串行通信技术-模拟信号转换接口
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
串行通信接口标准详解
几种串行通信接口标准详解在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。
1969年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。
但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m)和传送速率不太高(最大位速率为20Kb/s)的问题。
远距离串行通信必须使用Modem，增加了成本。
在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(＜20m＝和远距离(＞2km)之间的情况，这时RS-232C（25脚连接器）不能采用，用Modem又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。
1977年EIA制定了RS-449。
它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。
与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。
另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。
RS-422、RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。
RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。
RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。
它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。
同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m)。
因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。
许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。
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
单片机接口技术的基本原理
单片机接口技术的基本原理单片机是一种集成电路，具有微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时/计数功能。
它可以用于控制各种电子设备，从家电到汽车电子系统。
接口技术是单片机与其它设备进行通信和控制的关键。
接口技术允许单片机与外部设备之间进行数据交换和相互操作。
在单片机系统中，接口技术可以分为数字接口和模拟接口两种类型。
1. 数字接口技术数字接口技术是通过数字信号进行通信和控制的。
它可以分为并行接口和串行接口两种。
1.1 并行接口并行接口是指单片机和外部设备之间同时传输多个数据位。
它可以分为通用并行接口（GPIO）和专用并行接口（如LCD接口、SD卡接口）两种类型。
通用并行接口（GPIO）是单片机器件上的一组设置为输入或输出的引脚，可以用来和外部设备通信。
通过软件编程，可以将这些引脚设置为输入以读取外部设备发送的数据，或者设置为输出以向外部设备发送数据。
专用并行接口通常用于特定的外部设备，比如连接液晶显示屏或SD卡读卡器。
这些接口具有更多的引脚和复杂的通信协议，可以实现高速数据传输和显示控制。
1.2 串行接口串行接口是指单片机和外部设备之间通过一根数据线按顺序传输数据位。
它可以分为同步串行接口和异步串行接口两种类型。
同步串行接口使用时钟信号同步数据传输，速度较快，但通信协议复杂。
常见的同步串行接口包括SPI（串行外设接口）、I2C（两线式串行通信接口）和CAN （控制器局域网）等。
异步串行接口通过起始位和停止位标记传输的字节，并且没有时钟信号。
它简单易用，常用于普通串口通讯（UART），用于与计算机、模块或其他单片机进行通信。
2. 模拟接口技术模拟接口技术是通过模拟信号进行通信和控制的。
它常用于测量、传感器和执行器之间的数据传输。
模拟接口技术包括模拟输入和模拟输出两种。
2.1 模拟输入模拟输入是将外部模拟信号转换为数字信号，供单片机进行处理和分析。
常见的模拟输入技术包括模数转换器（ADC）和电压比较器。
单片机的输入输出设备接口
单片机的输入输出设备接口1. 简介在嵌入式系统开发中，单片机是最常用的核心处理器之一。
单片机通过输入输出设备接口与外部设备进行通信，实现数据的输入和输出。
本文将介绍常见的单片机输入输出设备接口，包括数字输入输出口、模拟输入输出口、串行通信接口等。
2. 数字输入输出口（GPIO）数字输入输出口（General Purpose Input Output，简称GPIO）是一种常见的单片机输入输出设备接口。
它可以通过程序控制对内部资源的输入和输出。
单片机的GPIO包括多个引脚，每个引脚可以作为输入口或输出口使用。
在使用过程中，我们可以通过将引脚设置为输入模式或输出模式，并通过编程对引脚进行读写操作。
2.1. 输入模式在输入模式下，GPIO可以用作输入接口，接收外部设备的信号。
在单片机中，通常使用输入状态寄存器（Input Status Register）来存储外部信号的状态。
当外部设备产生一个高或低电平信号时，单片机可以通过读取输入状态寄存器来获取该信号的状态。
2.2. 输出模式在输出模式下，GPIO可以用作输出接口，控制外部设备的状态。
在单片机中，通常使用输出数据寄存器（Output Data Register）来存储输出数据。
通过向输出数据寄存器写入高或低电平信号，单片机可以控制外部设备的状态。
3. 模拟输入输出口（ADC和DAC）除了数字输入输出口，单片机还可以提供模拟输入输出口。
模拟输入输出口分为模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）两种。
3.1. 模拟数字转换器（ADC）模拟数字转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）可以将模拟信号转换为数字信号。
通过电压分压、采样等方法，单片机的ADC模块可以将外部模拟信号转换为数字量，供单片机进行处理和分析。
3.2. 数字模拟转换器（DAC）数字模拟转换器（Digital-to-Analog Converter，简称DAC）可以将数字信号转换为模拟信号。
单片机接口技术简介
单片机接口技术简介单片机是一种集成了处理器、存储器和各种输入/输出（I/O）接口功能的微型计算机系统。
单片机常用于嵌入式系统中，广泛应用于家电、汽车、医疗设备、通信设备等领域。
而单片机的接口技术则是连接单片机与外部设备之间的桥梁，它是实现单片机与外部环境交互的关键。
单片机接口技术主要包括数字接口和模拟接口两种类型。
数字接口用于数字信号的输入输出，而模拟接口用于模拟信号的输入输出。
下面将依次介绍这两种接口技术。
数字接口技术是单片机与数字设备之间进行数据交换的一种方式。
常见的数字接口技术有并行接口、串行接口和通用串行总线（USB）接口。
1. 并行接口是将数据以并行方式传输的接口技术。
它通过多条数据线同时传输数据，传输速度较快，适用于要求高速数据传输的场景。
常见的并行接口有通用并行接口（GPIO）、外部存储器接口（EMI）等。
2. 串行接口是一种将数据逐位按顺序传输的接口技术。
与并行接口相比，串行接口需要较少的数据线，占用的引脚较少，适用于对引脚数量有限的场景。
常见的串行接口有串行外设接口（SPI）、I2C接口、异步串行通信接口（UART）等。
3. 通用串行总线（USB）接口是一种广泛应用于计算机和外部设备之间的接口技术。
USB接口具有热插拔、高速传输、兼容性好等特点，广泛应用于各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机等。
模拟接口技术是单片机与模拟设备之间进行数据交换的一种方式。
常见的模拟接口技术有通用模拟接口（ADC/DAC接口）和PWM（脉宽调制）接口。
1. 通用模拟接口（ADC/DAC接口）用于将模拟信号转换为数字信号（ADC）或将数字信号转换为模拟信号（DAC）。
ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理，而DAC（数模转换器）则将数字信号转换为模拟信号，以便控制外部模拟设备。
2. PWM（脉宽调制）接口是一种通过调节脉冲信号的高电平时间来控制模拟设备的接口技术。
PWM接口广泛应用于电机控制领域，通过改变脉冲的占空比可以控制电机的转速和转向。
单片机原理接口技术
单片机原理接口技术单片机原理接口技术是指如何实现单片机与外部设备之间的数据交互和通讯。
通过适当的接口技术，单片机可以与各种外设如传感器、执行器、显示器等进行连接和交互，实现功能的扩展和应用的多样化。
一、GPIO口通用输入输出口（General-purpose input/output, GPIO）是单片机中最常用的接口技术之一。
GPIO口可以通过编程进行配置和控制，可设置为输入或输出，可以读取外部信号状态或输出控制信号。
对于普通的外设，如按钮、开关等，可以通过GPIO口进行连接和控制。
二、串口串行口（Serial Port）是一种常见的接口技术，在单片机中通常用于与外部设备进行串行通信。
通过串口可以将数据一位一位地进行传输，通信速率相对较低，但占用的引脚数量较少，适用于长距离传输或与其他设备通信。
三、并行口并行口（Parallel Port）与串行口相反，可以同时传输多个数据位。
它的通信速率较高，但需要较多的引脚，适用于需要高速数据传输的场合。
四、SPI接口串行外设接口（Serial Peripheral Interface, SPI）是一种常用的同步串行通信接口。
通过SPI接口，单片机可以与各种外设如存储器、传感器、显示器等进行高速通信。
SPI接口通常由4根引线组成，包括时钟线、数据线、主从选择线和从机使能线。
五、I2C接口I2C（Inter-Integrated Circuit）接口是一种常见的串行通信接口，适用于多个设备之间的短距离通信。
通过I2C接口，单片机可以与多个设备进行连接，并通过地址选择不同的设备进行通信。
六、ADC/DAC接口模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter, DAC）接口用于将模拟信号和数字信号之间进行转换。
通过ADC接口，单片机可以将模拟信号转换为数字信号进行处理，而通过DAC接口，单片机可以将数字信号转换为模拟信号输出。
微机原理与接口技术并串行通信接口课件
；8251查询发送程序段
NEXT: MOV AL, [BX] OUT 50H, AL INC BX
WT: IN AL, 51H TEST AL, 01H JZ WT LOOP NEXT HLT
8251应用试验
【试验6】采用查询方式把26个大写英文字母从8251自发自 收, 并转换成小写字母显示。
8251旳引脚特征
◆发送器/接受器信号：
RxD ：串行数据输入。 TxD： 串行数据输出。 RxC：接受器时钟输入。
TxC：发送器时钟输入。
◆ MODEM信号：
DTR：数据终端准备好状态, 输出, 低电平有效。 DSR：数据准备好状态, 输入, 低电平有效。 RTS：祈求发送信号, 输出, 低电平有效。 CTS：允许传送信号, 输入, 低电平有效。
◆ 8251接受器旳主要部件
移位寄存器、同步字符寄存器（2个）、数据位计数 器、奇/偶校验位检测器等。
8251发送器工作过程
◆ 8251异步通信旳发送： 发送器把发送数据寄存器旳数据组织成一帧字符信息，从TxD端逐 位发送出去, 即先发送起始位（“0”）, 再逐位发送字符数据位, 并 根据编程设定在字符数据位后发送校验位和停止位。 若发送器没有字符帧信息发送, 则发送“1”空闲位。
D7~D0：双向、三态数据线。 CLK：时钟信号, 输入。 RESET：复位信号, 输入, 高电平有效。 CS：片选信号, 输入, 低电平有效。 C/D：控制/数据端口选择输入线。（A0） RD , WR：读, 写选通信号, 输入, 低电平有效。
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微机原理与应用实验报告6实验9串行通信技术实验10A模拟信号转换接口实验报告实验九串行通信技术一、实验目的1. 了解异步串行通信原理；2. 掌握MSP430异步串行通信模块及其编程方法；二、实验任务1. 了解MSP430G2553实验板USB转串口的通信功能，掌握串口助手的使用（1）利用PC机的串口助手程序控制串口，实现串口的自发自收功能为实现PC串口的自发自收功能，须现将实验板上的扩展板去下，并将单片机板上的BRXD和BTXD用杜邦线进行短接，连接图如下所示：由此可以实现PC串口的自收自发功能。
（2）思考题：异步串行通信接口的收/发双方是怎么建立起通信的首先在异步通信中，要求接收方和发送方具有相同的通信参数，即起始位、停止位、波特率等等。
在满足上面条件的情况下，发送方对于每一帧数据按照起始位数据位停止位的顺序进行发送，而接收方则一直处于接受状态，当检测到起始位低电平时，看是采集接下来发送方发送过来的数据，这样一帧数据（即一个字符）传送完毕，然后进行下一帧数据的接受。
这样两者之间就建立起了通信。
2. 查询方式控制单片机通过板载USB转串口与PC机实现串行通信（1）硬件连接图（2）C语言程序采用SMCLK=1.0MHz时，程序如下：其中SMCLK=1MHz，波特率采用的是9600，采用低频波特方式，则N=1000000/9600=104.1666…，故UCA0BR1=0，UCA0BR0=104，UCBRS=1；当采用外部晶振时，时钟采用默认设置即可，程序如下：也是采用了低频波特率方式，所以关于波特率设置的相关计算和上面是一样的。
（3）思考：如果在两个单片机之间进行串行通信，应该如何设计连线和编程？由于在上面的连线中将单片机上的P1.2和BRXD相连，P1.1和BTXD相连，所以若要在两个单片机之间进行通信，首先应该将两个单片机的P1.2和P1.1交叉相连，并根据上面的程序进行相同的关于端口和波特率相关的设置即可实现两个单片机之间的通信。
3. （提高）利用PC机RS232通信接口与单片机之间完成串行通信（1）硬件连接图在实验时，采用了将PC机的串口com1直接连接至MSP430F149的孔型D9连接器上，G2553单片机的输出引脚P1.1和P1.2分别与F149单片机上的URXD1和UTXD1相连接，连接图如下所示：（2）C语言程序当采用波特率9600bps、无校验、8位数据位、先低后高、一个停止位时，所采用的程序和任务2中相同，这里不再赘述。
当采用波特率38400bps、无校验、8位数据位、先低后高、一个停止位时，由于采用外部晶振已经不能够产生这样高的波特率，所以采用SMCK=1MHz的时钟，所采用的程序只需将任务二中关于时钟选择和时钟设置的相关部分进行修改即可，具体程序见下面所示：（3）思考题：设计单片机与PC机进行串行通信时，硬件设计有哪些需要注意的事项？首先最基本的是，单片机和PC机上所选择的通信协议应该是一致的，然后可以选择多种路径，其中包括USB，串口等。
另外需要注意的是要统一两者之间的逻辑电平，如果电平不同，则需要在中间加入电平转换电路。
4. （提高）中断方式控制串行通信的收发（1）硬件连接图由于只是将接收和发送改为了中断实现，其他功能并没有改变，所以这里的硬件连接图和任务2中的是相同的，这里不再重复。
（2）C语言程序#include "in430.h"unsigned int i,j,done,count;char string[32];void USCIA0_int();int main( void ){// Stop watchdog timer to prevent time out resetWDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;USCIA0_int();i=0;j=0;done=0;IE2|=UCA0RXIE;_EINT();while(1){if(done==1){IE2|=UCA0TXIE;}else{IE2&=~UCA0TXIE;}}}void USCIA0_int(){UCA0CTL1|=UCSWRST;P1SEL|=BIT1+BIT2;P1SEL2|=BIT1+BIT2; //端口设置UCA0CTL1|=UCSSEL_1+UCRXEIE; //时钟选择设置UCA0BR1=0;UCA0BR0=3; //波特率设置UCA0MCTL=UCBRS_3;UCA0CTL1&=~UCSWRST;}#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR//接收中断子程__interrupt void UCA0RX_ISR(){string[i]=UCA0RXBUF;if(string[i]=='@'){done=1;（3）思考题：发送中断的允许位是否可以一直处于打开（允许）状态？为什么？发送中断的允许位不能够一直处于打开状态，因为当发送缓冲器为空时，发送中断标志位就会被置位，向系统发出中断请求，从而转去执行发送中断子程。
而当无法送内容时和刚发送完内容后发送缓冲器都处于空的状态，若发送中断允许位一直打开，在没有接受完毕进入发送时就会不断地向系统发出中断请求，从而导致系统不能正常。
所以，发送中断允许为应该在接受完毕准备发送时打开，发送完毕后立即关闭。
三、实验中遇到的问题和解决办法1.在任务二中使用SMCLK完成通信时，最开始始终无法完成通信，后来发现是由于SMCLK 的时钟频率并不是刚好的1MHz，所以后来通过利用示波器测量实际的频率，重新计算产生波特率的相关的参数解决了问题；2.对于利用中断完成任务二的要求中，起初无法完成通信，后来发现是中断中由于在赋值完一次之后，先使i进行了加1，然后才判断对应的字符是否是‘@’，所以单片机一直没有发送到PC机上内容。
实验十模拟信号转换接口 一、实验目的1. 了解模/数转换的工作原理，掌握MSP430单片机内ADC10模/数转换模块的控制和应用。
二、实验任务1. 模/数转换器ADC10的编程控制（1）硬件连接图（2） 程序设计思路首先需要利用示波器测量单片机板上的Vcc 的大小，确定数/模转换公式中的参考电压的取值。
在编程时，由于测量的是稳恒电压，所以ADC 的一些设置采用默认值即可，通过几次采样得到的值进行平均减小误差，然后转换为模拟值，利用得到的结果跟2.2和2.8进行比较，然后通过比较结果控制L1灯的亮灭。
（3）C语言程序（4）思考题：如果模拟信号从P1.5输入，应该如何编程？若模拟信号从P1.5输入只需将允许管脚模拟输入和采样通道的选择进行修改即可，其他的不用改变。
并在硬件上使模拟信号从P1.5输入即可。
需要修改的指令如下所示：2.（提高）改用中断的方式实现任务1（1）硬件连接图硬件连接图任务一中相同，所以在这里不再给出。
（2）C语言程序#pragma vector=ADC10_VECTOR//中断子程__interrupt void ADC10_ISR(){buffer[i]=ADC10MEM;sum=sum+buffer[i];i++;if(i==4){vin=((sum/4)*3.5/1023);sum=0;i=0;}}3.（提高）制作数字电压表（1）硬件连接图（2）程序设计思路其中最基本的任务和上面两个任务中完成方式相同，在这里需要改进的就是将测得的电压值进行数码管显示，只需要利用之前实验中设计的数码管显示模块就可以了。
（3）C语言程序#include "io430.h"#include "in430.h"unsigned buffer[32];unsigned int i=0,sum;unsigned char NUM_tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; int vin;float vin1;void seg(int number);int main( void ){// Stop watchdog timer to prevent time out resetWDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;P1SEL&=~(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);P1SEL2&=~(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);P1DIR|=(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);P2SEL=0;P2SEL2=0;P2DIR=0xff;ADC10AE0|=BIT5; //允许A0管脚模拟输入(改为BIT5)ADC10CTL0&=~ENC; //禁止ADC10转换ADC10CTL1|=INCH_5; //采样通道为A0(改为INCH_5)ADC10CTL0|=ADC10ON+ENC; //给内核供电允许转换ADC10CTL0|=ADC10IE;_EINT();ADC10CTL0|=ADC10SC;sum=0;while(1){seg(vin);ADC10CTL0|=ADC10SC;}}#pragma vector=ADC10_VECTOR__interrupt void ADC10_ISR(){buffer[i]=ADC10MEM;sum=sum+buffer[i];i++;if(i==4){vin1=100*((sum/4)*3.4962/1023);vin=(int)vin1;sum=0;i=0;}}（4）测量结果分析下表中列出了利用得到的数字电压变测量的几个电压值和利用示波器测量得到的值的对比：从上面结果中可以看出，利用得到的数字电压表测量得到的电压值和实际值之间相差不超过0.03V，所以误差较小，即制作较为成功。
实验收获和总结1.在实验九中对于单片机的异步串行通信有了很深的了解，并通过编程成功实现了单片机和PC之间的简单通信，通过实验巩固了理论课上所学的知识；2.对于实验十模拟信号的转换我觉得是比较有意思的一部分，虽然编程并不是太难，但是通过这个实验我对于单片机中ADC10模/数转换模块的应用有了初步的了解。