串行通信技术-模拟信号转换接口
串行通信接口标准详解
几种串行通信接口标准详解在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。
1969年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。
但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m)和传送速率不太高(最大位速率为20Kb/s)的问题。
远距离串行通信必须使用Modem，增加了成本。
在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(＜20m＝和远距离(＞2km)之间的情况，这时RS-232C（25脚连接器）不能采用，用Modem又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。
1977年EIA制定了RS-449。
它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。
与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。
另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。
RS-422、RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。
RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。
RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。
它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。
同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m)。
因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。
许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。
串行通信接口详细
数据的发送和接收分别由两根可以在两个不同的站点同
时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻
进行发送和接收操作，选择的传送方式称为全双工制。
A站
B站
发送器
接收器
接收器
特点：①每一端都有发送器和接收器 ②有二条传送线
应用：交互式应用，远程监测控制
发送器
（三）信号的调制和解调(远程通讯)
计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通 信时，线路往往是借用现有的公用电话网，但是，电话网是为 音频模拟信号的设计的。一般为300～3400Hz，不适合于数据 信号。
4 5 6 20
2.远距离连接（>15m）
4 5 6 20
1）需用MODEM和专用电话线
2）需用2～9条信号线（在接口与MODEM之间）
计 算 机
接 口
2
TXD RXD RTS
调
┇ CTS DSR
制 解
SG 调
DCD 器
调
制
专用电话线
解 调
器
TXD
RXD 2
RTS
终
CTS DSR ┇
SG
端
DCD
采用MODEM时RS-232信号线的使用
RS-485标准只对接口的电气特性做出规定(只规 定了平衡驱动器和接收器的电特性)，而不涉及 接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立 自己的高层通信协议。
RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输 电缆的特性阻抗。终接电阻接在传输总线的两端。 （大多数双绞线特性阻抗大约在100Ω至120Ω之 间）
3.RS-232C接口信号的定义。见书134表5.2 。 25线：数据线4条（2，3，14，16） 控制线11条（4，5，6，8，12，13，19，20，22，23） 定时信号线3条（15，17，24） 地线2条（1，7） 备用5条（9，10，11，18，25） 未定义
单片机的输入输出设备接口
单片机的输入输出设备接口1. 简介在嵌入式系统开发中，单片机是最常用的核心处理器之一。
单片机通过输入输出设备接口与外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。
本文将介绍常见的单片机输入输出设备接口，包括数字输入输出口、模拟输入输出口、串行通信接口等。
2. 数字输入输出口（GPIO）数字输入输出口（General Purpose Input Output，简称GPIO）是一种常见的单片机输入输出设备接口。
它可以通过程序控制对内部资源的输入和输出。
单片机的GPIO包括多个引脚，每个引脚可以作为输入口或输出口使用。
在使用过程中，我们可以通过将引脚设置为输入模式或输出模式，并通过编程对引脚进行读写操作。
2.1. 输入模式在输入模式下，GPIO可以用作输入接口，接收外部设备的信号。
在单片机中，通常使用输入状态寄存器（Input Status Register）来存储外部信号的状态。
当外部设备产生一个高或低电平信号时，单片机可以通过读取输入状态寄存器来获取该信号的状态。
2.2. 输出模式在输出模式下，GPIO可以用作输出接口，控制外部设备的状态。
在单片机中，通常使用输出数据寄存器（Output Data Register）来存储输出数据。
通过向输出数据寄存器写入高或低电平信号，单片机可以控制外部设备的状态。
3. 模拟输入输出口（ADC和DAC）除了数字输入输出口，单片机还可以提供模拟输入输出口。
模拟输入输出口分为模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）两种。
3.1. 模拟数字转换器（ADC）模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）可以将模拟信号转换为数字信号。
通过电压分压、采样等方法，单片机的ADC模块可以将外部模拟信号转换为数字量，供单片机进行处理和分析。
3.2. 数字模拟转换器（DAC）数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）可以将数字信号转换为模拟信号。
串行通信接口
串行通信接口4.4.1一基本概念⒈串行传送的特点①在一根传输线上即传送数据又传送联络信号。
②有固定的数据传输协议。
③线上的通信信号一般不是TTL电平，因此与CPU通信必需进行电平转换。
④传送信息的速率要求双方约定。
⒉数据传送方式单工：仅一方对另一方传送数据。
半双工：双方可相互传送数据，但不能在同一时刻进行。
全双工：双方在同一时刻都能进行传送和接收数据。
⒊调制解调器调制解调之间为拟模信号（两种不同频率），适用于远距离数据通信。
调制解调作用为：数字信号转换成模拟信号、模拟零MODEM方式：不需要调制解调器传输距离小于15米。
4．通信数据奇偶校验7位单位编码的字符后附1奇偶位，使整个字节的“1”个数为偶数或为奇数。
1 1 0 1 0 0 1 00 1 0 0 0 0 0 11 0 1 0 1 0 1 01 1 1 1 0 0 1 11 1 0 0 0 0 1 100 0 0 1 0 0 15．传输速率波特率：每秒时间内传送二进制数据的位数。
单位：（B/S）如1200B/S 2400B/S 4800BS 9600BS发送/接收时钟：数字波形的每一位需多个时钟支持，发送/接收时钟频率为每秒时间内所需采样时钟个数数。
波特因子：发送/接收1位数据所需的时钟个数。
发送/接收时钟频率=波特率*波特因子6．串行通信的基本方式异步串行通信方式：以字符为信息单位传送：1帧仅一个字符。
字符与字符之间异步：字符与字符之间随机传送。
位与位之间同步：位与位之间有严格的定时。
同步串行通信方式以字符块为信息单位传送：1帧成百上千个字符。
字符与字符之间同步：字符与字符之间有严格的定时。
位与位之间同步：位与位之间有严格的定时。
二串行通信数据格式1．异步通信数据格式起始位（1）数据位（5~8）效验位（0~1）停止位（1~2）2．数据位采样：3．同步通信数据格式双同步：同步码1 同步码2 数据块块效验单同步：同步码1 数据块块效验外同步：数据块块效验同步码为专用同步字符ASCII（26H）同步码为专用二进制码（01111110）同步通信解决在数据块中出现同码的问题，如在数据块中有01111110的数据，解决的办法为：发送时只要遇见连5个“1”插入一个“0”，接收时只要遇见连5个“1”删除紧跟后面一个“0”。
单片机接口技术简介
单片机接口技术简介单片机是一种集成了处理器、存储器和各种输入/输出（I/O）接口功能的微型计算机系统。
单片机常用于嵌入式系统中，广泛应用于家电、汽车、医疗设备、通信设备等领域。
而单片机的接口技术则是连接单片机与外部设备之间的桥梁，它是实现单片机与外部环境交互的关键。
单片机接口技术主要包括数字接口和模拟接口两种类型。
数字接口用于数字信号的输入输出，而模拟接口用于模拟信号的输入输出。
下面将依次介绍这两种接口技术。
数字接口技术是单片机与数字设备之间进行数据交换的一种方式。
常见的数字接口技术有并行接口、串行接口和通用串行总线（USB）接口。
1. 并行接口是将数据以并行方式传输的接口技术。
它通过多条数据线同时传输数据，传输速度较快，适用于要求高速数据传输的场景。
常见的并行接口有通用并行接口（GPIO）、外部存储器接口（EMI）等。
2. 串行接口是一种将数据逐位按顺序传输的接口技术。
与并行接口相比，串行接口需要较少的数据线，占用的引脚较少，适用于对引脚数量有限的场景。
常见的串行接口有串行外设接口（SPI）、I2C接口、异步串行通信接口（UART）等。
3. 通用串行总线（USB）接口是一种广泛应用于计算机和外部设备之间的接口技术。
USB接口具有热插拔、高速传输、兼容性好等特点，广泛应用于各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机等。
模拟接口技术是单片机与模拟设备之间进行数据交换的一种方式。
常见的模拟接口技术有通用模拟接口（ADC/DAC接口）和PWM（脉宽调制）接口。
1. 通用模拟接口（ADC/DAC接口）用于将模拟信号转换为数字信号（ADC）或将数字信号转换为模拟信号（DAC）。
ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理，而DAC（数模转换器）则将数字信号转换为模拟信号，以便控制外部模拟设备。
2. PWM（脉宽调制）接口是一种通过调节脉冲信号的高电平时间来控制模拟设备的接口技术。
PWM接口广泛应用于电机控制领域，通过改变脉冲的占空比可以控制电机的转速和转向。
单片机原理接口技术
单片机原理接口技术单片机原理接口技术是指如何实现单片机与外部设备之间的数据交互和通讯。
通过适当的接口技术，单片机可以与各种外设如传感器、执行器、显示器等进行连接和交互，实现功能的扩展和应用的多样化。
一、GPIO口通用输入输出口（General-purpose input/output, GPIO）是单片机中最常用的接口技术之一。
GPIO口可以通过编程进行配置和控制，可设置为输入或输出，可以读取外部信号状态或输出控制信号。
对于普通的外设，如按钮、开关等，可以通过GPIO口进行连接和控制。
二、串口串行口（Serial Port）是一种常见的接口技术，在单片机中通常用于与外部设备进行串行通信。
通过串口可以将数据一位一位地进行传输，通信速率相对较低，但占用的引脚数量较少，适用于长距离传输或与其他设备通信。
三、并行口并行口（Parallel Port）与串行口相反，可以同时传输多个数据位。
它的通信速率较高，但需要较多的引脚，适用于需要高速数据传输的场合。
四、SPI接口串行外设接口（Serial Peripheral Interface, SPI）是一种常用的同步串行通信接口。
通过SPI接口，单片机可以与各种外设如存储器、传感器、显示器等进行高速通信。
SPI接口通常由4根引线组成，包括时钟线、数据线、主从选择线和从机使能线。
五、I2C接口I2C（Inter-Integrated Circuit）接口是一种常见的串行通信接口，适用于多个设备之间的短距离通信。
通过I2C接口，单片机可以与多个设备进行连接，并通过地址选择不同的设备进行通信。
六、ADC/DAC接口模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）接口用于将模拟信号和数字信号之间进行转换。
通过ADC接口，单片机可以将模拟信号转换为数字信号进行处理，而通过DAC接口，单片机可以将数字信号转换为模拟信号输出。
串行ad芯片
串行ad芯片AD芯片（Analog-to-Digital Converter）是一种将模拟信号转换为数字信号的器件，广泛应用于各种电子设备中。
AD芯片的串行架构是指数据输入和输出通过串行传输的方式进行，下面将对串行AD芯片进行详细介绍。
串行AD芯片具有以下特点：1. 串行数据传输：串行AD芯片采用串行数据传输的方式，将模拟信号转换为数字信号，并通过串行接口传出。
这种传输方式相比并行传输更加灵活，能够简化电路设计和布线，减少引脚数量。
2. 高速转换：串行AD芯片具有较高的转换速度，能够快速将模拟信号转换为数字信号。
这对需要高速采集和处理信号的应用非常重要，比如雷达、通信系统、音频等领域。
3. 内置信号处理功能：串行AD芯片通常也会内置一些信号处理功能，如放大、滤波、自校准等。
这些功能能够提高AD转换的精度和性能，并减少外部元器件的使用。
4. 低功耗设计：串行AD芯片通常采用低功耗设计，以保证在电源有限的情况下也能够正常工作。
低功耗设计也能够减少芯片发热问题，提高系统的稳定性和可靠性。
5. 多种接口类型：串行AD芯片可以通过多种接口类型进行数据传输，如SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）和UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）等。
这些接口类型在不同的应用场景中有不同的优势和适用性。
6. 适应不同分辨率：串行AD芯片通常可以适应不同的分辨率要求，从几位到几十位不等。
这使得串行AD芯片具有较大的灵活性，可以满足不同应用的需求。
串行AD芯片的工作原理如下：1. 输入信号采样：串行AD芯片首先对输入的模拟信号进行采样，通常使用采样保持电路（Sample and Hold）将输入信号的幅值保持在一个持续时间较长的时间段内，以便进行后续处理。
2. 模拟信号转换：采样后的模拟信号通过模拟前端电路进行放大、滤波等处理，以增强信号的强度和减少噪音。
串行通信概述
串行通信概述张志鑫（北京理工大学信息与电子学院）摘要：随着社会的发展，大量的设备和系统采用串行通信方式进行信息交换。
现有的国际标准只对串行通信的物理层进行了定义，而设备供应商可以按照需求定义不同的数据链路层标准，采用不同的数据帧格式、封装方式和传输控制字符。
本文介绍了物理层协议的串行通信技术，包括串行通信的发展史，协议，技术标准，以及串行通信的发展前景。
关键词：协议，串行通信，标准一、串行通信的发展史在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。
随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要。
通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。
串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。
串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。
使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。
串行通信的分类同步通信同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。
这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。
它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。
其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。
数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。
同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。
异步通信异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。
数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。
字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。
发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。
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微机原理与应用实验报告6
实验9 串行通信技术
实验10A 模拟信号转换接口
实验报告
实验九串行通信技术
一、实验目的
1. 了解异步串行通信原理；
2. 掌握MSP430异步串行通信模块及其编程方法；
二、实验任务
1. 了解MSP430G2553实验板USB转串口的通信功能，掌握串口助手的使用
（1）利用PC机的串口助手程序控制串口，实现串口的自发自收功能
为实现PC串口的自发自收功能，须现将实验板上的扩展板去下，并将单片机板上的BRXD和BTXD用杜邦线进行短接，连接图如下所示：
由此可以实现PC串口的自收自发功能。
（2）思考题：异步串行通信接口的收/发双方是怎么建立起通信的
首先在异步通信中，要求接收方和发送方具有相同的通信参数，即起始位、停止位、波特率等等。
在满足上面条件的情况下，发送方对于每一帧数据按照起始位数据位停止位的顺序进行发送，而接收方则一直处于接受状态，当检测到起始位低电平时，看是采集接下来发送方发送过来的数据，这样一帧数据（即一个字符）传送完毕，然后进行下一帧数据的接受。
这样两者之间就建立起了通信。
2. 查询方式控制单片机通过板载USB转串口与PC机实现串行通信
（1）硬件连接图
（2）C语言程序
采用SMCLK=1.0MHz时，程序如下：
其中SMCLK=1MHz，波特率采用的是9600，采用低频波特方式，则N=1000000/9600=104.1666…，故UCA0BR1=0，UCA0BR0=104，UCBRS=1；
当采用外部晶振时，时钟采用默认设置即可，程序如下：
也是采用了低频波特率方式，所以关于波特率设置的相关计算和上面是一样的。
（3）思考：如果在两个单片机之间进行串行通信，应该如何设计连线和编程？
由于在上面的连线中将单片机上的P1.2和BRXD相连，P1.1和BTXD相连，所以若要在两个单片机之间进行通信，首先应该将两个单片机的P1.2和P1.1交叉相连，并根据上面的程序进行相同的关于端口和波特率相关的设置即可实现两个单片机之间的通信。
3. （提高）利用PC机RS232通信接口与单片机之间完成串行通信
（1）硬件连接图
在实验时，采用了将PC机的串口com1直接连接至MSP430F149的孔型D9连接器上，G2553单片机的输出引脚P1.1和P1.2分别与F149单片机上的URXD1和UTXD1相连接，连接图如下所示：
（2）C语言程序
当采用波特率9600bps、无校验、8位数据位、先低后高、一个停止位时，所采用的程序和任务2中相同，这里不再赘述。
当采用波特率38400bps、无校验、8位数据位、先低后高、一个停止位时，由于采用外部晶振已经不能够产生这样高的波特率，所以采用SMCK=1MHz的时钟，所采用的程序只需将任务二中关于时钟选择和时钟设置的相关部分进行修改即可，具体程序见下面所示：
（3）思考题：设计单片机与PC机进行串行通信时，硬件设计有哪些需要注意的事项？
首先最基本的是，单片机和PC机上所选择的通信协议应该是一致的，然后可以选择多种路径，其中包括USB，串口等。
另外需要注意的是要统一两者之间的逻辑电平，如果电平不同，则需要在中间加入电平转换电路。
4. （提高）中断方式控制串行通信的收发
（1）硬件连接图
由于只是将接收和发送改为了中断实现，其他功能并没有改变，所以这里的硬件连接图和任务2中的是相同的，这里不再重复。
（2）C语言程序
（3）思考题：发送中断的允许位是否可以一直处于打开（允许）状态？为什么？
发送中断的允许位不能够一直处于打开状态，因为当发送缓冲器为空时，发送中断标志位就会被置位，向系统发出中断请求，从而转去执行发送中断子程。
而当无法送内容时和刚发送完内容后发送缓冲器都处于空的状态，若发送中断允许位一直打开，在没有接受完毕进入发送时就会不断地向系统发出中断请求，从而导致系统不能正常。
所以，发送中断允许为应该在接受完毕准备发送时打开，发送完毕后立即关闭。
三、实验中遇到的问题和解决办法
1. 在任务二中使用SMCLK完成通信时，最开始始终无法完成通信，后来发现是由于SMCLK 的时钟频率并不是刚好的1MHz，所以后来通过利用示波器测量实际的频率，重新计算产生波特率的相关的参数解决了问题；
2. 对于利用中断完成任务二的要求中，起初无法完成通信，后来发现是中断中由于在赋值完一次之后，先使i进行了加1，然后才判断对应的字符是否是‘@’，所以单片机一直没有发送到PC机上内容。
实验十模拟信号转换接口
一、实验目的
1. 了解模/数转换的工作原理，掌握MSP430单片机内ADC10模/数转换模块的控制和应用。
二、实验任务
1. 模/数转换器ADC10的编程控制
（1）硬件连接图
（2）程序设计思路
首先需要利用示波器测量单片机板上的Vcc的大小，确定数/模转换公式中的参考电压的取值。
在编程时，由于测量的是稳恒电压，所以ADC的一些设置采用默认值即可，通过几次采样得到的值进行平均减小误差，然后转换为模拟值，利用得到的结果跟2.2和2.8进
行比较，然后通过比较结果控制L1灯的亮灭。
（3）C语言程序
（4）思考题：如果模拟信号从P1.5输入，应该如何编程？
若模拟信号从P1.5输入只需将允许管脚模拟输入和采样通道的选择进行修改即可，其他的不用改变。
并在硬件上使模拟信号从P1.5输入即可。
需要修改的指令如下所示：
2. （提高）改用中断的方式实现任务1
（1）硬件连接图
硬件连接图任务一中相同，所以在这里不再给出。
（2）C语言程序
3.（提高）制作数字电压表
（1）硬件连接图
（2）程序设计思路
其中最基本的任务和上面两个任务中完成方式相同，在这里需要改进的就是将测得的电压值进行数码管显示，只需要利用之前实验中设计的数码管显示模块就可以了。
（3）C 语言程序
（4）测量结果分析
下表中列出了利用得到的数字电压变测量的几个电压值和利用示波器测量得到的值的对比：
从上面结果中可以看出，利用得到的数字电压表测量得到的电压值和实际值之间相差不超过0.03V，所以误差较小，即制作较为成功。
实验收获和总结
1. 在实验九中对于单片机的异步串行通信有了很深的了解，并通过编程成功实现了单片机和PC之间的简单通信，通过实验巩固了理论课上所学的知识；
2. 对于实验十模拟信号的转换我觉得是比较有意思的一部分，虽然编程并不是太难，但是通过这个实验我对于单片机中ADC10模/数转换模块的应用有了初步的了解。