禁止接收MOV PCON,#00H;置置SMOD=0(SMOD不能不能位操作位操作)CLR ES;禁止串行中断禁止串行中断TRSA:MOV R0,#40H;置发送数据区首地置发送数据区首地址址MOV A,R0;读一个数据读一个数据MOV SBUF,A;发送发送JNBTI,$;等待一帧数据发送完毕等待一帧数据发送完毕CLRTI;清发送中断标志清发送中断标志INCR0;指向下一字节单元指向下一字节单元RET乙机接收子程序乙机接收子程序RXDB:MOV TMOD,#20HMOV TMOD,#20H;置置T1T1定时器工作方式定时器工作方式2 2MOV TL1MOV TL1,#0E8H,#0E8H;置置T1T1计数初值计数初值MOV TH1,#0E8HMOV TH1,#0E8H;置置T1T1计数重装值计数重装值CLR ET1CLR ET1;禁止禁止T1T1中断中断SETB TR1SETB TR1;T1;T1启动启动MOV SCON,#40HMOV SCON,#40H;置串行方式置串行方式1,1,禁止接收禁止接收MOV PCON,#00HMOV PCON,#00H;置置SMOD=0(SMODSMOD=0(SMOD不能位操作不能位操作)CLR ESCLR ES;禁止串行中断禁止串行中断MOV R0,#50HMOV R0,#50H;置接收数据区首地址置接收数据区首地址SETB RENSETB REN;启动接收启动接收RDSB:JNBJNB RI,$RI,$;等待一帧数据接收完毕等待一帧数据接收完毕CLRCLR RI RI;清接收中断标志清接收中断标志MOVMOV A,SBUF A,SBUF;读接收数据读接收数据MOVMOV R0,A R0,A;存接收数据存接收数据INCINC R0 R0;指向下一数据存储单元指向下一数据存储单元RETRET异步串行通信异步串行通信异步串行通信接口通常指以下三类：异步串行通信接口通常指以下三类：RS-232(A、B、C)、20mA电流环电流环RS-422/RS485。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：载波信号检出载波信号检出RI:振铃信号振铃信号数据终端：如计算机数据终端：如计算机数据装置：如数据装置：如MODEM MODEM 或另一台计算机或另一台计算机2 2）串行通信）串行通信连接方式连接方式 直接连接直接连接11米以内米以内 RS-232C15RS-232C15米以内米以内 20mA20mA电流环电流环500500米米 RS-422/4851200RS-422/4851200米米需需TTL电平信号进行转换电平信号进行转换1.1.2异步串行通信的直接连接将将TTL/CMOS信号直接连接信号直接连接 1米米以内，最长不超过以内，最长不超过5米米TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND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）TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND从机1从机2从机3主机TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND1）电气特性）电气特性采用采用负逻辑负逻辑1.1.3 RS-232C-3v -15v表示逻辑表示逻辑“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2）电平转换）电平转换常用芯片常用芯片MAX232C C1 1C C1 1C C3 3C C5 5C C4 4TTL/COMTTL/COMS S输入输入TTL/COMTTL/COMS S输出输出RS-232RS-232输输出出RS-232RS-232输输入入5V5V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RS-232C将将将将TTLTTLTTLTTL的异步通信逻辑转换为的异步通信逻辑转换为的异步通信逻辑转换为的异步通信逻辑转换为RS-232CRS-232CRS-232CRS-232C逻辑电平，使逻辑电平，使逻辑电平，使逻辑电平，使用最方便的器件即是使用用最方便的器件即是使用用最方便的器件即是使用用最方便的器件即是使用MAX232AMAX232AMAX232AMAX232A(或功能类似的器或功能类似的器或功能类似的器或功能类似的器件件件件)。上图即是其内部逻辑框图，可以看到，片内包。上图即是其内部逻辑框图，可以看到，片内包含了能产生含了能产生 10V10V电源的电荷泵电路电源的电荷泵电路(电压加倍器和电电压加倍器和电压反相器压反相器)，仅需外接，仅需外接四个四个0.1f0.1f电容电容(MAX232A)(MAX232A)或或1f1f电容电容(MAX232)(MAX232)即可。每个器件含有两路即可。每个器件含有两路TTL/CMOSTTL/CMOS到到RS-232CRS-232C的转换输出电路，同时含有两路的转换输出电路，同时含有两路RS-232CRS-232C到到TTL/CMOSTTL/CMOS逻辑的输入电路。所以，当不需逻辑的输入电路。所以，当不需要其它控制信号时，一片要其它控制信号时，一片MAX232MAX232即可支持即可支持两路两路RS-RS-232C232C作全双工通信，而且不需要作全双工通信，而且不需要 12V12V供电电源。供电电源。与与MAX232AMAX232A功能相当的器件有很多，仅功能相当的器件有很多，仅MaximMaxim公司就公司就有许多型号，如有许多型号，如MAX202MAX202、MAX220249MAX220249等，有些器件等，有些器件甚至不必外加电容。甚至不必外加电容。3 3）连接器）连接器）连接器）连接器TXD：发送数据，发送数据，2号引脚号引脚RXD：接受数据，接受数据，3号引脚号引脚GND：信号地，：信号地，5号引脚号引脚常用常用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 123456789PCPC机机JARA1104 4JARA1104 4串口卡串口卡RS232C RS232C 设备设备RS232C RS232C 设备设备RS232C RS232C 设备设备4 4）连接方法）连接方法）连接方法）连接方法 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RXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND2 23 35 52 23 35 5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1.1.4 RS-422和RS-485 实现较长距离传送实现较长距离传送传输距离传输距离1200米米以内，以内，最远传输距离与波特率有关最远传输距离与波特率有关RS-422 与与RS-232C 异步通信逻辑异步通信逻辑相同相同，不同的是，不同的是驱动及接收逻辑驱动及接收逻辑。RS-485与与RS-422 RS-485网络只能工作于网络只能工作于半双工方式半双工方式 RS-422可工作于可工作于全双工方式全双工方式1 1）接口电路）接口电路RS232RS232电压驱动电压驱动RS422RS422差动电流驱动差动电流驱动-3v -15v “1”+3v +15v “0”UAB200mV “1”UBA200mV “0”ABRS-422协议RS-422协议。电流驱动时，抗干扰性能本身远高于电平驱动，加上差动方式可以用双绞线进一步提高抗干扰，因而传输性能大幅度提高(正常情况下，波特率9600b/s时能可靠传输1200m以上)，而传输介质仅需价格低廉的双绞线。RS-422与RS-232C的异步通信逻辑完全相同，不同的仅是驱动及接收逻辑 DI连接UART的TXD脚，RO连接UART的RXD脚 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2 2）接口连接方法）接口连接方法DIDIRORODIDIROROMAX488/490MAX488/490终端电阻终端电阻100120欧姆，位于接收端，将差动电欧姆，位于接收端，将差动电流转换成电压流转换成电压图图1.10 MAX488/4901.10 MAX488/490与与RS422RS422连线连线差动电流驱动差动电流驱动RS=422RS=422连线图连线图RS-485RS-485连线图连线图DIDIRORODIDIROROMAX488/490MAX488/490DIDIRORODIDIROROMAX481/483MAX481/483DEDEREREREREDEDE总线方式的总线方式的RSRS485485网络网络:使用一对双绞线使用一对双绞线RXDRXDTXDTXDRXDRXDTXDTXDRXDRXDTXDTXDREREDEDETXDTXDRXDRXDDEDEREREREREDEDEREREDEDEABAB只能采用只能采用主从控制方式主从控制方式(1)终端电阻的位置终端电阻的位置(2)控制端的使用；控制端的使用；不允许不允许DE,REDE,RE同时有效同时有效图图1.12 1.12 用用RS-485RS-485组建的网络组建的网络总线方式的总线方式的总线方式的总线方式的RSRS422422网络网络网络网络（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TXDTXDRXDRXDRXDRXDTXDTXDDEDERXDRXDTXDTXDDEDERXRXD DTXDTXDDEDE主机从机1从机3从机2YZABABYZ图图1.141.14总线方式的总线方式的总线方式的总线方式的RSRS422422网络网络网络网络点对点方式的点对点方式的点对点方式的点对点方式的RSRS422422网络网络网络网络TXDTXDRXDRXDRXDRXDTXDTXDDEDE主机从机1TXDTXDRXDRXDRXDRXDTXDTXDDEDE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图图1.13 1.13 点对点方式的点对点方式的RSRS422422网络网络网络网络3 3）连接器）连接器）连接器）连接器建议使用建议使用8脚的脚的RJ45连接器连接器传输线用双绞线即可传输线用双绞线即可 自制自制 1.1.6数据包组成及数据包的同步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可靠的通信方式应使用数据包，其格式如下可靠的通信方式应使用数据包，其格式如下使用使用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，通常最高位置为最高位置为1，以区分同步字节，以区分同步字节数据块通常使用数据块通常使用ASCII码如发送码如发送01H实际发送实际发送30H、31H两个字节两个字节数据包长度数据包长度1B或或2B，通常最高位置为，通常最高位置为1校验字节校验字节常用和校验，常用和校验，2B，通常最高为置为，通常最高为置为11.1.6数据包组成及数据包的同步单字节（不需要地址码的单字节命令）单字节（不需要地址码的单字节命令）3B校验法校验法ABB（B为的补码，为的补码，A为字节命令）为字节命令）需要区分地址信息时需要区分地址信息时4BDABC（D为地址，为地址，A为字节命令为字节命令B为的补码，为的补码，A限制在限制在127之内。之内。C为为DAB的校验和）的校验和）对校验结果的响应方法对校验结果的响应方法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01.2 SP I总线用于用于芯片间的接口芯片间的接口，连线长度，连线长度不能超过不能超过1米米，仅用，仅用3根根线线（SCK,MISO,MOSI)，速率可达，速率可达200KB/S不同的不同的SPI(Serial Peripheral Interface)串行外设接串行外设接口器件，有不同的规定口器件，有不同的规定何时锁存数据：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,16bSPI接口器件与处理器连接的方法接口器件与处理器连接的方法无无SPI接口，则可接到任意三根接口，则可接到任意三根I/O线（仿线（仿SPI）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1）SPI接口器件实例接口器件实例SPI仅使用三根线进行数据通信仅使用三根线进行数据通信对于接口设备，分别为：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为输入线，标示为为输入线，标示为MISO)、时钟时钟线线(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电源监视、看门狗、电源监视、看门狗、电源监视、看门狗、电源监视、看门狗、512B EEPROM512B EEPROM 输入数据输入数据上升上升锁存、输出数据锁存、输出数据下降下降沿锁存，沿锁存，16b，高位在前高位在前（1）MAX110/111A/D转换芯片，与计算机通信时使用使用转换芯片，与计算机通信时使用使用SPI三线接口。三线接口。控制字输入、转换结果输出（上次转换）同时进行控制字输入、转换结果输出（上次转换）同时进行图图1.19 MAX110/MAX1111.19 MAX110/MAX111的的SPISPI接口时序接口时序（2）X5045读状态寄存器时序读状态寄存器时序0 07 71515/CS/CSSCKSCKSISISOUTSOUT7 70 0三合一的多功能芯片（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)图图1.20 X50451.20 X5045的的SPISPI接口时序接口时序（2）X5045写状态寄存器时序写状态寄存器时序（2）X5045读存储器内容时序读存储器内容时序2）软件）软件SPI接口的实例接口的实例P1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3CSCSSCLKSCLKSISISOUTSOUT80518051X5045X5045微处理器无SPI接口或接口不支持SPI器件时序时，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图图1.21511.2151系列单片机与系列单片机与MAX110/MAX111MAX110/MAX111的的SPISPI接口接口3）硬件）硬件SPI接口的实例接口的实例 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，不可随意安排器件连接位置固定，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参数需根据不同参数需根据不同外围器件进行设置，时序要与器件保持一致外围器件进行设置，时序要与器件保持一致MISOMISOM0S1M0S1SCLKSCLKMMI IS SO OMMO OS SI IS SC CL LK K/C CS SMMI IS SO OMMO OS SI IS SC CL LK K/C CS SMMI IS SO OMMO OS SI IS SC CL LK K/C CS S2 21 10 0主机主机从机从机0 0从机从机1 1从机从机2 24）多）多SPI接口的连接接口的连接开发公司：开发公司：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SCL（时钟）（时钟）,SDA（数据）（数据）上拉电阻上拉电阻漏极开路，阻值：漏极开路，阻值：510K传送数据形式：字节传送数据形式：字节1.3 I2C总线SCL高电平时高电平时SDA下降沿为起始条件，下降沿为起始条件，SCL高电平时高电平时SDA上升沿为终止条上升沿为终止条件；数据位跳变时，时钟信号必须处于低电平，首先传送数据的最高位；件；数据位跳变时，时钟信号必须处于低电平，首先传送数据的最高位；如果从机要完成其他功能再接收数据，则使如果从机要完成其他功能再接收数据，则使SCL保持低电平，迫使主机进入保持低电平，迫使主机进入等待状态。等待状态。图1.26 I2C 总线的起始条件和终止条件时序I2C总线图1.28 I2C总线硬件连接MAX518时序时序0100101101011SDASCLS12789高位高位ACK129ACKP应答应答应答应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，高位在前，位，高位在前，首先传输的是数据的最高位首先传输的是数据的最高位MSBMSB，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2）符合）符合I2C总线硬件规范的两线接口芯片举例总线硬件规范的两线接口芯片举例AT24C02A/04A/08A（1010）EEPROM 容量分别为容量分别为256/512/1024B标准标准标准标准II22CC总线数据传送格式总线数据传送格式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址，应重新发送起始条件和从机地址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/08A3）不符合）不符合I2C总线硬件规范的两线接口芯片举例总线硬件规范的两线接口芯片举例SPISPI总线的变形，工作移位寄存器方式总线的变形，工作移位寄存器方式举例举例举例举例：DS1302DS1302时钟芯片时钟芯片单字节读时序单字节读时序单字节读时序单字节读时序单字节写时序单字节写时序单字节写时序单字节写时序4）I2C器件的连接方法器件的连接方法（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1.4 USB总线USB2.0USB2.0规范将接口设备按通信速率分为三类：规范将接口设备按通信速率分为三类：低速低速设备设备(最高最高1.5Mb/s)1.5Mb/s)、全速设备、全速设备(12Mb/s)(12Mb/s)、高速设备、高速设备(480Mb/s)(480Mb/s)。为方便接口设备的工作，。为方便接口设备的工作，USBUSB接口还允接口还允许接口设备从许接口设备从USBUSB总线取得总线取得+5V+5V电源，但电源，但总电流不总电流不得大于得大于500mA500mA。USBUSB通过通过4 4线电缆接入主机，分别为：线电缆接入主机，分别为：VBus(VBus(总线电总线电源源)、GND(GND(地线地线)、D+D+和和D(D(数据线数据线)。其中。其中D+D+和和DD是一对是一对差模差模信号线，使用信号线，使用3.3V3.3V的电平，而的电平，而VBusVBus和和GNDGND则提供则提供+5V+5V的电源。的电源。USBUSB总线可以自动探测总线可以自动探测出新设备的插入或已接入设备的断开。出新设备的插入或已接入设备的断开。带带USB接口的单片机：接口的单片机：EZ-USBUSB接口芯片：接口芯片：CH372/3751.4 USB总线1.4 USB总线PDIUSBD12PDIUSBD12符合符合USB1.1USB1.1版的规范。具有以下特性：版的规范。具有以下特性：集成了串行接口引擎集成了串行接口引擎 (SIE)(SIE)、320320字节先进先出字节先进先出(FIFO)(FIFO)存储器、收发器以及电压调整器；可与任何存储器、收发器以及电压调整器；可与任何外部微控制器外部微控制器/微处理实现高速并行接口微处理实现高速并行接口(2M(2M字节字节/秒秒)；支持直接存贮器存取；支持直接存贮器存取(DMA)(DMA)操作；在