串行通信
串行通信协议
串行通信协议串行通信是一种在计算机系统中广泛使用的数据传输方式，它通过一根传输线路逐位地传送数据，相比并行通信具有更简单、更经济的优势。
在串行通信中，数据按照一定的协议进行传输，而串行通信协议则是规定了数据传输的格式、时序、电气特性等规范，以确保数据的可靠传输。
本文将介绍串行通信协议的基本原理、常见类型以及应用场景。
首先，串行通信协议可以分为同步和异步两种类型。
同步串行通信协议是指在数据传输过程中，发送端和接收端需要通过时钟信号进行同步，以确保数据的稳定传输。
常见的同步串行通信协议包括SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）和RS-232等。
而异步串行通信协议则是指数据传输过程中不需要时钟信号同步，而是通过起始位、数据位、校验位和停止位等组合来进行数据传输。
常见的异步串行通信协议包括UART（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter）和USB（Universal Serial Bus）等。
其次，串行通信协议在实际应用中具有广泛的应用场景。
在嵌入式系统中，SPI和I2C协议常用于连接微控制器与外围设备，如存储器、传感器等，实现数据的快速传输和通信。
而在计算机外设接口中，USB协议则成为了连接键盘、鼠标、打印机、摄像头等外部设备的标准接口，实现了设备之间的高速数据传输和通信。
另外，在工业控制领域，RS-232和RS-485等协议被广泛应用于PLC （Programmable Logic Controller）、传感器、执行器等设备之间的通信，实现了工业自动化控制系统的稳定运行。
最后，随着物联网、人工智能、自动驾驶等新兴技术的快速发展，对串行通信协议的需求也日益增加。
未来，串行通信协议将继续发展，以适应更多元化、复杂化的应用场景，同时也需要更加严格的协议标准和更可靠的数据传输技术，以满足不断增长的数据传输需求。
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
串行通信原理
串行通信原理串行通讯是一种在计算机领域用于数据传输的技术。
串行通讯通过一个线路逐位传输数据，相比于并行通讯的方式，更加经济和易于实现。
在串行通讯中，数据被分成逐位的信息串，这些信息串逐位传输，最终组成有意义的数据。
主要应用于计算机与周边设备之间的数据传输。
串行通信主要包括两种方式：同步串行通信和异步串行通信。
同步传输根据系统时钟处理数据传输，而异步传输较为灵活，是一种更加通用性的传输方式。
串行通讯的原理1.数据格式在串行通讯过程中，数据是以特定的格式传输的。
数据格式包括数据位、同步位、波特率和校验位。
数据位：表示每一个数据中包含的二进制位数，包括5位、6位、7位、8位等不同的长度。
通常情况下，大多数串行通讯系统都采用8位数据位。
同步位：用于标识数据传输已经开始，也就是数据的起始位置，通常情况下，同步位的值为0。
波特率：表示数据传输的速度，也就是每秒钟传输的数据位数。
波特率越高，信号传输的速度越快。
常用的波特率为9600、19200、38400、57600等。
校验位：用于检测传输数据中的错误。
通过对传输的数据进行校验位的比对，可以减少数据传输中的错误发生。
常用的校验方式有奇偶校验、校验和、循环冗余校验等。
2.串行通讯的流程串行通讯的流程可以分为三个主要阶段：起始位、数据位和停止位。
起始位：用于标识数据传输的开始，表示数据传输的起始位置。
通常情况下，起始位的值为0。
数据位：用于传输数据信息，包括了需要传输的数据。
停止位：用于标识数据传输的结束，表示数据传输的终止位置。
通常情况下，停止位的值为1。
串行通讯的工作原理串行通讯的工作原理主要包括：发送过程和接收过程。
1.发送过程在发送过程中，数据被通过串行通讯数据线逐位地传输。
发送过程中，数据被分成字节，每个字节由8位组成。
在数据传输前，发送端将数据位、同步位、波特率和校验位进行设置。
然后发送端将数据逐位地传输到接收端。
发送端会首先发送起始位表示数据传输的开始，接着发送数据位，每个字节之间间隔一段时间，以便接收端辨别每个字节，并识别出其所代表的意义。
串行通信实验报告
串行通信实验报告串行通信实验报告引言：串行通信是一种数据传输方式，通过将数据一位一位地传输，相比并行通信具有更高的传输效率和更少的硬件成本。
本实验旨在通过搭建串行通信系统，了解串行通信的原理和应用，并探究不同参数对传输效果的影响。
一、实验目的本实验旨在：1. 了解串行通信的原理和基本概念；2. 掌握串行通信的实验搭建方法；3. 分析不同参数对串行通信传输效果的影响。
二、实验原理串行通信是一种将数据一位一位地传输的通信方式。
在串行通信中，数据以二进制形式传输，每一位的传输时间相等。
常见的串行通信方式有同步串行通信和异步串行通信。
同步串行通信中，发送端和接收端的时钟信号同步，以确保数据的准确传输。
发送端将数据按照一定的帧格式发送，接收端通过时钟信号进行同步，按照相同的帧格式接收数据。
异步串行通信中，发送端和接收端的时钟信号不同步，通过起始位和停止位来标识数据的开始和结束。
发送端在每个数据帧前加上一个起始位，接收端通过检测起始位来判断数据的开始。
三、实验步骤1. 搭建串行通信系统：将发送端和接收端连接，通过串口线进行数据传输。
2. 设置串行通信参数：根据实验要求，设置波特率、数据位、停止位等参数。
3. 编写发送端程序：通过编程语言编写发送端程序，实现数据的发送。
4. 编写接收端程序：通过编程语言编写接收端程序，实现数据的接收和显示。
5. 调试和测试：进行通信测试，观察数据的传输效果，记录实验结果。
四、实验结果与分析在实验中，我们通过设置不同的串行通信参数进行测试，观察数据的传输效果。
实验结果显示，在较低的波特率下，数据传输速度较慢，但传输稳定性较高；而在较高的波特率下，数据传输速度较快，但传输稳定性较差。
此外，我们还测试了不同数据位和停止位对传输效果的影响。
结果显示，增加数据位可以提高数据的传输精度，但也会增加传输的时间和成本。
增加停止位可以增加数据的传输稳定性，但也会降低传输速度。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了串行通信的原理和应用，并通过实验搭建了串行通信系统。
串行通信的特点
USB
定义
USB（Universal Serial Bus）是一种通用的串行通信接口 标准，由美国国家标准化协会（USB Implementers Forum）制定。
传输速度
USB具有较高的数据传输速率，从最初的USB 1.0到最新的 USB 3.0，速度不断提升。
传输方式
USB采用差分（平衡）传输方式，通过一对传输线实现高 速数据传输。
定义
串行通信是一种数据通信方式， 通过一条传输线逐位传输数据。
传输距离远
由于信号在传输线上的衰减较 小，因此可以用于长距离的数 据传输。
可靠性高
由于信号在传输线上的干扰较 小，因此传输的可靠性较高。
与并行通信的区别
并行通信：并行通信是通过多条传输线 同时传输数据，数据在传输线上同时传 输。
并行通信的数据传输速率较快，但成本 较高，而串行通信的数据传输速率较慢 ，但成本较低。
机等。
RS-4
定义
RS-485是另一种标准的串行通 信接口，由美国电子工业协会
（EIA）制定。
传输方式
RS-485采用差分（平衡）传输 方式，通过一对传输线实现数 据的发送和接收。
传输距离
由于RS-485的信号幅度较大， 传输距离相对较长，通常在100 米以内。
应用场景
常用于多台设备之间的中短距 离通信，如楼宇自动化、智能
类型
校验位可以是奇校验、偶校验或无校验。
功能
校验位用于检测数据传输过程中可能出现的错误，提高数据传输 的可靠性。
停止位
01
02
03
停止位
在数据传输结束时发送停 止位，表示数据传输的结 束。
作用
用于同步接收器和发送器， 确保数据传输的正确结束。
串行通信概述
串行通信概述串行通信是一种数据传输技术，它将传输的数据位逐个串行传输，而不是同时传输多个位。
串行通信通常比并行通信慢，因为传输时间更长，但它在数据传输方面具有一定的优势。
串行通信的优点使用串行通信技术有一些明显的优点。
首先，串行通信最大使用的是一根传输线。
这意味着使用串行通信技术的设备材料成本更低，因为它们不需要使用很多线缆。
此外，因为传输速度较慢，串行通信也更适合在长距离传输数据。
因此，串行通信技术主要用于远距离通信，如在无线电通讯和卫星通信等方面。
串行通信在数据传输中更安全，因为数据以逐个比特的形式传输。
这使得数据从被入侵的风险中更容易获得保护，因为他们很难破解这种逐位传输的数据格式。
串行通信的缺点虽然串行通信有一些优势，但它也有一些缺点。
首先，传输速度比较慢，因为逐个传输的数据的传输速度较慢。
为了增加传输速度，可以使用并行通信来同时传输多个数据位。
其次，由于传输的数据以逐个比特的形式传输，设备指令可能需要更多的时间来处理数据。
这可以显著影响计算机的整体性能。
串口串口是一种常见的串行通信接口，用于将计算机连接到其他设备。
串口通常用于传输控制台和其他设备之间的操作指令。
串口通常使用串行线缆和特定的串口连接器进行数据传输。
串口还具有通常使用的标准的传输速率，因此，需要使用相同波特率的设备才能正确地通信。
串口通信使用有效载荷、校验和和控制位等机制来保证传输数据的准确性。
有效载荷是传输的实际数据位。
校验和是一种用于检查数据是否完整无误的机制。
在数据传输过程中，校验和用于检测在传输过程中可能发生的错误。
控制位用于控制数据传输的节奏和速率等因素。
总结串行通信是一种数据传输技术，它采用逐个传输数据位的方式传输数据。
串行通信技术更适用于远距离通信，并且使用成本更低。
但是，由于传输速度较慢，它可能对计算机的性能产生负面影响。
串口是一种常见的串行通信接口，提供了有效载荷、校验和和控制位等机制，以确保传输数据的准确性。
第七章 串行通信
同步方式 串行方式
异步方式
单工方式
半双工方式 全双工方式 多工方式
7.1.2 串行通信的通信标准
串行通信的通信标准主要是指通信的电气和硬件标准，常用的有 RS-232；RS-485/422等。
NEXT HOME
RS-232标准 ♠ 电气特性：逻辑“1”=-3V～-15V；逻辑“0”=+3V～+15V。在与TTL 标准连接时必须进行电平转换，常用芯片有MC1488、MC1489及 MAX202～MAX232等。
BACK NEXT HOME
7.1.3 串行通信的通信方式
串行通信又可分为异步通信和同步通信。异步通信的接受器和发送 器使用各自的时钟，每次只传送一字节数据，允许时钟产生误差；同步 通信每次传送的数据量较大，要求精度高，因此接受器和发送器使用同 一时钟。 异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束 字符间隔不固定，只需字符传送时同步。异步通讯数据常用一帧为单位， 一帧字符位数的规定：起始位，数据位，校验位和停止位，校验位紧跟 在数据位后，也可以省略。下图为省略校验位后一帧数据的示意图。
起始位 D 0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7 停止位
优点是硬件要求低，可靠性高，传送距离远，但速度较慢。
BACK
NEXT
HOME
同步通信 以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开 始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。
【提示】：在单片机与外设进行数据通信时，多采用异步串行通信。
模式选择
多机通讯位 允许接收位 发送、接收第9位 发送、接收标志
BACK
NEXT
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。
10
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
17
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.2 与串行口有关的特殊功能寄存器
数据的各位同时传送的称为并行通信；数据一位一位串行传送的称为串行通信。
1、数据缓冲器SBUF
其内部RAM字节地址是99H。
在物理上，对应着两个独立的寄存器：一个发送寄存器，一个接受寄存器。
发送时，就是CPU写入SBUF的时候；接收时，就是读取SBUF的过程，就收寄存器是双缓冲的，以避免在接受下一帧数据之前CPU未能及时响应接收器的中断，没有把上一帧数据读走而产生两帧数据重叠的问题。
2、串行口控制寄存器SCON
该寄存器用于选择串行通信的工作方式和控制、监视串行口的工作状态。
f是振荡器频率，
●SM0、SM1（SCON.7、SCON.6）：串行口工作方式选择位。
其中，
osc
●SM2（SCON.5）：多机通信控制位，允许方式2或方式3多机通信控制位。
●REN（SCON.4）：允许/禁止串行接受控制位。
REN=1时，允许串行接受；REN=0时，
禁止串行接受。
用软件置位/清除。
●TB8（SCON.3）：方式2和方式3中要发送的第9位数据。
●RB8（SCON.2）：方式2和方式3中接受到的第9位数据。
方式1中接收到的是停止
位；方式0中不使用这一位。
●TI（SCON.1）：发送中断请求标志位。
●RI（SCON.0）：接受中断标志。
方式0中，第8位数据被接收后由硬件置1；在其他
方式中，当接收到停止位中间时由硬件置1，用软件清除。
3、电源控制寄存器PCON（）
只有一位（最高位）SMOD 与串行口的工作有关，该位是串行口波特率系数的控制位：
SMOD=1，波特率加倍；否则不加倍。
PCON 的地址为87H ，不可位寻址，因此初始化时需要字节传送。
5.3 串行口的4种工作方式
1、方式0
方式0时，串行接口为移位寄存器的输入输出方式，主要用于扩展并行输入或输
出接口。
数据由RXD （P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD （P3.1）引脚输出。
发送和接受均为8位数据，地位在先，高位在后。
（1）方式0输出状态
利用80C51串行口和外接8位寄存器74HC164可扩展并行I/O 口，将数据以串行
方式送到串/并转换芯片即可。
（2）方式0输入状态。
2、方式1
串行口工作于方式1时，为10位数据的异步通信接口。
数据位由P3.0（RXD ）端
接收，由P3.1（TXD ）端发送。
传送一帧信息为10位：一位起始位（0）、8位数据位
（低位在前）和一位停止位（1）。
波特率是可变的，它取决于定时器T1的溢出速率及
SMOD 的状态。
（1）方式1的发送过程
用软件清除TI 后，CPU 执行任何一条以SBUF 为目标寄存器的指令，就启动发送
过程。
数据由TXD 引脚输出，此时的发送移位脉冲是由定时器/计时器T1送来的溢出
信号经过16或32分频而取得的。
一帧信号发送完时，将置位发送中断标志T1 CPU 申
请中断，完成一次发送过程。
（2）方式1的接收过程
用软件清除RI 后，当允许的接收位REN 被置位1时，接收器以选定波特率的16
倍的速率采样RXD 引脚上的电平，当检测到RXD 引脚输入电平有从“1”到“0”的负
跳变时，则启动接收过程，在接收移位脉冲的控制下接收完一帧信息。
当最后一次移
位脉冲产生时能满足下列两个条件:
1）RI=0
2）接收到的停止位为1或SM2=0
3、方式2和方式3
串行口工作于方式2和方式3时，被定义为9位异步通信接口。
他们的每帧数据
结构是11位的；最低位是起始位（0），其后是8位数据位（低位在先），第10位是用
户定义位（SCON 中的TB8或RB8），最后一位是停止位（1）。
方式2和方式3工作原
理相似，唯一的差别是方式2的波特率是固定的，即为osc f /32或osc f /64；而方式3
的波特率是可变的，与定时器T1的溢出率有关。
（1）方式2和方式3的发送过程
串行口工作在方式2发送时，数据从TXD 端输出。
发送的每帧信息是11位，其
中附加的第9位数据（TB8）由软件置位或清零，可以作为数据的奇偶位校验，也可以作为多机通信中的地址、数据标志位。
如把TB8作为奇偶校验位，可以再发送过程中，在数据写入SBUF 之前，先将数据位写入TB8。
（2）方式2和方式3的接收过程
数据由RXD 输入，置REN=1.当检测到RXD 上出现负跳变时，确认起始位有效，开
始接收此帧的其余数据。
在接收完一帧后，在RI=0，SM2 =0，或接收到的第9位数据是1时，8位数据装入接收缓冲器，第9位数据装入SCON 中的RB8，并置1.若不满足上面两个条件，接收的数据帧就会丢失，且不会置位RI 。
5.4 波特率的设计
串行口每秒钟发送或接收的数据位数称为波特率。
（1）方式0的波特率等于单片机晶振频率的1/12，即每个机器周期接收或发送一位数据。
（2）方式2的波特率与电源控制器PCON 的最高位SMOD 的写入值有关，即SMOD=0，波特率为（1/64）osc f ；SMOD=1，波特率为（1/32）osc f 。
（3）方式1和方式3的波特率除了与SMOD 位有关之外，还与定时器T1的溢出率有关。
定时器T1作为波特率发生器，常选用定时方式2（8位重装载初值方式），并且禁止T1中断，此时TH1从初值计数到产生溢出，它每秒钟溢出的次数称为溢出率。
于是
方式1或方式3的波特率=T1的溢出率×232
SMOD
=232SMOD ×12(2561)
OSC f TH ⨯-。