串行通信原理与应用
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
双机之间的串行通信设计
双机之间的串行通信设计随着计算机技术的快速发展，双机之间的串行通信变得越来越重要。
无论是在数据传输、系统控制还是协同处理方面，双机之间的串行通信都扮演着关键角色。
本文将探讨双机之间的串行通信设计，包括串行通信的原理、串行通信的应用、串行通信的优势以及设计双机之间串行通信的步骤。
一、串行通信的原理串行通信是一种逐位传输数据的通信方式。
在双机之间的串行通信中，一台机器将数据一位一位地发送给另一台机器，接收方接收到数据后将其重新组装为完整的信息。
串行通信常用的协议有RS-232、RS-485、SPI等。
二、串行通信的应用1.数据传输：双机之间通过串行通信传输大量数据，例如在两台计算机之间传输文件、传输实时音视频数据等。
2.系统控制：双机之间通过串行通信进行系统控制，例如一个机器向另一个机器发送指令，控制其执行特定的任务。
3.协同处理：双机之间通过串行通信进行协同处理，例如在分布式系统中，各个节点之间通过串行通信共同完成复杂的任务。
三、串行通信的优势相比于并行通信，双机之间的串行通信具有以下几个优势：1.传输距离更远：串行通信可以在较长的距离上进行数据传输，而并行通信受到信号干扰和传输线损耗的限制。
2.更少的传输线：串行通信只需要一条传输线，而并行通信需要多条传输线。
3.更快的速度：串行通信在同等条件下具有更快的传输速度，因为每一位数据传输所需的时间更短。
4.更可靠的传输：串行通信可以通过校验位等方式来保证数据传输的可靠性。
四、设计双机之间串行通信的步骤设计双机之间的串行通信需要经过以下几个步骤：1.确定通信协议：首先需要确定双机之间的通信协议，例如RS-232、RS-485等。
不同的通信协议有着不同的特点和适用范围，需要根据具体的应用需求进行选择。
2.确定物理连接方式：根据通信协议的选择，确定双机之间的物理连接方式，例如使用串口线连接、使用网络连接等。
3.确定数据传输格式：确定数据传输的格式，包括数据的编码方式、数据的起始位和停止位等。
串行通信的工作原理
串行通信的工作原理串行通信是一种在计算机或其他电子设备之间传输数据的方式，其工作原理是通过逐位地传输数据，从而实现数据的传输和通信。
串行通信与并行通信相比，具有传输速度较慢但传输距离较远、传输线数量较少的优势。
在串行通信中，数据以位的形式传输，即每次只传输一个位。
数据通过串行通信线路一个接一个地传输，按照一定的协议和规则进行传输。
串行通信的工作原理主要包括以下几个方面：1. 数据传输方式：串行通信通过一个传输线路逐位地传输数据，通常是通过串行通信线路传输数据。
数据在传输线路上传输时，会经过编码和调制处理，以确保数据传输的可靠性和准确性。
2. 数据传输速率：串行通信的数据传输速率通常以波特率（Baud rate）来衡量，波特率表示每秒传输的波特数，也可以理解为每秒传输的符号数。
波特率越高，数据传输速度越快。
3. 数据帧结构：在串行通信中，数据通常以数据帧的形式传输。
数据帧包括数据字段、校验字段、控制字段等，用于确保数据传输的正确性和完整性。
4. 数据传输协议：串行通信通常使用一定的数据传输协议，如UART（通用异步收发传输）协议、SPI（串行外设接口）协议、I2C（Inter-Integrated Circuit）协议等。
这些协议定义了数据传输的格式、时序、校验等规则，用于确保数据的可靠传输。
5. 数据传输方式：串行通信可以采用同步传输方式和异步传输方式。
同步传输方式需要发送方和接收方之间保持时钟同步，数据按照时钟信号进行传输；而异步传输方式则不需要时钟信号，数据的传输是根据数据帧的起始和停止位进行的。
总的来说，串行通信的工作原理是通过逐位传输数据，通过数据传输线路、数据传输方式、数据帧结构、数据传输协议等多个方面的配合，实现数据的传输和通信。
串行通信在计算机、通信、工业控制等领域广泛应用，是现代电子设备数据传输的重要方式。
(单片机原理及应用)第8章AT89C51串行通信及其应用
目录
• at89c51简介 • at89c51串行通信原理 • at89c51串行通信应用实例 • at89c51串行通信编程 • at89c51串行通信常见问题及解决方案
01 at89c51简介
at89c51单片机简介
at89c51是一种基于CMOS技术 的8位微控制器，由Atmel公司
解决方案
针对信号干扰问题，可以采取增加信 号线屏蔽、优化电源滤波等措施；针 对通信协议不匹配问题，需要统一发 送和接收设备的通信协议；针对数据 校验不通过问题，可以在数据传输过 程中加入校验码，并在接收端进行校 验。
串行通信接口电路设计问题
总结词
接口电路设计不合理可能导致串行通信性能下降或通信失败。
波特率设置
波特率是数据传输的速率， 需要根据实际情况进行合理 设置，以保证数据传输的稳
定性和正确性。
数据校验
为了防止数据传输过程中出 现错误，需要进行数据校验 ，常用的校验方法有奇偶校
验和CRC校验等。
硬件流控制
当数据传输速率较高时，可 以采用硬件流控制来保证数 据传输的稳定性，常用的硬 件流控制方式有RTS/CTS流 控制和XON/XOFF流控制。
串行通信的基本概念
串行通信是一种数据传输方式，数据在单条线路上按顺序一位一位 地传输，具有线路简单、成本低等优点。
at89c51的串行通信接口
at89c51单片机内置一个全双工的串行通信接口，可以同时进行数 据的发送和接收。
串行通信协议
包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等，用于规定数据的传 输格式和顺序。
一个6向量两级中断结构。
片内振荡器和时钟电路。
串口通信原理及操作流程
串口通信原理及操作流程串口通信是计算机与外部设备之间进行数据传输的一种通信方式。
串口通信有很多应用领域，比如打印机、调制解调器、传感器、嵌入式系统等等。
本文将介绍串口通信的原理及操作流程。
一、串口通信原理串口通信是通过串行传输来传送数据的。
串行传输是指将数据位按序列发送，每个数据位连续的传输。
串口通信涉及两个主要部分，即发送端和接收端。
发送端将原始数据转换为串行数据流进行发送，接收端则接受数据流并将其转换为原始数据。
串口通信需要两根线缆来进行传输，分别是数据线和控制线。
数据线用于传输数据位，而控制线用于传输控制信号。
串口通信使用的数据传输格式通常是异步串行传输。
异步传输是指数据位之间没有时间关系，每个数据位之间通过起始位和停止位来进行区分。
起始位用于表示数据传输的开始，而停止位则表示数据传输的结束。
此外，数据位的长度和奇偶校验位的设置也是串口通信中需要注意的参数。
二、串口通信操作流程串口通信的操作流程可以分为以下几步：1.打开串口用户需要先打开串口才能进行通信。
打开串口的过程可能需要设置串口的参数，比如波特率、数据位长度、奇偶校验位等等。
2.发送数据一旦串口打开，用户可以通过向串口写入数据来进行发送。
数据可以是任何形式的，比如字符串、二进制数据等等。
3.接收数据接收数据的过程与发送数据的过程相反，用户可以从串口读取数据。
读取到的数据可以进一步处理或者显示。
4.关闭串口通信结束后，用户需要关闭串口以释放相关资源。
以上是串口通信的基本操作流程。
在实际应用中，可能还需要进行更多的操作，比如设置超时时间、错误处理等等。
三、串口通信的注意事项在进行串口通信时1.波特率的设置需要与外部设备保持一致，否则可能无法正常通信。
2.数据位长度、奇偶校验位以及停止位的设置也需要与外部设备保持一致。
3.在进行数据传输之前，最好先进行握手协议以确保通信的可靠性。
4.在进行数据传输时，需要保证发送端和接收端的数据格式是一致的，否则可能会引发数据解析错误。
I2C的原理与应用
I2C的原理与应用I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，由飞利浦公司于1980年代开发，用于在数字电子系统中连接各个芯片。
它主要使用两根线进行通信，即SDA（Serial Data Line，串行数据线）和SCL （Serial Clock Line，串行时钟线），同时支持多主机和多从机的通信方式。
I2C协议被广泛应用于各种数字设备的互连，包括传感器、存储器、协处理器等。
I2C的通信原理如下：1.总线结构：I2C总线包含一个主机和多个从机。
主机负责控制总线，并发起数据传输请求；从机等待主机发送命令，并根据命令执行相应操作。
2.时序：I2C总线上的通信需要依靠时钟信号进行同步。
主机通过时钟信号SCL驱动数据传输。
数据线SDA上的数据在时钟信号的上升沿或下降沿进行采样和发送。
3.起始和停止位置：数据传输始于主机发送一个起始信号，结束于主机发送一个停止信号。
起始信号通知所有从机总线上的数据传输即将开始；停止信号表示数据传输已经结束。
4.地址与数据传输：在起始信号之后，主机发送一个地址帧给从机。
地址帧的最高位表示读写操作，从机通过地址帧判断自身是否为数据传输的对象，并相应地进行操作。
主机可以在同一个传输过程中多次发送数据，并且可以从一个从机读取多个字节的数据。
I2C的应用广泛，以下是一些常见的应用领域：1.传感器：I2C通信协议在许多传感器和芯片中得到应用，例如加速度计、陀螺仪、温度传感器和压力传感器等。
这些传感器通过I2C协议与主处理器进行通信，并将采集到的数据传输到主处理器进行处理。
2. 存储器：I2C接口也广泛应用于存储器设备，如EEPROM （Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）和FRAM （Ferroelectric Random Access Memory）。
这些存储器设备可以通过I2C总线进行读写操作，从而存储和检索数据。
数电实验报告串行(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解串行通信的基本原理和方式。
2. 掌握串行通信接口电路的设计与调试方法。
3. 熟悉串行通信在实际应用中的使用。
二、实验原理串行通信是一种数据传输方式，它将数据一位一位地顺序传送，每位的持续时间远远大于数据信号的持续时间。
与并行通信相比，串行通信具有传输距离远、抗干扰能力强、成本低等优点。
串行通信方式主要有两种：同步串行通信和异步串行通信。
同步串行通信使用统一的时钟信号来同步发送和接收设备，而异步串行通信则使用起始位和停止位来同步。
三、实验器材1. 实验箱2. 串行通信模块3. 信号发生器4. 示波器5. 计算器四、实验步骤1. 连接电路根据实验要求，将串行通信模块、信号发生器、示波器等设备正确连接到实验箱上。
2. 设置参数根据实验要求，设置串行通信模块的波特率、数据位、停止位和校验位等参数。
3. 发送数据使用信号发生器生成要发送的数据信号，通过串行通信模块发送出去。
4. 接收数据通过示波器观察接收到的数据信号，分析其波形和参数。
5. 调试与优化根据观察到的波形和参数，对串行通信模块进行调试和优化，确保数据传输的准确性和可靠性。
五、实验结果与分析1. 发送数据波形观察到发送的数据信号波形符合要求，波特率、数据位、停止位和校验位等参数设置正确。
2. 接收数据波形观察到接收到的数据信号波形与发送端一致，说明数据传输过程中没有发生错误。
3. 调试与优化通过调整串行通信模块的参数，提高了数据传输的稳定性和抗干扰能力。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了串行通信的基本原理和方式。
2. 熟悉了串行通信接口电路的设计与调试方法。
3. 了解了串行通信在实际应用中的重要性。
七、实验心得1. 串行通信在实际应用中具有广泛的应用前景，如工业控制、远程通信等。
2. 在设计和调试串行通信接口电路时，要充分考虑抗干扰能力和数据传输的稳定性。
3. 要熟练掌握串行通信模块的参数设置，以确保数据传输的准确性。
第10章串行通信的工作原理与应用
10.2.1 方式0
1．方式0输出 方式0的发送时序见图10-5。
图10-5 方式0发送时序
10.2.1 方式0
1．方式0输出
（2）方式0输出的应用案例 典型应用是串口外接串行输入/并行输出的同步移位寄 存器74LS164，实现并行端口的扩展。 图10-6为串口方式0，通过74LS164输出控制8个外接 LED发光二极管亮灭的接口电路。当串口设置在方式0输出 时，串行数据由RXD端（P3.0）送出，移位脉冲由TXD端 （P3.1）送出。在移位脉冲的作用下，串行口发送缓冲器的 数据逐位地从RXD端串行地移入74LS164中。
10.1.5 特殊功能寄存器PCON
例如，方式1的波特率计算公式为
当SMOD=1时，比SMOD=0时波特率加倍，所以也称 SMOD位为波特率倍增位。
10.1 串行口结构
10.2 串行口的4种工作方式
CONTENTS
目
10.3 波特率的制定方法
录
10.4 串行口应用设计案例
10.2.1 方式0
方式0为同步移位寄存器输入/输出方式。该方式并不用 于两个AT89S51单片机间的异步串行通信，而是用于外接移 位寄存器，用来扩展并行I/O口。
if(nSendByte==0)
nSendByte=1;
//点亮数据是否左移8次？是，重新送点亮数据
SBUF=nSendByte; }
// 向74LS164串行发送点亮数据
TI=0;
RI=0;
}
10.2.1 方式0
1．方式0输出
程序说明：
01 程序中定义了全局变量nSendByte，以便在中断服务程
第10章
串行口的工作原理及应用
单片机原理及接口技术（C51编程）（第2版）
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例题2 例题2
电路图如上图 用超级终端软件通过PC的COM1向PIC发 用超级终端软件通过PC的COM1向PIC发 送一个字符(由键盘输入),MCU收到后把 送一个字符(由键盘输入),MCU收到后把 此字符加一后回传给PC。 此字符加一后回传给PC。 要求波特率为9600bps， 要求波特率为9600bps，8位数据位，无 奇偶校验位，一位停止位，无数据流控， 请编程实现。
常用SPBPG的值：当主频是4Mhz时， 速度希望采用9600bps进行异步通信 则SPBRG=25，BRGH＝1，SYNC＝0
串行通信格式图
相关寄存器有两个： TXSTA： 发送控制寄存器 RCSTA：接收控制寄存器
TXSTA(98H): TXSTA(98H):发送控制寄存器
7 0
6 5 4 3 2 1 0
MAX232 电平转换器
＋12V/-12V +5V/0V
RX TX
+12V 代表 1 －12V 代表 0
＋5V 代表 1 0V 代表 0
寄存器设置
RXSTA<SPEN>:1
b7
b6
b5
b4
B3
b2
b1
b0
SPEN RX9 SREN CREN ADDEN FERR OERR RX9D
PORTC<6>:TXD Transmitter PORTC<7>:RXD RR1的RXIF位＝＝1 的 位＝＝
TXREG=RCREG＋1; ＋
程序源代码
MAIN() { 串口使能, RCSTA=0b10010000; // 串口使能,接收使能 // 9600bps@4MHz SPBRG=25; //发送使能 发送使能， TXSTA=0b00100100; //发送使能，高波特率 //死循环，循环发送 //死循环 死循环， while(1) { //接收完毕吗 接收完毕吗？ if((PIR1&0b00100000)!=0) //接收完毕吗？ { //把收到的字符 把收到的字符＋ TXREG=RCREG+1; //把收到的字符＋1后发送 } } }
价格 贵 廉价
距离 短 远
如何并行通信（有时间再讲） 如何并行通信（有时间再讲）
DB0DB0-DB7 WR RD CS ALE信号等 ALE信号等 举例：内存的写数据过程（两部分）。 通过时序图让学生明白
Phase 1 Phase 2
CLK ALE WR A[15:0] D[7:0] Address
TX9 TXEN SYNC 0 BRGH 0 TX9D 功能： 功能： 控制UART UART发送数据的格式 控制UART发送数据的格式
TXSTA(98H): TXSTA(98H):发送控制寄存器
9位发送使能 发送使能 同步模式使能
7 0
6
5
4
3 2
1 0
TX9 TXEN SYNC 0 BRGH 0 TX9D
例题1 例题1
电路图如上图 通过PIC16F877 PC的COM1不停的 通过PIC16F877向PC的COM1不停的 PIC16F877向 发送字符’ 发送字符’A’,要求波特率为 9600bps 8位数据位，无奇偶校验位，一位停 止位，无数据流控，请编程实现。
流程图 初始化串行口 TXREG ‘A’
无用位，清0 无用位， 高波特率使能 发送位第9 发送位第9位
TXSTA(98H): TXSTA(98H):发送控制寄存器
7
CSRC
bit6 bit5 bit4 3 bit2 TX9 TXEN SYNC - BRGH
bit1 TRMT
bit0
TX9D
思考题：我想让 模块采用8 思考题：我想让PIC的USART模块采用 的 模块采用 位数据位发送数据 异步方式， 发送数据， 位数据位发送数据，异步方式，高速状 请问TXSTA该设定何值？ 该设定何值？ 态，请问 该设定何值
Data
如何串行通信 就用极少的数据线就能实现数据 就用极少的数据线就能实现数据 通信，那么是如何实现的呢？ 桢的概念：起始位，数据位，速 率(波特率)，应答位或停止位。 波特率)
串行通信桢格式
常见的串行通信协议
名称 特点
USART
USB
快， 可靠
2C I
CAN
复杂， 可靠
用途 特点
PC与MCU PC与MCU MCU之间 MCU之间 PC与 PC与 MCU之间 MCU之间
如何判断发送成功？ 如何判断发送成功？
对于发送而言，当一个字节发送完毕后 PIR1的TXIF标志位会被自动置1 PIR1的TXIF标志位会被自动置1，通过 判断此位就可得知数据发送是否完毕， 判断此位就可得知数据发送是否完毕， 当TXREG被赋值后，TXIF自动被清空。 TXREG被赋值后，TXIF自动被清空。 思考题：如何用程序判断是否发送成功？ if((PIR1&0b00010000)!=0) 3 2 1 7 6 5 { // TXIF=1，本次发送成功 TXIF=1， 4 PIR1: TXIF // 发下一个数据或结束发送 }
TXSTA=0b00100100;
RCSTA： RCSTA：接收控制寄存器
bit7 SPEN 6 RX9 5 SREN bit1 OERR 4 CREN bit0 RX9D
3 bit2 ADDEN FERR
功能： 功能： 控制UART UART接收数据的格式和状态 控制UART接收数据的格式和状态
RCSTA： RCSTA：接收控制寄存器
串口使能 9位使能 连续接收使能
bit7 6 SPEN RX9
5 0
4 CREN
3 0
bit2 FERR
bit1 OERR
bit0 RX9D
思考题：我想让PIC的USART模块在 接收的第9 桢格式错 溢出错 接收的第9位 异步方式下采用8位数据位接收数据， 请问RCSTA该设定何值？
发送缓冲寄存器 SPEN
（教材89页）图3-9 USART异步传送模式结构原理及时序图
串行通信时必须要考虑的问题 硬件如何连接？ 传输速度是多少？ 通信格式是什么样的？ 要发送或接收的数据放在哪里？ 如何判断发送或接收完毕？
MCU通过 MCU通过UART与PC连接图 通过UART与PC连接图
PC
0
如何判断接收完毕？ 如何判断接收完毕？
对于接收而言，当接收到一个字节后 PIR1的RCIF标志位会置 ，通过判断此 PIR1的RCIF标志位会置1，通过判断此 位可得知是否收到一个数据，当RCREG 位可得知是否收到一个数据，当RCREG 被读取后，RCIF自动被清空。 被读取后，RCIF自动被清空。 思考题：如何用程序判断是否接收完毕？ if((PIR1&0b00100000)!=0)1 0 4 3 2 7 6 5 { // RCIF=1,说明收到一个数据 PIR1: RCIF=1,说明收到一个数据 RCIF // 把收到的数据读走。 把收到的数据读走。 }
FALSE
PIR1的TXIF位＝＝1 的 位＝＝
TRUE
TXREG ‘A’
程序源代码
MAIN() { 串口使能, RCSTA=0b10010000; // 串口使能,接收使能 // 9600bps@4MHz SPBRG=25; //发送使能 发送使能， TXSTA=0b00100100; //发送使能，高波特率 //发送字符‘A’ //发送字符 发送字符‘ TXREG=‘ TXREG=‘A’; //死循环，循环发送 //死循环 死循环， while(1) { //发送完毕吗 发送完毕吗？ if((PIR1&0b00010000)!=0) //发送完毕吗？ { //再发送一个字符‘A’ //再发送一个字符 再发送一个字符‘ TXREG=‘ TXREG=‘A’; } } }
串行通信原理及应用
什么是通信 两个设备之间交换数据 的过程我们称之为通信
A
单工 双工
B
通信的方式 从同时传输的数据位数来分为： 1、并行通信(Parrel) 、并行通信(Parrel) 2、串行通信(Serial) 、串行通信(Serial)
串并行方式各自特点
速度 并 行 串 行 相对快 相对慢
作业
PIC16F877的主频为4Mhz，通过 PIC16F877的主频为4Mhz，通过 MAX232与PC的COM1正确相连，编 MAX232与PC的COM1正确相连，编 程实现PC通过超级终端发给MCU一 程实现PC通过超级终端发给MCU一 个字符串（以\ 结尾），MCU收到此 个字符串（以\r结尾），MCU收到此 字符串把此串长度反馈给PC，而后 字符串把此串长度反馈给PC，而后 循环此过程，通信方式为：波特率 9600bps， 9600bps，8位数据位，奇偶校验位 无，1 无，1位停止位，数据流控制为无。
考虑传输速率问题
可能出现设备之间的主频不同的情 况，为了解决这个问题，两个设备 之间必须协商通信速率。 对于UART而言，传输速率是两个设 对于UART而言，传输速率是两个设 备之间预先协商好的，通过设置相 应寄存器来实现。
传输速率相关寄存器及标志位
波特率发生寄存器：SPBPG（99H） 波特率发生寄存器：SPBPG（99H） 高波特率标志位：BRGH@TXSTA<2> 高波特率标志位：BRGH@TXSTA<2> 同步收发标志位：SYNC@TXSTA<4> 同步收发标志位：SYNC@TXSTA<4>
简单
简单
USART特点 USART特点
支持同步串行通信和异步串行通信 支持全双工 桢格式可编程
串行输出原理
串行输入原理
PIC的USART结构 PIC的USART结构
接收 RCIF 8 8 接收缓冲寄存器 SPEN 1 接收移位寄存器 0 1 停 止 位 1 发送移位寄存器 0 停 止 位 波特率发生器 1 0 TXEN 波特率发生器 起 起 始 始 位 位 1 起始位 0 数据 停止位 1 TXIF 发送