串行通讯基础培训(e-learning)
串行通信基础知识
串行通信基础知识本节简要概括了串行通信中的相关概念，为学习PC 机与MCU 的串行通信做准备。
1. 基本概念我们知道，“位”（bit ）是二进制数字的简称，是可以拥有两种状态的最小二进制值，分别用“0”和“1”表示。
在计算机中，通常一个信息单位用8位二进制表示，称为一个“字节”（byte ）。
串行通信的特点是：数据以字节为单位，按位的顺序从一条传输线上发送出去。
这里至少涉及到以下几个问题：第一，每个字节之间是如何区分的？第二，发送一位的持续时间是多少？第三，怎样知道传输是正确的？第四，可以传输多远？等等。
这些问题属于串行通信的基本概念。
串行通信分为异步通信与同步通信两种方式，本节主要给出异步串行通信的一些常用概念。
正确理解这些概念，对串行通信编程是有益的。
① 异步串行通信的格式在MCU 的英文芯片手册上，通常说SCI 采用的是NRZ 数据格式，英文全称是：“standard non-return-zero mark/space data format ”，可以译为：“标准不归零传号/空号数据格式”。
这是一个通信术语，“不归零”的最初含义是：用负电平表示一种二进制值，正电平表示另一种二进制值，不使用零电平。
“mark/space ”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。
对学习嵌入式应用的读者而言，只要理解这种格式只有“1”、“0”两种逻辑值就可以了。
图3.3.1给出了8位数据、无校验情况的传送格式。
这种格式的空闲状态为“1”，发送器通过发送一个“0”表示一个字节传输的开始，随后是数据位（在MCU 中一般是8位或9位，可以包含校验位）。
最后，发送器发送1到2位的停止位，表示一个字节传送结束。
若继续发送下一字节，则重新发送开始位，开始一个新的字节传送。
若不发送新的字节，则维持“1”的状态，使发送数据线处于空闲。
从开始位到停止位结束的时间间隔称为一帧（frame ）。
所以，也称这种格式为帧格式。
串行通信
(2)近距离通信(15米以内)，不使用MODEM(零MODEM方式)
零MODEM 方式不使用联络信号的3线连接
微机
微机
TxD RxD GND
零MODEM 方式“伪”使用联络信号的3线连接
RTS和CTS各自互接 (DB-9的7和8) DTR和DSR各自互接 （DB-9的4和6） 表明请求传送总是允许、数 据装置总准备好
发送/接收时钟=波特率x波特因子
为保证通信的正确性，串行通信双方应使用相同的波特率， 但发送/接收时钟的频率可以不同。
六、串行通信方式与通信协议
1.串行通信的基本方式
异步通信方式 以字符为单位传输，字符与字符之间的传输是异步的，
而字符内部位与位之间的传输是同步的。 同步通信方式
以数据块（字符块）为单位传输，不仅要求字符内部位 与位之间的传输是同步的，而且要求字符与字符之间的传输 也是同步的。
RS-232C信号线的使用
（1）使用MODEM,并通过交换式电话系统的电话线进行长距离通信.
微机
2 3 4 5 6 7 8 20 22
发送数据TxD 接收数据RxD 请求发送RTS 允许发送CTS 数据装置准备好DSR
信号地GND 载波检测CD 数据终端准备好DTR 振铃指示RI
MODEM
2 3 4 5 6 7 8 20 22
232C接口标准使用一个25针连接器 绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器 232C包括两个信道：主信道和次信道 次信道传输速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，较少 使用
DB-25型和DB-9型连接器
RS-232C的信号线定义
串口通信的基本知识
串口通信的基本知识本文介绍了串口通讯的基本概念、数据格式、通讯方式、典型的串口通讯标准等内容。
串口通讯，RS232,RS485，停止位，奇校验，偶校验1 串口通讯串口通讯(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。
串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。
2 串口通讯的数据格式一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。
每一个字符的前面都有一位起始位(低电平)，字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位(检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。
实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在进行传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。
3 通讯方式单工模式（Simplex Communication）的数据传输是单向的。
通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。
信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。
半双工模式（Half Duplex）通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。
数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。
因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。
半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。
因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。
全双工模式（Full Duplex）通信允许数据同时在两个方向上传输。
因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。
串行通信ppt课件
第10章 串行通信
（2）起始位的检测
必须确定起始位才能开始接收数据，即实现位同步。 数据接收时钟RCLK使用16倍波特率的时钟信号。接收器 用RCLK检测到串行数据输入引脚SIN由高电平变低后，连续 测试8个RCLK时钟周期，若采样到的都是低电平，则确认为 起始位。 确认了起始位后每隔16个RCLK时钟周期对SIN输入的数据 位进行采样一次，直至规定的数据格式结束。
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第10章 串行通信
TxD 发送数据——串行数据的发送端。 RxD 接收数据——串行数据的接收端。 GND 信号地——为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送——当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS 清除发送——当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送 数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。 DTR 数据终端准备好——通常当数据终端设备一加电，该信号就有效， 表明数据终端设备准备就绪。 DSR 数据装置准备好——通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通 电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或 断开状态。 CD 载波检测——当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就 从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。 RI 振铃指示——当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚 信号作为电话铃响的指示，保持有效。
16
第10章 串行通信
2．结构
其中寄存器： THR、TSR RBR、RSR LCR LSR DLH DLL MCR MSR IER IIR
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第10章 串行通信
（1）串行数据的发送
CPU送来的并行数据存在发送保持寄存器THR中。 只要发送移位寄存器TSR中没有正在发送的数据， 发送保持寄存器的数据就送入TSR 。 与此同时，8250按照编程规定的起止式字符格式， 加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输 出引脚SOUT逐位输出。 因为THR、TSR采用双缓冲寄存器结构，所以在 TSR进行串行发送的同时，CPU可以向8250提供下 一个发送数据到THR，这样可以保证数据的连续发 送。
串行通信
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9.2 MCS-51串行口及控制寄存器
一、串行接口控制： 1.数据缓冲器SBUF： 发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同 时启动发送。发送指令： MOV SBUF，A 2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。 读取串行口接收数据指令： MOV A，SBUF
25
9.3 MCS-51串行通信工作方式及应用
4.发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束， TI=1。 接收：REN=1，允许接收。
接收完一帧，若RI=0且停止位为1 (或 SM2=0)，将接 收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使
RI=1；
否则丢弃接收数据，不置位RI。
26
9.3 MCS-51串行通信工作方式及应用
波 特 率
1/12 fosc （固定不变） 2SMOD/32 T1 溢出率 2SMOD/64 fosc 2SMOD/32 T1 溢出率
传 送 位 数
8（数据） 10（起始位、8位数据位、 停止位） 11（第9位为1：地址； 为0：数据） 11位 （同方式2）
发送 端
RXD TXD TXD TXD
接收 端
地线
发送接 收器
接收发数据线 发送接 收器 送器
地线
10
9.1 串行数据通信的基础知识
五、异步串行通信的信号形式：
1、远距离直接传输数字信号，信号会发生畸变， 因此要把数字信号转变为模拟信号再进行传送。 可利用光缆、专用通信电缆或电话线。 方法：通常使用频率调制法（频带传送方式）。
11
9.1 串行数据通信的基础知识
TXD 写入 发 SBUF 送 (a) 时 序 RXD输出
串行通信的基本原理
本文详细介绍了串行通信的基本原理，以及在Windows NT、Win98环境下用MFC 实现串口（COM）通信的方法：使用ActiveX控件或Win API.并给出用Visual C++6.0编写的相应MFC32位应用程序。
关键词：串行通信、VC++6.0、ActiveX控件、Win API、MFC32位应用程序、事件驱动、非阻塞通信、多线程.在Windows应用程序的开发中，我们常常需要面临与外围数据源设备通信的问题。
计算机和单片机（如MCS-51）都具有串行通信口，可以设计相应的串口通信程序，完成二者之间的数据通信任务。
实际工作中利用串口完成通信任务的时候非常之多。
已有一些文章介绍串口编程的文章在计算机杂志上发表。
但总的感觉说来不太全面，特别是介绍32位下编程的更少，且很不详细。
笔者在实际工作中积累了较多经验,结合硬件、软件，重点提及比较新的技术，及需要注意的要点作一番探讨。
希望对各位需要编写串口通信程序的朋友有一些帮助。
一．串行通信的基本原理串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。
当数据从 CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。
在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。
在Windows环境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系统资源的一部分。
应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。
串口通信程序的流程如下图：二．串口信号线的接法一个完整的RS-232C接口有22根线，采用标准的25芯插头座（或者9芯插头座）。
25芯和9芯的主要信号线相同。
以下的介绍是以25芯的RS-232C为例。
①主要信号线定义：2脚：发送数据TXD； 3脚：接收数据RXD； 4脚：请求发送RTS； 5脚：清除发送CTS；6脚：数据设备就绪DSR；20脚：数据终端就绪DTR； 8脚：数据载波检测DCD；1脚：保护地； 7脚：信号地。
串口通信原理及操作流程
RXD 接收
②半双工
发
接
送
TXD / RXD
收
接
发
收
送
③全双工
发送
接收
TXD RXD
RXD TXD
接收
发送
1.4 信号的调制与解调
v 调制器（Modulator）：把数字信号转换成模拟信 号，然后送到通信线路上去。
v 解调器（Demodulator）：把从通信线源自上收到的 模拟信号转换成数字信号。
接线
DTE信号 TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
典型应用: PC + 交叉电缆 + PC
❖RS-232 连接类型 II
DTE 信号
接线
DCE 信号
TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND
RxD TxD CTS RTS DSR DTR DCD GND
典型应用: PC + 直连电缆 + Modem
TXD
计 RXD 算 机 甲
TXD
RXD 计 算 机 乙
TXD RXD 计4 算5 机6 甲 20
近程通信连接
TXD
RXD 4计 5算 6机 20 乙
RS-232C接口存在的问题
1
2
3
传输距离短 ，传输速率
低
有电平偏移
抗干扰能力 差
SN75174
RS-422A接口
电平 ❖ RS-485的信号传输采用
两线间的电压来表示逻辑1和逻
辑0。由于发送方需要两根传输
线，接收方也需要两根传输线
。传输线采用差动信道，所以
它的干扰抑制性极好，又因为
通信基础知识培训资料
通信基础知识培训资料1. 介绍通信是现代社会中必不可少的一项技术，它使人们能够相互沟通和交流信息。
通信基础知识是理解和应用通信技术的基石。
本培训资料旨在帮助初学者理解通信基础知识的重要性以及相关概念、原理和技术。
2. 通信基础概述2.1 通信的定义和作用2.2 通信的发展历程2.3 通信的分类：有线通信和无线通信2.4 通信的基本要素：发送端、接收端、信道、信号等3. 信号与系统3.1 信号的定义和分类：模拟信号和数字信号3.2 常见的信号波形：正弦波、方波、脉冲波、三角波等3.3 系统的定义和分类：线性系统和非线性系统3.4 信号与系统的基本运算：线性叠加、延时、卷积等4. 传输介质4.1 导线传输介质：铜线、光纤等4.2 无线传输介质：空气、水、真空等4.3 传输介质的特性：传输速度、衰减、噪声等5. 调制与解调5.1 调制的定义和作用5.2 常见的调制方式：模拟调制和数字调制5.3 调制技术：调幅、调频、调相等5.4 解调的定义和作用5.5 常见的解调方式：同步解调和非同步解调5.6 解调技术：包络检测、频率检测、相位检测等6. 信道编码与解码6.1 信道编码的定义和作用6.2 常见的信道编码技术：奇偶校验、循环冗余校验（CRC）、哈密顿码等6.3 信道解码的定义和作用6.4 常见的信道解码技术：前向纠错编码（FEC）、译码器等7. 多路复用与分用7.1 多路复用的定义和作用7.2 常见的多路复用技术：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、码分多路复用（CDM）等7.3 分用的定义和作用7.4 常见的分用技术：频分分用、时分分用、码分分用等8. 数据传输与协议8.1 数据传输的定义和作用8.2 数据传输的方式：串行传输和并行传输8.3 常见的数据传输协议：RS-232、USB、Ethernet等8.4 协议的定义和作用8.5 常见的协议：TCP/IP协议、HTTP协议等9. 网络拓扑与通信设备9.1 网络拓扑的分类：星型拓扑、环型拓扑、总线拓扑等9.2 通信设备的分类：集线器、交换机、路由器等9.3 通信设备的作用和功能10. 通信安全与保密10.1 通信安全的概念和重要性10.2 常见的通信安全技术：加密、认证、防火墙等10.3 通信保密的概念和重要性10.4 常见的通信保密技术：数据加密、数据隐藏等11. 总结本培训资料简要介绍了通信基础知识的概念、原理和技术。
串行通信基础知识
第9章
串行接口及串行通信技术
A 发送器 端
B 接收器 端
图9-5 单工方式
第9章
串行接口及串行通信技术
2．半双工( Half duplex)制式 半双工方式中，通信线路两端的设备都有一个发送 器和一个接收器，如图9-6所示。数据可双方向传送但 不能同时传送，即A端送B端收或B端送A端收，A、B 两端的发送/接收只能通过半双工通信协议切换交替工
送奇偶校验位，它只占帧格式的一位，用于传送数据 的有限差错检测或表示数据的一种性质，是发送和接
收双方预先约定好的一种检验(检错)方式。
第9章
串行接口及串行通信技术
(4) 停止位：字符帧格式的最后部分为停止位，逻辑
“ 1” 电平有效，位数可以是 1 位、 1/2位或 2位。表示一 个字符帧信息的结束，也为发送下一个字符帧信息做
两端协调同步工作，当接收端检测到停止位“1”时，
表示一帧数据已发送和接收完毕。图9-4表示同步通信 的字符
数据 字符1
数据 字符2
…
数据字 符n-1
数据 字符n
校验 字符
校验 字符
图9-4 同步通信数据传送格式
第9章
串行接口及串行通信技术
3．波特率 在串行通信中，发送设备和接收设备之间除了采
第9章
串行接口及串行通信技术
9.1 串行通信基础知识
9.1.1 并行通信和串行通信 1．并行通信 并行通信是指构成信息的二进制字符的各位数据 同时传送的通信方法，如图9-1所示。 2．串行通信
串行通信是指构成信息的二进制字符的各位数据
一位一位顺序地传送的通信方式，如图9-2所示。
第9章
串行接口及串行通信技术
有三条，一条用于发送，一条用于接收，一条用于公
什么是串行通信
什么是串行通信
所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线,可能还需要控制线),数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。
两个设备之间交换信息时，必须有一条线路（或是多条线路）将两者连接，因通过线上电压的改变来达到数据交换的目的。
为什么一定要通过电压的改变呢？这是因为计算机本身并不知道什么是信息，在其内部只知道0和1两个状态，人类将这种0与1的组合通过不同的排列，来代表不同的意义。
每一个0或1的状态，称之为1个位，每8个位被称为一个字节。
串行通信（Serial Communication）指的是两个欲交换信息者的信息流动，而且其信息流动的方式是一个位接着一个位，有顺序地由一个方向向另一个方向流动。
计算机之间通过这种串行通信的方式传送信息已经有一段相当久远的历史，而且到了现在还是一直不断地对串行传输作改进，希望能够达到更远的距离和更好的效果。
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QJ71C24N
QJ71C24N-R2
QJ71C24N-R4
RS-232: 1通道 RS-422/485: 1通道
RS-232: 2通道
RS-422/485:Байду номын сангаас2通道
4
1.2.1 数据通信方法
无协议通讯
• 无顺序协议数据通信是对方设备与可编程控制器CPU之间通过任意的语句格式、传输控 制顺序发送胳收任意数据的功能.
2
1.1
串行通信模块的用途
[使用事例]
下面介绍串行通信模块在根据条形码信息对货物进行分类的生产线上的使用事例.
3
1.2
关于串行通信模块
本节学习串行通信模块的功能和数据通信方法.
【什么是串行通信模块】
• 串行通信模块是将测量仪器或条形码阅读器等对方设备与Q系列可编程控制器CPU用 串行通信用的RS-232, RS-422/485线路连接起来，实现以下数据通信时所用的模块.
等待接收MC 命令语句
数据发送中 数据接受中
MC命令语 句接收中
数据未发送 数据未接受
* 1 串行通信模块的硬件和数据通信出现异常时点亮。 * 2 显示基于MC协议的数据通信状态.
点亮时:等待接收来自对方设备的命令语句. 熄灭时:接收来自对方设备命令语句后的处理状态。
*3 在通信协议设定中指定GX Developer涟接(0H)时也有效.
无协议通讯MELSEC通信协议（以下简称MC协议）
• MC协议是对方设备经由串行通信模块或Ethenet模块，对可编程控制器CPU的软元件 数据、程序进行读写操作时的Q系列可编程控制器用通信方式。
• 只要是能够安装应用程序、按照MELSEC可编程控制器的协议发送胳收数据的对方设备， 均可通过MC协议通信访间可编程控制器CPU.
O12PHCPU Q25PHCPU
网络模块
QJ72LP25一5
(使用MELSECNET/H远程I/O站时) QJ72LP25G
QJ72BR15
能够安装的块数 最多8块 最多24块 最多64块
最多64块 最多64块
10
2.2
模块的各部分名称与功能
【各部分的名称与功能】
QJ71C24N
QJ71C24N-R2
对应的协议 MC 无顺序 双向
有效 有效 无效（熄灭）
有效
13
2.3
串行通讯模块的连接
本节介绍串行通信模块的连接示例
2.3.1 QJ71C24N、QJ71C24N-R2与RS-232的连接
无顺序协议具有“按结束码”接收长度可变数据和“按数 据量”接收长度固足数据这2种接收方法.
8
第2章 串行通讯模块的学习
第2章学习串行通信模块的种类、各部分名称以及功能、连接方法. 请在学习中加深对串行通信模块种类、功能、连接方法的理解. 串行通信模块的连接方法
2.1节:学习串行通信模块的适用模块和能够安装的块数. 2.2节:学习串行通信模块的种类和功能. 2.3节:学习串行通信模块的连接.
①
①
①
QJ71C24N-R4
②
②
④
③
②
④
11
NO.
名称
功能
①
LED显示
参阅下一项中的LED示一览表
②
RS-232接口
与对方设备进行串行通信用的RS-232接口（D-
Sub 9P母插座）
③
RS-422/485接口 与对方设备进行串行通信用的RS-422/485接口.
（两段端子台）
④
RS-422/485接口 与对方设备进行串行通信用的RS-422/485接口.
• 需要按照测量仪器、条形码阅读器等对方设备的协议进行数据通信时，可以通过无顺序 协议进行数据通信.
双向协议
• 双向协议数据通信是对方设备与可编程控制器CPU之间通过串行通信模块的RA向协议， 用语句格式和传输控制步骤，发送/接收任意数据的功能.
• 只要是编好程序后，能够按照MELSEC可编程控制器的协议进行数据通信的对方设备， 即可通过双向协议进行任意的数据通信.
9
2.1
适用模块与能够安装的块数
本节学习适用模块以及能够安装的块数.
【适用模块与能够安装的块数】
能够安装串行通信模块的CPU模块、mg络模块(MELSECNET/H远程110站州及能够安 装的块数如下所示.
适用模块
CPU模块
Q00JCPU
Q00CPU Q01CPU
Q02CPU Q02HCPU Q06HCPU Q12HCPU Q25HCPU
三菱电机自动化培训课程讲义
欢迎大家来参加三菱电机的自动化 产品培训课程！
1
串行通讯基础
第1章 什么是串行通讯模块
第1章学习串行通信模块的基础. 请在学习中加深对串行通信模块的应用方法、主要功能、以及数据通信方法的理解
1.1节：学习串行通信模块的用途. 1.2节：学习串行通信模块的功能和数据通 信的方法。
（两段插入式端子座）
※本课程中学习在QJ71C24N上连接RS-232的方法.
12
【LED显示一览表】
CH LED名称
显示内容
点亮/闪烁时 熄灭时
—
CH1/ CH2
RUN ERR NEU
SD RD
正常运行的显示
正常
异常、复位
有无错误的显示 错误发生
正常
CH1侧 中性状态显示 发生状态显示 接收状态显示
6
2、“按数据量接收的方法(接收长度固定数据用)”
这是数据长度固定时的接收方法. 因为数据的长度已被对方设备固定，所以无需使用结束码. 对方设备发送数据时，按照串行通信模块中设定的数据长度发送.
3、“应用技巧(不使用结束码接收可变长度数据)”
对方设备发送的数据后不添加结束码且长度可变时，可以以，个字节为单位进行接收处理.
7
本章学习的内容如下所示。 .串行通信模块的用途 .串行通信模块的功能与数据通信方法
【要点】 以下内容非常重要，请再饮确认.
数据通信方法 无协议通讯 数据接收方法
串行通信模块的数据通信方法包括无顺序协议、双向协议 和MC协议.
无顺序协议可在对方设备与可编程控制器CPU之lf}发送14 收任意的数据.
5
1.2.2 无顺序协议数据通信
下面介绍通过无顺序协议接受任意格式数据的方法。 • 接收数据的方法包括接收长度可变数据时的“按结束码接收的方法”和接收固定长度
数据时的“按数据量接收的方法”. • 接收数据时的“结束码”和“数据量”可以设定为任意值.
1、“按结束码接收的方法(接收长度可变数据用)”
此方法用于对方设备发送的数据长度变化之时. 对方设备发送数据时，将设定在串行通信模块中的结束码(CR+LF或任意的1个字节数 据)附加在语句的最后.