串行通信原理与应用
串行通信及串行扩展技术
传感器数据采集
01
串行通信接口可以连接各种模拟或数字传感器，实现数据的实
时采集和传输。
数据处理与存储
02
通过串行通信将采集到的数据传输到上位机或数据中心，进行
进一步的处理、分析和存储。
系统监控与控制
03
串行通信可用于实现远程监控和控制，提高数据采集系统的灵
活性和可维护性。
在远程监控系统中的应用
01
特点
传输线少，成本低，适用于远距 离通信，但传送速度较慢。
串行通信协议
异步通信协议
以字符为单位进行传输，字符间通过 特定的起始位和停止位进行同步。
同步通信协议
以数据块为单位进行传输，通过同步 字符或同步信号实现收发双方的时钟 同步。
串行通信接口标准
RS-232C接口标准
定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，采用 负逻辑电平，最大传输距离约15米。
串行扩展工作原理
01
数据传输
在串行通信中，数据以位为单位进行传输。发送端将数据按位依次发送
到传输线上，接收端按位接收并组合成完整的数据。数据传输过程中需
要遵循特定的通信协议和数据格式。
02
同步与异步通信
串行通信可分为同步通信和异步通信两种方式。同步通信需要发送端和
接收端保持严格的时钟同步，而异步通信则通过特定的起始位和停止位
无线化发展趋势
无线通信技术的普
及
随着无线通信技术的不断发展， 串行通信逐渐实现无线化，使得 设备间的通信更加灵活方便。
低功耗无线通信技
术
针对低功耗设备的需求，发展出 低功耗无线通信技术，延长设备 的续航时间。
无线通信安全性增
(单片机原理与应用实验)实验9点对点串行通信
波特率
串行通信接口
单片机上的串行通信接口通常包括发 送数据端（TXD）、接收数据端 （RXD）和地线（GND）。
表示每秒钟传输的位数，是衡量串行 通信速度的参数。
串行通信的分类
同步串行通信与异步串行通信
同步串行通信是指发送方和接收方以相同的时钟频率进行数据传输，而异步串 行通信则没有共同的时钟频率。
02
例如，空调的温度设置、电视的频道切换等操作，都是通过性、易扩展等优点，因此
03
在智能家居领域得到广泛应用。
在工业控制中的应用
在工业控制系统中，各种传感器、执行器等设备需要实时地进行数据传输和控制。 点对点串行通信能够满足工业控制领域对实时性、可靠性和安全性的高要求。
波特率设置
波特率计算
根据通信协议的要求，计算出合 适的波特率。常用的波特率有 9600、19200、4800等。
寄存器配置
根据计算出的波特率，配置单片 机串行通信接口的相关寄存器， 以实现所需的波特率。
测试与调整
在实际通信过程中，可能需要根 据实际情况调整波特率，以确保 数据传输的稳定性和正确性。
(单片机原理与应用实 验)实验9点对点串行 通信
contents
目录
• 单片机串行通信原理 • 点对点串行通信的实现 • 单片机点对点串行通信实验步骤 • 点对点串行通信的应用 • 点对点串行通信的优缺点 • 点对点串行通信的未来发展
01
单片机串行通信原理
串行通信的基本概念
串行通信
指数据在单条线路上一位一位地传输， 具有节省传输线、成本低、远距离传 输可靠等优点。
单工、半双工和全双工串行通信
单工是指数据只能向一个方向传输，半双工是指数据可以在两个方向上传输， 但不能同时进行，全双工则是指数据可以在两个方向上同时传输。
串行通讯实验报告
一、实验目的1. 理解串行通讯的基本原理及通信方式。
2. 掌握串行通讯的硬件设备和软件实现方法。
3. 学会使用串行通讯进行数据传输。
4. 通过实验，加深对单片机串行口工作原理和程序设计的理解。
二、实验原理串行通讯是指将数据一位一位地按顺序传送的通信方式。
与并行通讯相比，串行通讯的通信线路简单，成本低，适用于远距离通信。
串行通讯主要有两种通信方式：异步通信和同步通信。
1. 异步通信异步通信中，每个字符之间没有固定的时钟同步，而是通过起始位和停止位来标识字符的开始和结束。
每个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
2. 同步通信同步通信中，数据传输过程中有固定的时钟同步信号，发送方和接收方通过同步时钟来保证数据传输的准确性。
三、实验设备1. 单片机最小系统教学实验模块2. 数码管显示模块3. 串行数据线4. 电脑四、实验内容1. 单片机串行口初始化首先，我们需要对单片机串行口进行初始化，包括设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。
2. 数据发送在单片机程序中，编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。
3. 数据接收编写数据接收函数，从串行口接收数据。
4. 数据显示将接收到的数据通过数码管显示出来。
5. 双机通信通过两套单片机实验模块，实现双机通信。
一台单片机作为发送方，另一台单片机作为接收方。
五、实验步骤1. 将单片机最小系统教学实验模块和数码管显示模块连接到电脑上。
2. 编写单片机程序，初始化串行口，并设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。
3. 编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。
4. 编写数据接收函数，从串行口接收数据。
5. 编写数据显示函数，将接收到的数据通过数码管显示出来。
6. 编写双机通信程序，实现两台单片机之间的通信。
7. 将程序下载到单片机中，进行实验。
六、实验结果与分析1. 通过实验，成功实现了单片机串行口的初始化、数据发送、数据接收和数据显示。
2. 成功实现了双机通信，两台单片机之间可以相互发送和接收数据。
双机之间的串行通信设计
双机之间的串行通信设计随着计算机技术的快速发展，双机之间的串行通信变得越来越重要。
无论是在数据传输、系统控制还是协同处理方面，双机之间的串行通信都扮演着关键角色。
本文将探讨双机之间的串行通信设计，包括串行通信的原理、串行通信的应用、串行通信的优势以及设计双机之间串行通信的步骤。
一、串行通信的原理串行通信是一种逐位传输数据的通信方式。
在双机之间的串行通信中，一台机器将数据一位一位地发送给另一台机器，接收方接收到数据后将其重新组装为完整的信息。
串行通信常用的协议有RS-232、RS-485、SPI等。
二、串行通信的应用1.数据传输：双机之间通过串行通信传输大量数据，例如在两台计算机之间传输文件、传输实时音视频数据等。
2.系统控制：双机之间通过串行通信进行系统控制，例如一个机器向另一个机器发送指令，控制其执行特定的任务。
3.协同处理：双机之间通过串行通信进行协同处理，例如在分布式系统中，各个节点之间通过串行通信共同完成复杂的任务。
三、串行通信的优势相比于并行通信，双机之间的串行通信具有以下几个优势：1.传输距离更远：串行通信可以在较长的距离上进行数据传输，而并行通信受到信号干扰和传输线损耗的限制。
2.更少的传输线：串行通信只需要一条传输线，而并行通信需要多条传输线。
3.更快的速度：串行通信在同等条件下具有更快的传输速度，因为每一位数据传输所需的时间更短。
4.更可靠的传输：串行通信可以通过校验位等方式来保证数据传输的可靠性。
四、设计双机之间串行通信的步骤设计双机之间的串行通信需要经过以下几个步骤：1.确定通信协议：首先需要确定双机之间的通信协议，例如RS-232、RS-485等。
不同的通信协议有着不同的特点和适用范围，需要根据具体的应用需求进行选择。
2.确定物理连接方式：根据通信协议的选择，确定双机之间的物理连接方式，例如使用串口线连接、使用网络连接等。
3.确定数据传输格式：确定数据传输的格式，包括数据的编码方式、数据的起始位和停止位等。
串行通信的工作原理
串行通信的工作原理串行通信是一种在计算机或其他电子设备之间传输数据的方式，其工作原理是通过逐位地传输数据，从而实现数据的传输和通信。
串行通信与并行通信相比，具有传输速度较慢但传输距离较远、传输线数量较少的优势。
在串行通信中，数据以位的形式传输，即每次只传输一个位。
数据通过串行通信线路一个接一个地传输，按照一定的协议和规则进行传输。
串行通信的工作原理主要包括以下几个方面：1. 数据传输方式：串行通信通过一个传输线路逐位地传输数据，通常是通过串行通信线路传输数据。
数据在传输线路上传输时，会经过编码和调制处理，以确保数据传输的可靠性和准确性。
2. 数据传输速率：串行通信的数据传输速率通常以波特率（Baud rate）来衡量，波特率表示每秒传输的波特数，也可以理解为每秒传输的符号数。
波特率越高，数据传输速度越快。
3. 数据帧结构：在串行通信中，数据通常以数据帧的形式传输。
数据帧包括数据字段、校验字段、控制字段等，用于确保数据传输的正确性和完整性。
4. 数据传输协议：串行通信通常使用一定的数据传输协议，如UART（通用异步收发传输）协议、SPI（串行外设接口）协议、I2C（Inter-Integrated Circuit）协议等。
这些协议定义了数据传输的格式、时序、校验等规则，用于确保数据的可靠传输。
5. 数据传输方式：串行通信可以采用同步传输方式和异步传输方式。
同步传输方式需要发送方和接收方之间保持时钟同步，数据按照时钟信号进行传输；而异步传输方式则不需要时钟信号，数据的传输是根据数据帧的起始和停止位进行的。
总的来说，串行通信的工作原理是通过逐位传输数据，通过数据传输线路、数据传输方式、数据帧结构、数据传输协议等多个方面的配合，实现数据的传输和通信。
串行通信在计算机、通信、工业控制等领域广泛应用，是现代电子设备数据传输的重要方式。
串行通信
17
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
CAN的工作原理
CAN的工作原理CAN（Controller Area Network）是一种串行通信协议，广泛应用于汽车、工业控制和其他领域。
CAN的工作原理是通过差分信号传输数据，实现高速、可靠的通信。
本文将从CAN的基本原理、数据传输、错误处理、帧格式和应用领域等方面进行详细介绍。
一、CAN的基本原理1.1 CAN总线结构：CAN总线由两根信号线组成，分别是CAN_H和CAN_L，通过这两根信号线进行数据传输。
1.2 差分信号传输：CAN使用差分信号传输数据，即在CAN_H和CAN_L之间传输相反的信号，以减少干扰和提高抗干扰能力。
1.3 环状拓扑结构：CAN总线采用环状拓扑结构，所有节点通过总线连接在一起，实现节点之间的通信。
二、数据传输2.1 帧格式：CAN数据传输采用帧格式，包括起始位、帧类型、数据段、CRC 校验和结束位等字段。
2.2 传输速率：CAN总线的传输速率通常为1Mbps，根据实际需求可调整传输速率。
2.3 数据传输方式：CAN支持两种数据传输方式，分别是标准帧和扩展帧，用于传输不同长度的数据。
三、错误处理3.1 错误检测：CAN总线具有强大的错误检测和纠正能力，能够检测出传输过程中的错误，并进行相应处理。
3.2 错误标识：CAN在传输过程中会生成错误标识，用于标识出错的节点和错误类型，以便及时处理。
3.3 错误处理机制：CAN采用重发机制和错误帧处理机制，确保数据传输的可靠性和稳定性。
四、帧格式4.1 标准帧：标准帧包括11位标识符，用于传输短数据，适合于实时性要求不高的应用场景。
4.2 扩展帧：扩展帧包括29位标识符，用于传输长数据，适合于实时性要求高的应用场景。
4.3 过滤机制：CAN支持过滤机制，可以根据标识符过滤接收的数据，提高数据传输的效率和准确性。
五、应用领域5.1 汽车行业：CAN在汽车行业广泛应用，用于车载电子系统之间的通信，如发动机控制、仪表盘显示、车载娱乐系统等。
5.2 工业控制：CAN在工业控制领域被广泛应用，用于PLC、传感器、执行器等设备之间的通信，实现自动化生产。
RS485通讯原理
RS485通讯原理RS485是一种常用的串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域中的远程设备监控与控制。
RS485通信原理基于差分传输技术，具有较强的抗干扰能力和可靠性。
本文将从通讯原理、硬件连接、传输特性和典型应用四个方面详细介绍RS485通信原理。
一、通讯原理RS485通信是一种点对点或多点的串行通信方式，采用平衡线路连接发送端和接收端。
在RS485总线上，可以存在多个发送设备和接收设备，并且可以选择不同的通信方式，比如单工（只能单向通信）、半双工（双向通信，但同一时间只能有一个设备发送）和全双工（双向通信，可以同时有多个设备发送）。
二、硬件连接RS485通信需要使用特定的硬件连接方式。
通常情况下，RS485总线上可以连接多个设备，每个设备都有一个接收引脚（A）、一个发送引脚（B）和一个接地引脚（G）。
设备之间的连接是通过分线器（Repeater）或者转换器（Converter）实现的。
分线器通常用于增强信号，延长传输距离，将一个输入信号分发给多个输出设备。
转换器则用于将RS232或RS422信号转换为RS485信号，使得不同类型的设备可以进行RS485通信。
在连接时，需要将所有设备的发送引脚（B）连接在一起，将所有设备的接收引脚（A）连接在一起，以形成总线结构。
同时，需要注意每个设备的接收引脚（A）和发送引脚（B）之间应使用合适的电阻进行匹配。
三、传输特性1.多点通信：RS485总线上可以连接多个设备，可以实现点对点、多点对多点等不同的通信方式。
2.抗干扰能力强：差分传输技术使得RS485通信能够有效抵抗来自电磁干扰和噪声的影响，提高通信的可靠性。
3.传输距离远：RS485通信可以实现传输距离较远，通常可以达到1200米以上，可以满足较远设备之间的通信需求。
4.传输速率高：RS485通信支持多种通信速率，可以根据具体的应用需求选择合适的速率。
5.点对点通信：RS485通信可以实现点对点通信，保证通信的稳定性和可靠性。
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Phase 1 Phase 2
CLK
ALE
WR
A[15:0] Address
Data
D[7:0]
如何串行通信
就用极少的数据线就能实现数据
通信，那么是如何实现的呢？ 桢的概念：起始位，数据位，速 率(波特率)，应答位或停止位。
串行通信桢格式
常见的串行通信协议
名称 特点
USART
USB
快， 可靠
0
如何判断接收完毕？
对于接收而言，当接收到一个字节后 PIR1的RCIF标志位会置1，通过判断此 位可得知是否收到一个数据，当RCREG 被读取后，RCIF自动被清空。
思考题：如何用程序判断是否接收完毕？
if((PIR1&0b00100000)!=0) 4 3 2 1 0 7 6 5 { // RCIF=1,说明收到一个数据 PIR1: RCIF // 把收到的数据读走。 }
TXSTA=0b00100100;
RCSTA：接收控制寄存器
bit7 SPEN 6 RX9 5 SREN bit1 OERR 4 CREN bit0 RX9D
3 bit2 ADDEN FERR
功能： 控制UART接收数据的格式和状态
RCSTA：接收控制寄存器
串口使能
9位使能
连续接收使能
bit7 6 SPEN RX9
什么是通信 两个设备之间交换数据 的过程我们称之为通信
A
单工 双工
B
通信的方式
从同时传输的数据位数来分为： 1、并行通信(Parrel)
2、串行通信(Serial)
串并行方式各自特点
速度
并 行 串 行 相对快 相对慢
价格
贵 廉价
距离
短
远
如何并行通信（有时间再讲）
DB0-DB7 WR RD CS ALE信号等 举例：内存的写数据过程（两部分）。 通过时序图让学生明白
5 0
4 CREN
3 0
bit2 FERR
bit1 OERR
bit0 RX9D
思考题：我想让PIC的USART模块在 溢出错 接收的第9位 桢格式错 异步方式下采用 8位数据位接收数据， 请问RCSTA该设定何值？
未用，置0 RCSTA=0b10010000;
要发送或接收的数据放在哪里？
要发送的数据放在TXREG里
发送缓冲寄存器 SPEN
1 接收移位寄存器 0
停 止 位
1 发送移位寄存器 0
停 止 位 1 0 TXEN 波特率发生器
起 起 始 始 位 位
1
波特率发生器
起始位 0
数据
停止位 1
（教材89页）图3-9 USART异步传送模式结构原理及时序图
串行通信时必须要考虑的问题
硬件如何连接？
传输速度是多少？ 接收完毕？
PORTC<6>:TXD
Transmitter PORTC<7>:RXD Receiver
考虑传输速率问题
可能出现设备之间的主频不同的情
况，为了解决这个问题，两个设备 之间必须协商通信速率。 对于UART而言，传输速率是两个设 备之间预先协商好的，通过设置相 应寄存器来实现。
传输速率相关寄存器及标志位
MCU通过UART与PC连接图
PC
MAX232 电平转换器
＋12V/-12V+5V/0V
RX TX
+12V 代表 1
－12V 代表 0
＋5V 代表 1 0V 代表 0
寄存器设置
RXSTA<SPEN>:1
b7
b6
b5
b4
B3
b2
b1
b0
SPEN RX9 SREN CREN ADDEN FERR OERR RX9D
TXREG=‘A’;
收到的数据放在RCREG里
char var=RCREG;
TXREG和RCREG都在0体中
如何判断发送成功？
对于发送而言，当一个字节发送完毕后 PIR1的TXIF标志位会被自动置1，通过 判断此位就可得知数据发送是否完毕， 当TXREG被赋值后，TXIF自动被清空。
思考题：如何用程序判断是否发送成功？ if((PIR1&0b00010000)!=0) 3 2 1 7 6 5 4 { // TXIF=1，本次发送成功 PIR1: TXIF // 发下一个数据或结束发送 }
波特率发生寄存器：SPBPG（99H） 高波特率标志位：BRGH@TXSTA<2> 同步收发标志位：SYNC@TXSTA<4>
常用SPBPG的值：当主频是4Mhz时， 速度希望采用9600bps进行异步通信
则SPBRG=25，BRGH＝1，SYNC＝0
串行通信格式图
相关寄存器有两个： TXSTA： 发送控制寄存器 RCSTA：接收控制寄存器
无用位，清0 高波特率使能 发送位第9位
TXSTA(98H):发送控制寄存器
7
CSRC
bit6 bit5 bit4 3 bit2 TX9 TXEN SYNC - BRGH
bit1 TRMT
bit0
TX9D
思考题：我想让PIC的USART模块采用8 位数据位发送数据，异步方式，高速状 态，请问TXSTA该设定何值？
例题1
电路图如上图
通过PIC16F877向PC的COM1不停的 发送字符’A’,要求波特率为 9600bps 8位数据位，无奇偶校验位，一位停 止位，无数据流控，请编程实现。
流程图
初始化串行口
TXREG‘A’
FALSE
PIR1的TXIF位＝＝1
TRUE
TXREG‘A’
程序源代码
MAIN() { RCSTA=0b10010000; // 串口使能,接收使能 // 9600bps@4MHz SPBRG=25; TXSTA=0b00100100; //发送使能，高波特率 //发送字符‘A’ TXREG=‘A’; //死循环，循环发送 while(1) { if((PIR1&0b00010000)!=0) //发送完毕吗？ { //再发送一个字符‘A’ TXREG=‘A’; } } }
2 I C
CAN
复杂， 可靠
用途 特点
PC与MCU PC与MCU MCU之间 MCU之间
简单
简单
USART特点
支持同步串行通信和异步串行通信 支持全双工 桢格式可编程
串行输出原理
串行输入原理
PIC的USART结构
接收 RCIF 8 8 接收缓冲寄存器 SPEN 1 TXIF 发送
TXSTA(98H):发送控制寄存器
7 0
6 5 4 3 2 1 0
TX9 TXEN SYNC 0 BRGH 0 TX9D
功能： 控制UART发送数据的格式
TXSTA(98H):发送控制寄存器
9位发送使能 发送使能 同步模式使能
7 0
6 5 4 3 2 1 0
TX9 TXEN SYNC 0 BRGH 0 TX9D