各种标准串行通讯接口.ppt
串行通信接口及总线标准
RS-4
定义
RS-485是一种改进的串行 通信接口标准，由EIA制定。
特点
采用差分信号传输方式， 具有多站能力、高抗干扰 能力和长距离传输能力。
应用
广泛应用于工业自动化、 楼宇自动化和智能家居等 领域。
SPI
定义
应用
SPI是一种同步串行通信协议，由摩托 罗拉公司制定。
常用于微控制器和外围设备之间的通 信。
感谢观看
详细描述
在工业自动化控制系统中，各种设备如传感器、执行器、控制器等需要实时地进行数据交换和通信。 串行通信接口能够提供稳定、可靠的连接，使得设备间能够高效地传输数据，实现自动化控制和监测 。这有助于提高生产效率、降低成本、减少故障发生率。
智能家居系统
总结词
串行通信接口在智能家居系统中发挥关键作用，能够实现家庭设备的互联互通，提升家居生活的便利性和舒适度。
VS
详细描述
物联网设备间需要进行大量的数据交换和 通信，以实现设备的远程监控和管理。串 行通信接口能够提供高效、可靠的数据传 输服务，使得设备间能够稳定地进行通信 。这有助于促进物联网的发展和应用，提 高设备的可维护性和可管理性，降低运营 成本。
汽车电子系统
总结词
串行通信接口在汽车电子系统中具有重要价 值，能够实现汽车各系统间的信息共享和协 同工作，提高汽车的安全性和可靠性。
数据传输速率较慢。
03
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特点
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数据传输距离较远。
数据传输线少，成本低。
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适用于不同设备之间的通信。
串行通信接口的重要性
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实现设备之间的数据交换和通 信。
简化电路设计，降低成本。
RS-232串行通讯大全
RS-232接口引脚信号的定义9针25针信号方向功能3 2 TXD O 发送数据2 3 RXD I 接收数据7 4 RTS O 请求传送8 5 CTS I 清除传送6 6 DSR I 数据通信装置(DCE)准备就绪5 7 SG 信号公共参考地1 8 DCD I 数据载波检测4 20 DTR O 数据终端设备(DTE)准备就绪9 22 RI I 振铃指示由于25针与9针连接器并无本质区别，因而容易实现相互转换，所以市场上25针到9针串行转接器都是无源的。
RS-232标准的电气特性参数项目参数指标带3~7千欧负载时驱动器的输出电平逻辑0为+3~+25V,逻辑1为-3~-25V不带负载时驱动器的输出电平-25~+25V驱动器通断时的输出阻抗>300欧输出短路电流<0.5A驱动器转换速率<30V/us接收器输入阻抗3~7千欧接收器输入电压-25~+25V输入开路时接收器的输出逻辑 1输入经300欧接地时接收器的输出逻辑 1+3V输入时接收器的输出逻辑0-3V输入时接收器的输出逻辑 1最大负载电容2500pF不能识别的过渡区-3V~+3V单片机串行端口的工作方式(1)方式0：8位移位寄存器输入/输出方式，多用于外接移位寄存器以扩展I/O端口，波特率固定为fosc/12。
（因此好像不需要进行串行口初始化，因为初始化的任务是设定波特率和数据传送方式，在这里已经都固定了）。
在方式0中，串行口作为输出时，只要向串行缓冲器SBUF写入一字节的数据后，串行端口就把此8位数据以fosc/12的波特率，从RXD引脚逐位输出（从低位到高位），（注意：只有在该情况下数据是由RXD输出！）TXD输出频率为fosc/12的同步移位脉冲，数据发送前，尽管不使用中断，中断标志TI还是必须置清0，8位数据发送完后，TI 自动置1，若要再发送，必须用软件将TI清0。
串行端口作为输入时，RXD为数据输入端，TXD仍为同步信号输出端，输出频率为fosc/12同步移位脉冲，使外部数据逐位移入RXD，当接收到8位数据后，中断标志RI 自动置1，若要再接收，必须用软件将RI清0。
通用串行通信接口标准(USB)
微计算机系统
微计算机系统 包的分类编码由PID表示。8位PID中的高4位用于包的分类编码，低 4位作校验用。 1).标志包
8BIT SYNC 8BIT PID 7BIT ADDR 4BIT ENDP 5BIT CRC
SYNC:同步域，标志包的开始，输入电路利用它来同步。 PID:包类型域，标志保有4种：OUT,IN,Setup,SOF ADDR:设备地址域，确定包的传输目的地址。7位长，有128个地址。 ENDP:端点域，确定包要传输到设备的哪个端点。4位长，一个设备 可有16个端点。 CRC:检查预，5位长度，用于ADDR和ENDP地校验 (1)帧开始包（SOF） USB的总线时间被划分为帧，一个帧周期可以描述为：在主机发帧 开始标志后，总线处于工作状态，主机将发送和接收几个交换，交 换完毕后，进入帧结束间隔区，此时总线处于空闲，等待下一个帧 启动标志的到来。1帧的持续时间为1ms，每一帧都有独立的编号。
微计算机系统 3）中断传输 单向的，且仅输入到主机，用于不固定的、少量的数据传送。当设 备需要主机为其服务时，向主机发送此类信息。如，键盘，鼠标即 采用此类方式。USB的中断是Polling（查询）类型，主机要频繁地 请求端点输入。 4）等时传输 等时(Isochronous)(同步)传输可以单向和双向，用于传送连续性、实 时的数据。其特点是要求传输输率去定，时间性强，忽略传送错误。 如，视频设备，数字声音设备和数字相机采用此方式。 B交换的包格式 USB总线的传输包含一个或多个交换(Transaction),而交换又是所谓 “包”组成的，包是组成USB交换的基本单位。USB总线上的每一 次交换至少需要3各包才能完成： 标志（令牌）包：含有设备地址码、端点号、传输方向，传输类型。 每次传输都由主机发出标志包开始。 数据包：数据源向目的地址发送。一次交换，数据包可携带的数据 最多位1023BYTE. 握手包：由数据接收方向数据握手方发出的反馈信息。如果有错， 要重发。除了等时传输外，其它传输类型都需要握手包。
通讯接口区别(RS232、RS422、RS485)
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，RS-232是PC机与通信中应用最广泛的一种串行接口。
RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。
RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯，而RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。
通讯问题，和交通问题一样，也有高速、低速、拥堵、中断等等各种情况。
如果把串口通讯比做交通，UART比作车站，那么一帧的数据就好比汽车。
汽车跑在路上，要遵守交通规则。
如果是市内，一般限速30、40,而高速公路则可以到120。
而汽车走什么路，限速多少，就要看协议怎么规定了。
常见的串口协议有RS-232、RS-422、RS-485等，他们之间有何细微差别？下面我们就一起来探讨一下。
一、RS232讲解个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。
通常RS-232 接口以9个引脚(DB-9) 或是25个引脚(DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232 接口，分别称为COM1 和COM2。
RS232电气接口分为DB9和DB25,定义如下图：其实大部分时间不用所有接口都焊接，简化图如下：二、RS422讲解RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。
实际上还有一根信号地线，共5根线。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。
一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。
接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力10×4k+100Ω（终接电阻）。
其实大部分时间不用所有接口都焊接，简化图如下：三、RS485讲解RS-485又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。
串口通讯—RS232、RS422、RS485详解
串口通讯—RS232、RS422、RS485详解串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。
RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。
为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，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。
因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。
如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、Odetis协议是公开的，而ProLINK则是基于Profile上的。
在讨论RS-232C接口标准的内容之前，先说明两点：首先，RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE （Data Communication Equipment)而制定的。
串行通信(RS-COM口回路)
逻辑0(SPACE) = +3～+15V
信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V 信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V 信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V 信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V 信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V 信号有效 (接通,ON状态,正电压) = +3V～+15V
串行通讯 物理接口
串行通讯接口(cluster communication port)是遵循RS-232标准的物理接口： (简称COM口，有时候也叫做RS-232接口) • • • 常用的是9管脚DB-9型接口 ，PC上的COM口一般就是这种。 也有25管脚的DB-25型接口，这种接口存在于早期台式机电脑上，目前几乎没有了， 目前台式机或笔记本上的25针接口是并口的(LPT接口)，不要弄错。 最近，8管脚的RJ-45型接口越来越普遍用作COM接口，其管脚分配有两种标准： 1. EIA/TIA-561 标准。 2. Yost 标准。(Yost Serial Device Wiring Standard, 串连设备配线标准, 由Dave Yost 发明, 被广泛使用在Unix计算机上) 此外，还有非标准设备，如接收GPS数据，采用了8针的圆形COM接口。
•
•
本文仅对串行通讯进行说明。
串行通信 软件设置
串行通信在软件设置里需要做多项设置，常见的有： • • 波特率(Baud Rate) ：是指每秒钟传送多少位数(bit/s)。一般要通信两端设备都设为相同 的波特率，但也有些设备也可以设置为自动检测波特率。 奇偶校验(Parity Check) ：是用来验证数据的正确性。奇偶校验一般不使用，如果使用， 那么既可以做奇校验(Odd Parity)也可以做偶校验(Even Parity)。如果用户选择数据长度为 8位，则因为没有多余的位可用，因此就叫做“無位元(Non Parity)”。 停止位(Stop Bit) ：是在每个字节传输之后发送的，它用来帮助接受信号方硬件重同步。 流量控制：当发送握手信号或数据完整性检测时需要制定其他设置。公用的组合有 RTS/CTS、DTR/DSR或者XON/XOFF。
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
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指用于连接串行设备的数据通信协议和规范。
在计算机和外部设备之间进行串行数据通信时，需要遵循一定的接口标准以确保数据的正确传输。
常见的串行数据通信接口标准包括RS-232、RS-485、RS-422等。
这些标准规定了信号的电压等级、数据传输速率、数据格式、控制信号等，以确保不同的设备之间能够正确地进行通信。
通过这些标准的规范，可以保证数据在串行设备之间的稳定传输，同时实现数据的可靠性和准确性。
在工业自动化、远程控制、智能家居等领域，串行数据通信的接口标准发挥着重要的作用。
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二、 RS-422A接口 RS-232C虽然应用很广泛，但其推出较早，在现代网络通 讯中已暴露出明显的缺点： 传输速率低、通讯距离短、接口处信号容易产生串扰等。 因此，EIA又制定了RS-422A标准。 RS-232C即是一种电气标准，又是一种物理接口功能标准， 而RS-422A仅仅是一种电气标准。PC机不带RS-422A接口，因 此要使用RS-232/RS-422A转换器，把RS-232C接口转换成RS422A接口。
13.1 MCS-51单片机的串行通讯接口技术 MCS-51串行口的输入、输出均为TTL电平,抗干扰性差，传 输距离短。 为提高串行通讯的可靠性，增大串行通讯的距离，采用标 准串行接口：RS-232、RS-422A、RS-485等标准。
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、 RS-232C接口 二、 RS-422A接口 三、 RS-485接口 四、 20mA电流环串行接口
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
80C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
(2)有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，
收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流 并产生压降。
(3)抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程
中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
1. 电气特性
RS-422A与RS-232C的主要区别是，收发双方的信号地不再共 地，RS-422A标准规定平衡驱动和差分接收的方法。
输入同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱 动器的反相信号。当一个表示逻辑“1”时，另一条一定 为逻辑“0”。
Байду номын сангаас
SN75174
+5V SN75175
TTL 电平
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
五、 各种串行接口性能比较
传输特点
电气特性
电平转换
13.1.1 各种标准串行通讯接口
一、RS-232C接口 RS-232是由美国电子工业协会（EIA）于1962年制定 的标准。定义数据终端设备（DTE）和数据通讯设备 （DCE）之间的串行接口标准。
图13-1是两台计算机利用MODEM、电话线进行远距离 串行通讯的示意图，DTE为计算机，DCE的典型代表是 MODEM。
+5V
双向需4条线
TTL 电平
SN75175
SN75174
若传输过程中，信号中混入了干扰和噪声（以共模形式出 现），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号并正确接 收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。
因此，RS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输 率为10Mbit/s，在此速率下，电缆允许长度为12m，如果采 用较低传输速率时，最大传输距离可达1200m。
1uF MAX232
1uF
RXD TXD RTS CTS
C4
1uF
J1
1 6 2 7 3 8 4 9 5
2： TXD
3： RX D
CONN-D9F
3.采用RS-232C接口存在的问题 (1)传输距离短，传输速率低
RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离 一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传 送速率为20Kbps。
RS-422A电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器 四部分组成。在电路中规定只许有一个发送器，可以有多个 接收器。
该标准允许驱动器输出为±2～±6V，差分接收器可以检测的输 入信号电平可低到200mV。
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
C1
1uF
1
3
U2
C1+
11 12 10
9
T1IN R1OUT T2IN R2OUT
C2+
C1-
T1OUT R1IN
T2OUT R2IN
14 13 7 8
VS+ VS-
2 6
C2-
C3
4
C2 5
须进行电平转换。 常用的转换芯片有MAX232C、MC1488、MC1489。各厂商生产 的此类芯片虽然不同，但原理相似。
以美国MAXIM公司的产品MAX232为例。它是RS-232C双工发送器 /接收器接口电路芯片，其外部引脚如图13-3，内部结构及 外部元件如图13-4所示。
由于芯片内部有自升压的电平倍增电路，将+5V转换成10V-+10V，满足RS-232C的逻辑“1”和逻辑“0”的电平要求。 工作时仅需单一的+5V电源。其片内有2个发送器，2个接收器， 有TTL信号输入/RS-232C输出的功能，也有RS-232C输入/TTL 输出的功能。 该芯片与TTL/CMOS电平兼容，使用比较方便。 使用MAX232实现TTL/RS-232C之间的电平转换电路如图13-5 所示。
发送数据 接收数据
图13-2为RS-232C的“D”型9针插头的引脚定义。
1. 电气特性 RS-232C上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称。 逻辑“1”：－3～－15V； 逻辑“0”：＋3～＋15V。 RS-232C标准的信号传输的最大电缆长度为30米，最高数传速
率为20kbit/s。 2. 电平转换 由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容，所以两者对接时，必
第十三章 MCS-51的串行通信技术
一、复习第七章的MCS-51串口的知识 二、各种标准串行通讯接口 三、 MCS-51单片机双机串行通讯接口 四、 MCS-51单片机多机串行通讯接口 五、 PC机与MCS-51的点对点的串行通讯接口 六、 PC机与多个MCS-51单片机的串行通讯接口
第13章 MCS-51的串行通讯技术