串行通信接口详细
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。
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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。
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02
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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04
实现设备之间的数据交换和通 信。
简化电路设计，降低成本。
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用于规范串行数据通信的硬件和软件接口。
这些标准使得不同的设备能够以一致的方式进行数据传输和接收。
常见的串行数据通信接口标准包括RS-232、RS-485、RS-422、RS-423等。
RS-232是一种非常常见的串行通信接口标准，被广泛用于连接计算机和其他设备。
它使用9个引脚，其中包括5个用于数据传输，4个用于控制信号。
RS-232接口可以实现点对点的通信，但传输距离较短，通常在15米以内。
RS-485和RS-422接口标准是RS-232的改进版，它们使用差分信号传输方式，因此具有更远的传输距离和更好的抗干扰能力。
RS-485通常用于多点通信，可以实现多个设备之间的连接。
而RS-422则适用于一对一的通信。
RS-423接口标准与RS-422类似，但使用不同的电平标准。
它也适用于一对一的通信，但具有更高的数据传输速率。
这些串行数据通信接口标准都有各自的特点和适用范围，因此在选择使用哪种接口标准时，需要根据实际需求进行考虑。
串行通信接口SCI
串行通信分为同步通信和异步通信。
串行通信接口都具有发送引脚TXD和接收引脚RXD，它们是TTL平电。
如果要利用这两个引脚与外界实行异步通信，必须将TTL电平转化为RS-232电平。
SCI是一种全双工异步串行通信接口，主要用于MCU与其他计算机或设备之间的通信，几个独立的MCU也能通过SCI实现串行通信，形成网络。
从编程角度看，先设定好波特率，通信格式，是否校验，是否允许中断等。
接着发送数据时，先检查相应的标志位是否允许发送数据，如果可以，则把数据放入SCI数据寄存器即可，剩下的工作芯片自动完成：将数据从SCI数据寄存器送到发送移位寄存器，硬件驱动将发送移位寄存器里的数据按规定发送到发送引脚TXD，供对方接收。
接收时，数据逐位从接收引脚RXD进入到接收移位寄存器，当收到一个完整字节时，芯片会自动将数据送到SCI数据寄存器，并置相应的标志位，我们就可以根据标志位的情况来读取数据了。
SCIBDH:TNP[1:0]：发送窄脉冲位。
此位的设定与SCI传送的脉冲对应关系如下表：SCIBDL:SBR[12:0]：波特率设定位当IREN=0时，SCI波特率=SCI总线时钟/（16*SBR[12:0]）当IREN=1时，SCI波特率=SCI总线时钟/（32*SBR[12:1]）SCICR1:控制寄存器1（当AMAP=0时有效）LOOPS：循环模式选择位。
LOOPS=0时，为正常模式。
LOOPS=1时，为自发自收模式，在此模式下，RXD引脚与SCI内部断开，内部发送数据直接作为接收的输入，用于测试。
接收器的输入由RSRC位决定。
SCISWAI：当SCISWAI=0时，SCI可以在等待模式下工作。
当SCISWAI=1时，SCI 不可以在等待模式下工作。
RSRC：当LOOPS=1时，RSRC位决定接收移位寄存器接收数据的来源。
RSRC=1，RXD引脚与SCI模块断开，SCI用TXD引脚来发送及接收。
RSRC=0时，发送器的输出作为接收器的输入。
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。
RS485串行通信接口汇总
3.1 RS485接口标准
• RS-232C虽然使用很广，但由于推出时间比较早，所以 在现代通信网络中已暴露出明显的缺点，主要表现在：
• （1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片， 又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与 TTL电路连接。
• 在图(b)中，有两对4根信号线A、B和Y、Z，其 中A、B专用作接收器输入，A为同相、B为反相； 而Y、Z专用作发送器输出，Y为同相、Z为反相， 所以构成了全双工通信。
2. RS485收发器与应用电路
• 在许多工业过程控制中，往往要求用最少 的信号线来完成通信任务。目前广泛应用 的RS-485串行接口总线就是为适应这种需 要应运而生的。它实际就是RS-422总线的 变型，二者不同之处在于：RS-422为全双 工，采用两对差分平衡信号线；而RS-485 为半双工，只需一对平衡差分信号线。
• 图2-25为以PC机作主机，n个单片智能设备 为从机、工作于主从方式的RS-485总线网络的结 构图。利用PC机配置的RS-232C串行端口，外配 一个RS-232C/RS-485转换器，可将RS-232C信号 转换为RS-485信号。每个从机通过MAX487E芯 片构建RS-485通信接口，就可挂接在RS-485总线 网络上，总线端点处并接的两个120Ω电阻用于消 除两线间的干扰。RS-485总线网络传输距离最远 可达1200m（速率20 kb/s）、传输速率最高可达 2Mb/s（距离12 m）。至于在网络上最多允许挂 接多少个从机，这主要取决于232/485转换器的驱 动能力与485接口芯片的输入阻抗与驱动能力，如
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
Serial接口详解
Serial接口详解Serial接口是一种用于在计算机和其他设备之间传输数据的通信接口，该接口通常被用于串行通信。
本文将详细介绍Serial接口的工作原理和使用方法。
1. 基本概念1.1 串行通信串行通信是一种逐位地传输数据的方式。
与并行通信相比，串行通信只使用一个传输线路来传送数据，这使得串行通信在连接距离较远的设备之间具有更好的灵活性和可扩展性。
1.2 Serial接口Serial接口是一种用于串行通信的硬件和软件接口。
它将计算机或控制器与设备之间的数据传输进行协调和管理。
2. 工作原理2.1 传输方式Serial接口通过逐位地传输数据来进行通信。
数据以比特（bit）的形式通过传输线路传输。
串行通信是一个双向的过程，即数据可以在两个方向上进行传输。
2.2 传输速率Serial接口的传输速率以波特率（baud rate）来度量。
波特率表示每秒钟传输的比特数。
波特率越高，数据传输速度越快。
2.3 数据帧数据帧是Serial接口传输的数据单元。
它包含了数据位、起始位、停止位和可能的校验位。
起始位和停止位用于标识数据的起始和结束，而校验位用于验证数据的完整性。
3. 使用方法3.1 连接设备使用Serial接口进行通信时，首先需要将计算机或控制器与目标设备进行连接。
这通常涉及使用串行线缆将两个设备的串行端口相连。
3.2 配置通信参数在进行Serial通信之前，需要配置一些通信参数，如波特率、数据位、停止位和校验位等。
这些参数需要与目标设备的配置相匹配，才能实现有效的通信。
3.3 通信协议使用Serial接口进行通信时，需要定义一套通信协议。
通信协议包括发送和接收数据的格式、数据帧的结构以及错误处理等内容。
4. 总结通过本文，我们详细了解了Serial接口的工作原理和使用方法。
Serial接口是一种常用的通信接口，它通过串行通信的方式实现数据传输。
熟悉Serial接口的原理和使用方法，有助于我们在实际应用中正确地配置和操作Serial接口，实现可靠的数据传输。
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2 发送时钟与接受时钟 发送端与接受端要用时钟来决定每一位对应的时间长 度。
3 波特因子 发送时钟与接受时钟可以是标准波特率的16倍，32 倍或64倍，这个倍数就称为波特因子。
串行通信接口详细
（七）串行接口标准
一、EIA-RS-232接口标准
由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程 传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。 在串 行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设 备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在 1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解 调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的 标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备 DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准”.该标准规定采 用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号 内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。适合的数传 率：0～20Kbps。 串行通信接口详细
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
串行通信接口详细
异步通信信息格式
串行通信接口详细
同步 信息
同步 信息
数 数…数 校 校 据1 据2 … 据n 验1 验2
同步通信信息格式
串行通信接口详细
（六）串行通讯的几个基本概念 1. 波特率：
并行通信中，传输速率是以每秒多少字节来表示的， 串行通信中，是用每秒钟传送的位数（Bit /s)即波特率来表示。 因此： 1波特=1 bit/s （位/秒） 常用的标准波特率：110，300，1K（1000），1.2K （1200），2.4K（2400），4.8K（4800），9.6K（9600）， 19.2K（19200），56K（56000）
1.电气特性 RS-232对电气特性，逻辑电平和各种信 号线的功能都作了规定。 逻辑“1”= -3V～-15V “0”= +3V～+15V 与TTL逻辑电平不一样，可用TTL/EIA电 平转换器进行，如MC1488，MC1489。
串行通信接口详细
+15V +15V
TTL
EIA电平
MC1488
RS-232
+15V
TTL MC1489
采用EIA电平比TTL电平具有更强的抗干扰性能。 2.机械特性 1）连接器（Connector）
常用二种： ①DB-25型，25脚，只用9个信号,如下图所示。
串行通信接口详细
13
25
11
22
9
DCD 8
20
GND 7
DSR 6
18
CTS 5
RTS 4
RXD
3 2
TXD
14
数字信号
10 10 10 10
计算机
MODEM
模拟信号 1010
数字信号
MODEM
CRT
图3 调制电话线
串行通信接口详细
（四）信息的检错与纠错 串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误 码是难免的，这直
接影响通信系统的可靠性，对通信中的检/纠错能力是衡是 一个通信系统的重要内容。
检错：如何发现传输中的错误，称为检错。 纠错：如何消除错误，称为纠错 在基本通信规程中：一般采用奇偶校验或方阵码检错，
使用同一根传输线，既可发送数据又可接收数据，但不能同时
收发数据，这样的传送方式就是半双工（Half Duplex）制，如
图2所示。器
接收器
图2 半双工方式示意图
特点：①每端需有一个收/发切换电子开关 ②因有切换，会产生时间延迟
应用：打印机串口，单向传送设备，发送器→接收器
串行通信接口详细
串行通信中，数据通常是在二个站（点对点）之间进行传 送，按照数据流的方向可分成三种传送模式: 单工、半双 工、全双工。
串行通信接口详细
1.单工
使用一根传输线，只能发送数据或接收数据，这样的传送方式 就是单工，如图所示。
A站 接收器
B站 发送器
单工方式示意图
串行通信接口详细
2.半双工（Half Duplex）
1 DB-25型连接器
②DB-9型 9针，9针全用， 如下图。
DCD 1
RXD TXD DTR GND
2 3 4 5
6 DSR
7 8 9
RTS CTS RI
DB-9型连接器
DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收 RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫
串行通信接口详细
2.电缆长度 RS-232直接连接的最大物理距离15M，通信速率<20Kbps。
3.全双工(Full Duplex）
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
串行通信接口详细
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。
因此需要对二进制信号进行调制，以适合在电话网上传输 相应的音频信号，在接收时，需要进行解调，还原成数字信号。
§6.1 串行通信与串行接口
一、 串行通信的基本概念 （一）串行通信的特点有三：
在一根传输线上即传数据信息，又传联络控制信息。 信息格式有固定要求，分异步格式和同步格式。 串行通信中对信息的逻辑定义可能与TTL不兼容， 因此需要进行逻辑电平转换（用MC1488和 MC1489完成）
串行通信接口详细
（二）串行数据传送方向（按信道分类）
以反馈重发方式纠错。 在高级通信控制规程中：一般采用循环冗余码（CRC）检错，
以自动纠错方法来纠错。
串行通信接口详细
（五）同步方式和异步方式（按数据的传输格式分类） 串行通信可以分为两种方式 同步方式（按照同步信息格式） 异步方式（按照异步通行方式） 采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，每组信 息的开始和结束要加上同步字符。 采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的， 所以每个字符的前后都要用一些规定数位来作为分隔符。 由于同步方式下非数据信息比例小，所以在相同的传输 速率下，同步通信方式比异步通信方式快。