点对点串行通信
(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。
串行数据通信的接口标准
串行数据通信的接口标准
串行数据通信的接口标准是用于规范串行数据通信的硬件和软件接口。
这些标准使得不同的设备能够以一致的方式进行数据传输和接收。
常见的串行数据通信接口标准包括RS-232、RS-485、RS-422、RS-423等。
RS-232是一种非常常见的串行通信接口标准，被广泛用于连接计算机和其他设备。
它使用9个引脚，其中包括5个用于数据传输，4个用于控制信号。
RS-232接口可以实现点对点的通信，但传输距离较短，通常在15米以内。
RS-485和RS-422接口标准是RS-232的改进版，它们使用差分信号传输方式，因此具有更远的传输距离和更好的抗干扰能力。
RS-485通常用于多点通信，可以实现多个设备之间的连接。
而RS-422则适用于一对一的通信。
RS-423接口标准与RS-422类似，但使用不同的电平标准。
它也适用于一对一的通信，但具有更高的数据传输速率。
这些串行数据通信接口标准都有各自的特点和适用范围，因此在选择使用哪种接口标准时，需要根据实际需求进行考虑。
serdes
SERDES是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称。
它是一种主流的时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。
即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。
这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。
SERDES 10年SERDES技术最早应用于广域网(WAN)通信。
国际上存在两种广域网标准：一种是SONET，主要通行于北美；另一种是SDH，主要通行于欧洲。
这两种广域网标准制订了不同层次的传输速率。
目前万兆(OC-192)广域网已在欧美开始实行，中国大陆已升级到2.5千兆(OC-48)水平。
SERDES技术支持的广域网构成了国际互联网络的骨干网。
SERDES技术同样应用于局域网(LAN)通信。
因为SERDES技术主要用来实现ISO模型的物理层，SERDES通常被称之为物理层(PHY)器件。
以太网是世界上最流行的局域网，其数据传输速率不断演变。
IEEE在2002年通过的万兆以太网标准，把局域网传输速率提高到了广域网的水平，并特意制订了提供局域网和广域网无缝联接的串行WAN PHY。
与此同时，SERDES技术也广泛应用于不断升级的存储区域网(SAN)，例如光纤信道。
随着半导体技术的迅速发展，计算机的性能和应用取得了长足进步。
可是，传统并行总线技术——PCI却跟不上处理器和存储器的进步而成为提高数据传输速率的瓶颈。
新一代PCI标准PCI Express正是为解决计算机IO瓶颈而提出的(见表1)。
PCI Express是一种基于SERDES的串行双向通信技术，数据传输速率为2.5G/通道（lane），可多达32通道（lane），支持芯片与芯片和背板与背板之间的通信。
国际互联网络和信息技术的兴起促成了计算机和通信技术的交汇，而SERDES串行通信技术逐步取代传统并行总线正是这一交汇的具体体现。
S7-1200 串行通信概述
S7-1200 串行通信详解S7-1200支持的串行通讯方式•点对点（PtP）通信•Modbus 主从通信•USS 通信S7-1200 串口通信模块的特征图1. 串口通信模块1. 由CPU 供电，不必连接外部电源2. 端口经过隔离，最长距离1000 米3. 有诊断LED 及显示传送和接收活动LED4. 支持点对点协议5. 通过扩展指令和库功能进行组态和编程RS485 与RS232 通信模块的LED诊断LED 灯•红闪：如果CPU 未正确识别到通信模块，诊断LED 会一直红色闪烁•绿闪：CPU 上电后已经识别到通信模块，但是通信模块还没有配置•绿灯：CPU 已经识别到通信模块，且配置也已经下载到了CPU发送LED 灯•代表数据正在通过通信口传送出去接收LED 灯•代表数据正在通过通信口接收进来注意：通信板CB1241 只有发送和接收LED 灯，而没有诊断LED 灯串口模板支持的协议•ASCII•USS•Modbus RTU Master protocol•Modbus RTU Slave protocolASCII 协议的特点•报文可以由用户自己定义，便于用户以ASCII 协议为基础开发•使用简单，可以很好地实现与第三方系统的通讯•可以进行识别报文结束设置•可以进行数据流量控制•缺点：具有简单的校验功能（奇偶校验），低数据安全性；数据传输无确认信息；通讯需要双方协调S7-1200 的PTP 校验串口的校验：奇偶校验：用于检验数据传递的正确性，是最简单的检错方法。
图2. 校验设置•偶校验：如果每字节的数据位中“1”的个数为奇数，则校验位为1，如果个数为偶数，则校验位为“0”，保证数据位和校验位中“1”的个数是偶数•奇校验：如果每字节的数据位中“1”的个数为奇数，则校验位为0，如果个数为偶数，则校验位为“1”，保证数据位和校验位中“1”的个数是奇数•传号校验：奇偶校验位始终设置为1•空号校验：奇偶校验位始终设置为0注意：奇偶校验可以简单的判断数据的正确性，从原理上可看出当一位出错，可以准确判断，当两位或更多位误码就校验不出，但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。
异步串行通信的点对点型
异步串行通信的点对点型点对点型通信方式是DNC系统中最早采用的通信方式，它是基于RS232C/RS422串口来实现的，拓扑构造为星形，通信速率一般在IlO〜960Obit/s之间。
这种接口的通信协议通常分为三层，即物理层、链路层和应用层。
物理层相当于实际的物理联接，它实现通信介质上的比特流的传输。
链路层采用异步通信协议，它将数据开展帧格式的转换，提交物理层开展服务，或对物理层送到的帧开展检错处理，交给上层。
异步协议的特征是字符间的异步定时。
它将8位的字符看作一个独立信息，字符在传送的数据流中出现的相对时间是任意的。
但每一字符中的各位却以预定的时钟频率传送，即字符内部是同步的，字符间是异步的。
异步协议的检错主要利用字符中的奇偶校验位。
应用层就是具体的报文应答信号,往往由控制器厂家自行制定。
点对点的连接简单，成本低。
由于大部分计算机和数控机床都具有串行通信接口，所以实现起来比较方便。
但这种连接也有以下缺点：(1)传输距离短。
如RS232C的传输距离不超过50m,20mA 电流环和RS422/RS423的传输距离为IOOOnI左右。
(2)传输不够可靠。
这些接口和连接电缆的抗干扰能力较差，而且其传输过程的检错功能较弱。
(3)传输速率低，实时性差，响应速度慢。
(4)由于一台计算机不可能提供很多串行接口，所连设备数量有限，因此整个系统的规模就不可能很大。
(5)每台设备都需一条来自DNC主机的通信电缆，因此整个系统的电缆费用很大，而且导致系统环境的复杂性也大大增加。
(6)系统扩展不容易。
当系统需扩大时，不但要修改系统软件，而且也要更改硬件。
为了克服上述缺陷，人们提出了多种技术手段来满足DNC技术的发展需求。
早期主要采用的两种方式如图1所示。
第一种是DNC主机通过多路串口转换器实现与多台CNC机床的通信(图1(a)),但存在构造复杂、成本高、可靠性低等不利因素。
第二种是DNC主机通过智能多串口卡分别连结多台CNC机床(图1(b)),其构造连结虽然简单，但需开发智能通信软件，提高了成本。
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。
pcie总线通信原理
pcie总线通信原理PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)是一种高速串行计算机扩展总线标准,被广泛应用于计算机系统中,用于处理器与各种外围设备(如显卡、硬盘、网卡等)之间的通信。
PCIe总线采用点对点链路串行通信的方式,相比较旧的并行总线(如PCI、AGP等),具有更高的带宽、更低的延迟和更小的功耗等优点。
PCIe总线的通信原理主要包括以下几个方面:1. 拓扑结构PCIe总线采用树状拓扑结构,其中根复杂器(Root Complex)作为根节点,与处理器直接连接。
根复杂器通过交换机(Switch)与各个端点(Endpoint)相连,每个端点即代表一个外围设备。
2. 链路层PCIe总线的链路层定义了两个通信实体之间的低级通信协议,包括数据包的封装与解封装、流控、序列化与并行化等。
PCIe链路分为不同的速率等级(Gen1/Gen2/Gen3/Gen4等),速率越高,带宽越大。
3. 事务层事务层定义了设备之间的通信语义,包括读/写操作、消息传递等。
PCIe事务包括Memory、IO、Configuration等多种类型,支持多种通信模式。
4. 电源管理PCIe总线支持多种电源管理机制,如主动和被动省电策略、链路状态管理等,可根据功耗需求动态调节链路的工作状态,提高能效。
5. 热插拔PCIe总线支持热插拔,即在系统运行期间插拔外围设备,无需重启计算机。
这依赖于PCIe的枚举机制、电源控制和错误管理等功能。
6. 虚拟化PCIe支持硬件虚拟化,单个物理设备可划分为多个虚拟设备,供不同的虚拟机访问,提高资源利用效率。
PCIe总线通过点对点串行通信、高速链路、优化的事务层、先进的电源管理和虚拟化等机制,为现代计算机系统提供了高效、灵活、低功耗的外围设备通信途径,推动了计算机硬件的持续发展。
几种流行的串行通信协议
几种流行的串行通信协议串行通信协议是计算机和其他设备之间进行数据传输的一种方式。
它规定了在传输过程中数据的格式、传输速率、控制信号等细节。
在计算机网络和嵌入式系统中，有多种流行的串行通信协议被广泛应用。
本文将介绍几种常见的串行通信协议。
一、RS-232RS-232（Recommended Standard 232）是一种常见的串行通信协议，用于连接计算机和外部设备，例如调制解调器、终端和打印机等。
RS-232协议定义了数据的位数、校验位、波特率等参数，同时还规定了数据的传输方式和连接线路的信号。
RS-232协议使用点对点连接，即一对一的方式进行通信。
在RS-232中，数据被编码为电压的变化，负电压表示逻辑1，正电压表示逻辑0。
尽管RS-232在现代计算机领域逐渐被USB取代，但在某些设备中仍然广泛应用。
二、UARTUART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常见的串行通信接口，常用于将并行数据传输转换为串行数据传输。
UART主要用于连接计算机和外部设备，例如单片机和传感器等。
UART通过波特率来控制数据传输的速率，通过使用起始位、数据位、校验位和停止位来定义数据的格式。
UART通信是全双工的，意味着可以同时进行发送和接收。
与RS-232不同，UART没有规定电压的变化表示逻辑高低，而是通过逻辑电平的升降沿来表示数据的传输。
三、SPISPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步的串行通信协议，常用于连接主控制器和外围设备之间的通信。
SPI通信以主从模式进行，主设备通过控制时钟信号来同步外围设备的数据传输。
SPI使用四根信号线进行通信，包括时钟信号、主机输出/从机输入、主机输入/从机输出和片选信号。
SPI通信具有高速率和灵活性的特点，因此被广泛应用于存储器、传感器、显示器等外围设备的控制。
四、I2CI2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，常用于连接微控制器和外围设备之间的通信。
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;4800波特率对应定时器初值
MOV TH1，#250
ANL TMOD，#0F0H
ORL TMOD，#00100000B ;定时器T1工作在方式2(8位自动重装初值)
SETB TR1
;启动定时器T1
CLR ET1
;禁止T1中断
;初始化串行口
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点对点串行通信
MOV SCON，#11010000B 用TB8位
(3) 采用偶校验方式，即传送的8位数据中含有奇数个“1” 时，校验位为1。
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点对点串行通信
2．没有协议的单字节收/发
对于单字节串行收/发来说，无需约定通信协议，完成了串 行口初始化后，即可通过写串行输出缓冲寄存器SBUF，启动串 行发送；当接收有效标志RI置1时，就表示已接收了一字节的数 据信息。
点对点串行通信
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2020/11/21
点对点串行通信
一、实验目的 (1) 理解串行通信概念。 (2) 掌握MCS-51串行通信口的初始化方法、步骤。 (3) 掌握串行发送、接收程序的编写方法。 理解串行通信波特率误差允许范围。
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二、实验设备与器材
仿真器及其附件、图1所示的实验电路板各两套，RS-232串 行通信电缆一条，导线数条。
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四、实验内容、过程及要求
1．串行通信格式的约定
(1) 波特率(CPS)为4800。假设晶振频率为11.0592 MHz， 使用定时器T1溢出率作发送、接收波特率，则定时器T1重装 初值C=0FAH(不倍增)。
(2) 数据长度为9位，其中b7～b0为数据位，b8为奇偶校 验位。
;秒低位送发送缓冲区缓冲区
;分单元计数器笔段码送显示缓冲区
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点对点串行通信
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MOV A，MINUTE
MOV B，#10
DIV AB
;转换为BCD码
;十位在A中，个位在B中
MOV @R0，A
INC R0 MOV @R0，B ;计算校验和
;分低位送发送缓冲区缓冲区
MOV R0，#TXDB
;SETB REN SETB ES SETB EA ;单字节串行发送初始化 MOV A，KEYNAME MOV C，P
;串行口工作在方式3，SM2=0，以便
;作奇偶校验位 ;允许接收 ;允许串行中断 ;开中断
;取按键值送A
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点对点串行通信
MOV TB8，C
;奇偶标志P送TB8，即b8位
;串行接收有效
CLR RI
;清除接收有效中断
MOV A，SBUF
;读串行接收缓冲器
;奇偶校验，即检查P标志与RB8位是否相同，否则奇偶校验错
MOV C，P
ANL C，/RB8
;计算P×
MOV F0，C
;暂时保存在F0标志中
MOV C，RB8
ANL C，/P
;计算RB8×
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
点对点串行通信
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点对点串行通信
与串行发送有关的发送参考程序如下：
TXDB DATA 30H ;发送缓冲区
TXDC DATA 35H
;发送/接收字节计数器
TXDOK BIT 07H ;发送成功标志(1表示成功；0表示失败)
;初始化串行口
MOV SCON，#11010000B ;串行口工作在方式3，SM2=0，以便 用TB8位
试在实验7的基础上，增加单字节串行通信功能，使程序具 备在任一实验板上按下某一按键时，两块板同时显示被按下的 键名。
下面给出了与串行通信有关的程序段，完整程序由读者编 写。
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点对点串行通信
;初始化定时器T1(将定时器T1的溢出信号作串行通信波特率发生器输 入信号)
MOV TL1，#250
(1) 数据帧格式为：0AAH(起始标志)+4字节信息+1字节的 和校验信息。
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点对点串行通信
(2) 接收方正确接收后回送A5作应答；如果错误，则回 送A6，请求重发。
(3) 发送/接收缓冲区在30H～35H单元，其中35H单元存 放和校验信息 (b7作接收缓冲数据有效标志)。
(4) 发送、接收均采用中断方式。
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点对点串行通信
三、实验电路
按实验7的要求设置实验板上跳线，将JP105、JP106的1-2 引脚短路，用RS-232电缆或导线将第一块实验电路板的 TXD(发送端)引脚与第二块电路板的RXD(接收端)引脚连在一 起，第一块实验电路板的RXD(接收端)引脚与第二块电路板的 TXD(发送端)引脚连在一起；再用导线将两块电路板地线连在 一起(用RS-232通信电缆连接时，两块实验电路板地线已通过 DB9插座的第5引脚连在一起)，这样就形成了没有联络信号的 串行通信方式。
MOV R7，#4
CLR A
;清累加器
点对点串行通信
LOOP1: ADD A，@R0 INC R0 DJNZ R7，LOOP1 ANL A，#7FH MOV @R0，A MOV A，#0AAH MOV C，P MOV TB8，C MOV SBUF，A MOV TXDC，#0 RET
;作奇偶校验位
;SETB REN
;允许接收
PROC TIMETXB
;时间送发送缓冲区
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点对点串行通信
TIMETXB:
MOV A，SECOND
MOV B，#10
DIV AB
;转换为BCD码
;十位在A中，个位在B中
MOV R0，#TXDB+2
MOV @R0，A
INC R0
MOV @R0，B
ORL C，F0 JC EXIT ;校验正确！ MOV RXDBUF，A SETB RXDB EXIT: POP PSW POP ACC RETI END
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;完成了P与RB8的异或运算 ;数据送串行接收缓冲区 ;串行接收有效标志置1
点对点串行通信
3．按约定协议收/发的双机串行通信
将JP201、JP202跳线的1-2引脚短路，即串行数据从P1.2 引脚输出，串行移位脉冲从P3.4引脚输出，并行输出锁存信号 从P3.5输出。在实验6的基础上，通过串行口将电子钟时间送 到另一实验板显示出来，通信协议如下：
MOV SBUF，A
;写串行发送缓冲器即可将一字节信息
按设定的波特率发送到串行口上
PROC UART
;串行中断服务程序
UART:
PUSH ACC
PUSH PSW
JNB TI，NEXT1
;串行发送结束引起中断
CLR TI
;清除发送中断标志
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点对点串行通信
NEXT1:
JNB RI，EXIT