串行通信基础知识
串行通信基础知识 & MOXA产品知识 - 副本
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Confidential
串行通信 VS 并行通信
串行通信 通信距离 搞干扰能力 传输速度 成本 远 高 慢 低 并行通信 近 低 快 高
Confidential
串行通讯数据格式
Confidential
RS-232 连接类型 II
RS-232 信号
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 DCE 设备上的DCD信号一般用作输出信号
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RS-232-C 发展
用于串行通讯的标准。
DB25
• 规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器 • 对连接器的每个引脚的信号加以规定 • 对各种信号的电平加以规定。
IBM 将RS232 简化成了DB-9 连接器
工业控制的RS-232 一般只使用
RXD、TXD、GND 三条线。
120Ω
Data+(B)
……
PLC #1 PLC #2 PLC #3 PLC #31
最大1.2公里，32节点
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RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
特点
1. 距离可达 1.2公里 2. 抗干扰能力强 3. 低接线成本 4. 同一总线可连接 32个节点，使用中继器最多可达256个节点
Confidential
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。
第七章--串行口
异步通信和同步通信 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步通信中，数据通常是以字符(字节)为单位组成字符 帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线 由接收设备一帧一帧地接收。发送端和接收端可以有各自 的时钟来控制数据的发送和接收。 一个字符在异步传送中又称为一帧数据，字符帧也叫数据 帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成， 如图7-2所示。
例如，波特率为2400b/s的通信系统，若采用图7-2（a） 的字符帧，则字符的实际传送速率为2400／11=218.18帧 /s；若采用图7-2(b)的字符帧，则字符的实际传送速率为 2400/14=171.43帧/s。
串 行 通 信 和 基 础 知 识
串行口的结构
MCS-51串行口结构框图如图7-4所示。 主要由两个物理上独立的串行数据缓冲寄存器SBUF、发送 控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门组成。 两个特殊功能寄存器SCON和PCON用来控制串行口的工作方 式和波特率。 发送缓冲寄存器SBUF只能写，不能读；接收缓冲寄存器 SBUF只能读，不能写。两个缓冲寄存器共用一个地址99H， 可以用读／写指令区分。
7.1串行通信的基础知识
7.2 MCS-51的串行I/O口及控制寄存器
7.3 串行口的工作方式 7.4 波特率的设计 7.5 MCS-51串行口的应用 7.6 MCS-51串行口的多机通信
本章首先介绍串行通信的基本概念，然后重 点讨论MCS-51系列单片机串行口的特点和用法， 要求掌握串行口的概念、 MCS-51串行口的结构、 原理及应用。
在进行通讯时，外界数据是通过引脚RxD(P3.0，串行数据 接收端)和引脚TxD(P3.1，串行数据发送端)与外界进行串 行通信。 输入数据先进入输入移位寄存器，再送入接收SBUF。在此 采用了双缓冲结构。
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
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
can通信基础知识讲解
can通信基础知识讲解Can通信是一种常见的通信协议，广泛应用于汽车领域。
本文将从Can通信的基础知识入手，介绍Can通信的原理、特点以及应用。
一、Can通信的原理Can通信是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网。
它是一种串行通信协议，主要用于在汽车电子系统中传输数据。
Can通信采用差分信号传输，通过两根线（Can_High和Can_Low）来实现数据的收发。
Can_High和Can_Low的电平差异表示二进制数据的0和1。
Can通信采用非归零编码，即数据在传输过程中不会回到零电平，从而减少了传输中的干扰。
二、Can通信的特点1. 高可靠性：Can通信采用冗余校验机制，即每个数据帧都包含有校验和。
接收端在接收到数据帧后会对校验和进行验证，从而保证数据的可靠性。
2. 高效性：Can通信采用了事件触发的方式，只有在需要发送数据时才进行通信，减少了通信的时间开销。
3. 可扩展性：Can通信支持多个节点之间的通信，节点数量可以灵活扩展。
4. 抗干扰性强：Can通信采用差分信号传输，能够有效抵抗电磁干扰和噪声干扰。
5. 实时性好：Can通信的传输速率较快，能够满足实时性的要求。
三、Can通信的应用Can通信广泛应用于汽车领域，主要用于实现汽车内部各个电子控制单元（ECU）之间的通信。
以下是Can通信在汽车领域的一些典型应用：1. 发动机控制单元（ECU）之间的通信：Can通信用于发动机控制单元与其他ECU之间的数据交换，如发动机转速、油耗等数据的传输。
2. 制动系统的控制：Can通信用于制动系统的各个部件之间的通信，如制动踏板、制动盘、制动液位等数据的传输。
3. 车身电子系统的控制：Can通信用于车身电子系统中各个部件之间的通信，如车门、车窗、天窗等设备的控制。
4. 安全系统的控制：Can通信用于安全系统中的各个部件之间的通信，如安全气囊、防抱死制动系统等设备的控制。
四、Can通信的发展趋势Can通信作为一种可靠、高效的通信协议，已经在汽车领域得到广泛应用。
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
串口通信基础，接收，发送数据
串⼝通信基础，接收，发送数据通信接⼝背景知识设备之间通信的⽅式⼀般情况下，设备之间的通信⽅式可以分成并⾏通信和串⾏通信两种。
它们的区别是：串⾏通信的分类1、按照数据传送⽅向，分为：单⼯：数据传输只⽀持数据在⼀个⽅向上传输；半双⼯：允许数据在两个⽅向上传输。
但是，在某⼀时刻，只允许数据在⼀个⽅向上传输，它实际上是⼀种切换⽅向的单⼯通信；它不需要独⽴的接收端和发送端，两者可以合并⼀起使⽤⼀个端⼝。
全双⼯：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，需要独⽴的接收端和发送端。
2、按照通信⽅式，分为：同步通信：带时钟同步信号传输。
⽐如：SPI，IIC通信接⼝。
异步通信：不带时钟同步信号。
⽐如：UART(通⽤异步收发器)，单总线。
在同步通讯中，收发设备上⽅会使⽤⼀根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双⽅进⾏协调，同步数据。
例如，通讯中通常双⽅会统⼀规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进⾏采样。
在异步通讯中不使⽤时钟信号进⾏数据同步，它们直接在数据信号中穿插⼀些⽤于同步的信号位，或者将主题数据进⾏打包，以数据帧的格式传输数据。
通讯中还需要双⽅规约好数据的传输速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。
常⽤的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。
在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝⼤部分是有效数据，⽽异步通讯中会则会包含数据帧的各种标识符，所以同步通讯效率⾼，但是同步通讯双⽅的时钟允许误差⼩，稍稍时钟出错就可能导致数据错乱，异步通讯双⽅的时钟允许误差较⼤。
常见的串⾏通信接⼝STM32串⼝通信基础STM32的串⼝通信接⼝有两种，分别是：UART（通⽤异步收发器）、USART（通⽤同步异步收发器）。
⽽对于⼤容量STM32F10x系列芯⽚，分别有3个USART和2个UART。
UART引脚连接⽅法RXD：数据输⼊引脚，数据接受；TXD：数据发送引脚，数据发送。
对于两个芯⽚之间的连接，两个芯⽚GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。
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❖
在单工方式下，通信线的A端只有
发送器，B端只有接收器，信息数据只能
单方向传送，即只能由A端传送到B端而
不能反传。如图9-5所示。
A 端
发送器
接
收
器
B 端
图9-5 单工方式
❖
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 协议切换交替工作。
❖
在串行通信中，发送设备和接收
设备之间除了采用相同的字符帧格式(异
步通信)或相同的同步字符(同步通信)来
协调同步工作外，两者之间发送数据的
速度和接收数据的速度也必须相同，这
样才能保证被传送数据的成功传送。
❖
波特率是串行通信的重要指标，
对数据的成功传送至关重要。
❖ 9.1.3 串行通信的制式
❖
1．单工(Half duplex)制式
的位数都为偶数(偶校验)或都为奇数(奇
校验)。
❖
2．和校验
❖
和校验是针对数据块的校验。发
送端在发送数据块时，对块中的数据算
术求和，然后将产生的单字节的算术和
作为校验字符(和校验)附加到位数据块的
结尾传给接收端。
❖
3. 循环冗余码校验(CRC)
❖
CRC检验是对一个数据块校验一次，
它被广泛地应用于同步串行通信方式中，
发送，一条用于接收，一条用于公用信
号地，如图9-7所示。
发送 A 端
接收
接收 B 端
发送
图9-7 全双工方式
❖ 9.1.4 串行通信数据的校验
❖
1．奇偶校验
❖
奇偶校验的特点是按字符校验，
即在数据发送时，在每一个字符的最高
位之后都附加一个奇偶校验位“1”或“0”，
使被传送字符(包括奇偶校验位)中含“1”
位数没有严格限制，如5位、6位、7位或
8位等。由低位到高位逐位传送。
❖
(3) 奇偶校验位：数据位发送完(接
收完)之后，可发送奇偶校验位，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。
❖
(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
例 如 对 磁 盘 信 息 的 读 / 写 ， 对 ROM 或
RAM存储区的完整性的校验等。
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
信息做好准备。
❖
2．同步通信
❖
串行通信中，发送设备和接收设
备是相互独立、互不同步的，即接收端
不知道发送端何时发送数据或发送的两
组数据之间间隔多长时间，那么发送和
接收之间靠什么信息协调从而同步工作
呢？在异步通信中，是靠传送数据每个
P0.7
微型 计算机 (89C51)
P0.0 P2.7 RD WR
… …
D7
外设 (8255)
D0 CS RD WR
图9-1 并行通信示意图
TXD
发送
R XD
微型 计算机 (89C51)
R XD TXD
外设
图9-2 串行通信示意图
❖ 9.1.2 异步通信和同步通信
❖
串行通信又分为两种基本通信方
式，即异步通信和同步通信。
❖
1. 异步通信
❖
在异步通信中，被传送的信息通
常是一个字符代码或一个字节数据，它
们都以规定的相同传送格式(字符帧格式)
一帧一帧地发送或接收。
❖
字符帧格式由四部分组成：起始位，
数据位，奇偶校验位和停止位，如图9-3
第 n－ 1字 符 帧
停起 奇偶 止 始 校验 位 位
第 n字 符 帧 8位 数 据
停 奇偶 止 校验 位
发送 A 端
接收
发送 B 端
接收
图9-6 半双工方式
❖
3．全双工(Full duplex)制式
❖
在全双工方式下，通信线路A、B
两端都有发送器和接收器，A、B之间有
两个独立通信的回路，两端数据不是交
替发送和接收，而是同时发送和接收。
因此通信效率比前两种要高。该方式下
所需的传输线至少要有三条，一条用于
D7 0/1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1
空闲位 111
第 n＋ 1字 符 帧
起
始 位
8位 数 据
0 D0 D1 …
图9-3 异步通信帧格式
❖
(1) 起始位：在没有数据传送时，
通信线上处于逻辑“1”状态。送
端发出(接收端接收)的是数据位，数据的
字符帧的起始位和停止位来协调同步的，
即当接收端检测到传送线上出现“0”电
平时，表示发送端己开始发送，而接收
端也开始接收数据，两端协调同步工作，
当接收端检测到停止位“1”时，表示一
同步 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
❖
3．波特率