串口通信基础知识
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。
串口自定义通信协议程序
串口自定义通信协议程序【原创实用版】目录一、串口通信协议的基础知识二、自定义串口通信协议的实现方法三、温度采集器与上位机串口通信协议的设计实例四、自定义串口通信协议的应用优势与局限性正文一、串口通信协议的基础知识串口通信协议是一种基于串行通信的数据传输方式。
与并行通信相比，串口通信协议具有线路简单、成本低的优点。
在电子设备之间进行数据传输时，常常使用串口通信协议。
在串口通信中，数据是逐个比特按顺序进行传输的。
发送方将数据字符从并行转换为串行，按位发送给接收方。
接收方收到串行数据后，再将其转换为并行数据。
这种通信方式在仅使用一根信号线的情况下完成数据传输，具有线路简单、成本低的优点。
但是，由于串口通信是按位进行的，因此传输速度较慢，且容易受到噪声干扰。
二、自定义串口通信协议的实现方法自定义串口通信协议的实现方法主要包括以下几个步骤：1.选择合适的硬件层通信协议。
常见的硬件层通信协议有 RS-232、RS-485 等。
选择合适的通信协议需要考虑通信距离、通信速率、抗干扰能力等因素。
2.设计数据帧格式。
数据帧格式包括起始符、地址符、数据长度、数据内容、校验和、结束符等。
起始符用于指示数据帧的开始，地址符用于指示数据帧的地址，数据长度用于指示数据帧的数据内容长度，数据内容用于存储实际的数据信息，校验和用于检验数据传输的正确性，结束符用于指示数据帧的结束。
3.编写下位机程序。
下位机程序主要负责发送和接收数据，实现硬件层通信协议。
在编写下位机程序时，需要考虑数据帧的组装、发送、接收、解析等方面。
4.编写上位机程序。
上位机程序主要负责与下位机进行通信，实现数据采集、控制等功能。
在编写上位机程序时，需要考虑数据帧的解析、数据处理、控制指令的发送等方面。
三、温度采集器与上位机串口通信协议的设计实例假设我们需要设计一个温度采集器与上位机之间的串口通信协议，用于实现温度采集数据上传和上位机控制每路温度测量通道的开启功能。
串口读写程序
串口读写程序一、概述串口是一种广泛应用于嵌入式系统中的通信方式，其具有简单、可靠、稳定等特点。
串口读写程序是指通过编程实现对串口进行数据的读写操作，从而实现与外部设备的通信。
二、串口基础知识1. 串口通信原理串口通信是通过将数据转换成电信号在串行线路上传输，接收方再将电信号转换为原始数据进行处理。
在传输过程中，需要设置一些参数来确保数据传输的正确性和稳定性。
2. 串口参数设置常见的串口参数设置包括波特率、数据位、停止位和校验位等。
波特率指每秒钟传输的比特数，数据位指每个字符所占用的比特数，停止位指每个字符结束时发送一个停止位以示结束，校验位则用于检测传输过程中出现的错误。
3. 串口读写操作在进行串口读写操作时，需要先打开对应的串口，并设置好相应的参数。
然后可以通过调用相应的函数实现数据的读取和发送。
三、Windows平台下C++实现串口读写程序1. 准备工作首先需要安装一个支持串口编程的库文件，在Windows平台下常用的库文件有WinAPI和MFC等。
这里以WinAPI为例进行说明。
2. 打开串口在WinAPI中，可以通过CreateFile函数打开串口。
具体实现代码如下：HANDLE hComm;hComm = CreateFile("COM1", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);if(hComm == INVALID_HANDLE_VALUE){// 打开串口失败}其中，"COM1"表示要打开的串口号，GENERIC_READ和GENERIC_WRITE分别表示读和写的权限。
3. 配置串口参数在打开串口后，需要设置相应的参数。
可以通过DCB结构体来设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。
具体实现代码如下：DCB dcb;memset(&dcb, 0, sizeof(dcb));dcb.DCBlength = sizeof(dcb);GetCommState(hComm, &dcb);dcb.BaudRate = CBR_9600; // 设置波特率为9600dcb.ByteSize = 8; // 设置数据位为8dcb.StopBits = ONESTOPBIT; // 设置停止位为1个dcb.Parity = NOPARITY; // 不使用校验位SetCommState(hComm, &dcb);4. 读取数据在配置好相应的参数后，就可以开始进行数据的读取了。
串口通信基础实训的主要内容
串口通信基础实训的主要内容
串口通信基础实训的主要内容通常包括以下几个方面：
1. 串口通信基本概念：了解串口通信的基本原理，包括串行通信和并行通信的区别，串口通信的优点和应用场景等。
2. 串口通信协议：学习各种常见的串口通信协议，如RS-232、RS-485、SPI、I2C等，了解它们的通信规则、数据格式、信号线定义等。
3. 串口通信硬件：了解串口通信所需的硬件设备，如串口线缆、串口转换器、串口服务器等，并掌握如何连接和配置这些硬件设备。
4. 串口通信软件：学习如何使用各种串口通信软件，如串口调试助手、终端仿真器等，以便进行串口通信的测试和调试。
5. 串口通信编程：学习如何在各种编程语言中实现串口通信，如C/C++、Python、Java等，通过编写程序来进行数据的发送和接收。
6. 故障排查与维护：了解如何排查和解决串口通信中可能出现的问题，包括信号干扰、通信不稳定、数据丢失等。
7. 实际应用案例：通过分析和解决实际应用案例，如工业控制、智能家居等领域的串口通信应用，加深对串口通信的理解和应用能力。
通过以上实训内容的学习和实践，可以帮助学生掌握串口通信的基本知识和技能，为后续的专业学习和实际工作打下坚实的基础。
51单片机串口通信(相关例程)
51单片机串口通信(相关例程) 51单片机串口通信(相关例程)一、简介51单片机是一种常用的微控制器，它具有体积小、功耗低、易于编程等特点，被广泛应用于各种电子设备和嵌入式系统中。
串口通信是51单片机的常见应用之一，通过串口通信，可以使单片机与其他外部设备进行数据交互和通信。
本文将介绍51单片机串口通信的相关例程，并提供一些实用的编程代码。
二、串口通信基础知识1. 串口通信原理串口通信是通过串行数据传输的方式，在数据传输过程中，将信息分为一个个字节进行传输。
在51单片机中，常用的串口通信标准包括RS232、RS485等。
其中，RS232是一种常用的串口标准，具有常见的DB-9或DB-25连接器。
2. 串口通信参数在进行串口通信时，需要设置一些参数，如波特率、数据位、停止位和校验位等。
波特率表示在单位时间内传输的比特数，常见的波特率有9600、115200等。
数据位表示每个数据字节中的位数，一般为8位。
停止位表示停止数据传输的时间，常用的停止位有1位和2位。
校验位用于数据传输的错误检测和纠正。
三、串口通信例程介绍下面是几个常见的51单片机串口通信的例程，提供给读者参考和学习：1. 串口发送数据```C#include <reg51.h>void UART_Init(){TMOD = 0x20; // 设置计数器1为工作方式2(8位自动重装) TH1 = 0xFD; // 设置波特率为9600SCON = 0x50; // 设置串口工作方式1，允许串行接收TR1 = 1; // 启动计数器1}void UART_SendChar(unsigned char dat){SBUF = dat; // 发送数据while (!TI); // 等待发送完成TI = 0; // 清除发送完成标志}void main(){UART_Init(); // 初始化串口while (1){UART_SendChar('A'); // 发送字母A}}```2. 串口接收数据```C#include <reg51.h>void UART_Init(){TMOD = 0x20; // 设置计数器1为工作方式2(8位自动重装) TH1 = 0xFD; // 设置波特率为9600SCON = 0x50; // 设置串口工作方式1，允许串行接收TR1 = 1; // 启动计数器1}void UART_Recv(){unsigned char dat;if (RI) // 检测是否接收到数据{dat = SBUF; // 读取接收到的数据 RI = 0; // 清除接收中断标志// 处理接收到的数据}}void main(){UART_Init(); // 初始化串口EA = 1; // 允许中断ES = 1; // 允许串口中断while (1)// 主循环处理其他任务}}```3. 串口发送字符串```C#include <reg51.h>void UART_Init(){TMOD = 0x20; // 设置计数器1为工作方式2(8位自动重装) TH1 = 0xFD; // 设置波特率为9600SCON = 0x50; // 设置串口工作方式1，允许串行接收TR1 = 1; // 启动计数器1}void UART_SendString(unsigned char *str){while (*str != '\0')SBUF = *str; // 逐个发送字符while (!TI); // 等待发送完成TI = 0; // 清除发送完成标志str++; // 指针指向下一个字符}}void main(){UART_Init(); // 初始化串口while (1){UART_SendString("Hello, World!"); // 发送字符串}}```四、总结本文介绍了51单片机串口通信的基础知识和相关编程例程，包括串口发送数据、串口接收数据和串口发送字符串。
串口通信基础知识
通讯基础知识1串口通讯串口通讯(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。
串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。
2串口通讯的数据格式一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。
为什么是7位？当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。
如何设置取决于你想传送的信息。
比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。
扩展的ASCII码是0～255（8位）。
如果数据使用简单的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。
每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。
每一个字符的前面都有一位起始位(低电平)，字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位(检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。
实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在进行传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。
3通讯方式单工模式（Simplex Communication）的数据传输是单向的。
通信双方中，一方固定为发送端，一方则固定为接收端。
信息只能沿一个方向传输，使用一根传输线。
半双工模式（Half Duplex）通信使用同一根传输线，既可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。
数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。
因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。
半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。
因为有切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低些。
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
单片机串口通信
串口通信连接不稳定问题
总结词
连接不稳定是单片机串口通信中常见的问题之一，可能导致通信中断或数据传输延迟。
详细描述
连接不稳定可能是由于多种原因引起的，如信号干扰、硬件故障、软件错误等。为了解决这个问题， 可以采取一系列措施，如增加连接稳定性检查、优化硬件设计和软件算法、使用更可靠的通信协议等 。
谢谢观看
单片机串口通信
目录
• 单片机基础知识 • 串口通信基础知识 • 单片机串口通信原理 • 单片机串口通信的应用实例 • 单片机串口通信的常见问题与解决方案
01
单片机基础知识
单片机的定义与分类
定义
单片机是一种集成电路芯片，它集成了微处理器、存储器、输入输出接口等， 具有计算机的基本功能。
分类
根据不同的标准，单片机有不同的分类方式。例如，根据位数可以分为4位、8 位、16位和32位单片机；根据用途可以分为通用型单片机和专用型单片机。
错误处理
在通信过程中，可能会遇到各种错误情况，需要 进行相应的错误处理。
单片机串口通信的数据传输方式
异步传输
异步传输方式中，数据以字符为 单位进行传输，每个字符前都会 有一个起始位，后跟一个或两个 停止位。
同步传输
同步传输方式中，数据以数据块 为单位进行传输，数据块前会有 一个起始位，后跟多个数据位和 一个停止位。
为了保证通信的稳定性，还需要连接 电源线和地线。
信号线连接
通过TXD（发送数据）和RXD（接收 数据）两根信号线将两个单片机连接 在一起。
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RS-232 连接类型 II
RS-232 信号
DTE 信号 TxD RxD RTS CTS DTR DSR DCD GND 接线 DCE 信号 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
优点 缺点
Confidential
RS-422 & RS-485接线
RS-422可支持10个节点，RS-485可支持32 个节点 拓扑一般采用总线型结构,不支持环形或星形 网络 在构建网络时应注意以下几点: １、采用双绞线作总线,将各个节点串接起来
如下的连接方式: a,b,c 为错误连接;d,e,f为正确连接方式. ２、注意总线阻抗匹配,否则就会发生信号的反射
RS-422 拓扑结构 I
点对点
Tx+(B) Tx-(A) Rx+(B) Moxa CI-134 Rx-(A)
Rx+(B) Rx-(A) Tx+(B) Tx-(A) PLC
Confidential
RS-485 信号
RS-422的增强方式 与 RS-422兼容
接线
• 点对点 • 2 线半双工，菊链式连接 • 4 线全双工，菊链式连接
Confidential
RS-422 vs. RS-485
RS-422
传输类型 连接类型 数据流控 可连接设备数 全双工 点对点 无 32节点 4-线RS-485 全双工 多站 RTS控制或 ADDC控制 32节点 2-线RS-485 半双工 多站
RTS控制或 ADDC 控制
32节点
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线缆类型：4线或8线(带握手信号)+GND
Confidential
RS-422 优势与不足
RS-422优势
• 传输距离远 • 传输速率高 • 不易受到干扰
RS-422不足
• 点对多点方式只能单向通讯
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RS485
EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准
• • • • 多点双向通讯能力 增加发送器的驱动能力和冲突保护特性 扩展了总线共模范围 命名为TIA/EIA-485-A标准
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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。
Unit: bit
如果N, 8, 1: 数据帧长度为 10 位 如果E, 7, 2: 数据帧长度为 10 位
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RS232
由电子工业协会（EIA）制订并发布工业标准，RS-232标准在 1962年发布，保证不同厂家产品之间的兼容。 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。 RS-232 作用: 在串行通讯时，要求通讯双方都采用统一的标准接 口，使不同的设备进行通讯。
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。 平衡传输方式 长度：1200米 速度：10M 节点：32、256(加中继器) 线缆类型：2线+GND
Confidential
RS-422/485 信号
差分信号
5V D0 0V
UART
StopParity
15M @9600bps
RS-422
1.2公里 @9600bps
RS-485
1.2公里 @9600bps
最大距离 (Moxa实验室测 量结果果))
100M@38400bps 50M@57600bps 20M@115200bps *C168H,28AWG UL2464
1.用户自定义软件协议 2.软件开发相对复杂 3.软件处理碰撞
优点
缺点
Confidential
RS-485 拓扑结构 III
4 线全双工
Tx+(B) Tx-(A) DE-211 Rx+(B) Rx-(A)
120Ω 120Ω
Note: 1. Tx-(A) 2. Tx+(B) 3. Rx-(A) 4. Rx+(B)
RS-232 信号 接线 DTE 信号 DTE信号 TxD TxD RxD RxD RTS RTS CTS CTS DTR DTR DSR DSR DCD DCD GND GND 典型应用: PC + 交叉电缆 + PC 短接DCD信号和DSR 信号，确保所有应用程序工作， 比如架装服务器的控制台端口。
A
4. 话讲完后, 松开按键, 回到监听状态; (数据接收状态)
B
Confidential
ADDC (自动数据流控)
当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界 面的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传 输信号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关 闭. 有两种方法可以切换数据收发状态.一种是通过软件人为用RTS信号控制, 另一种是用ADDC ADDC可以通过硬件准确地切换数据收发状态,有效地把用软件控制的复杂 时序控制简单化.
Confidential
RS-485 数据流方向控制
什么是数据流方向控制 ?
• 在一个时间只允许一个设备发送 • 如果流控信号时序不对，整个RS-485 网络将不能正常 工作
流控的方式
• 1. 传统的RTS控制
- 内部电路使用 RTS信号来决定发送和接收 - 无数据发送时，RTS信号处于清除状态，此时收发器处于 监听模式 - 当有数据发送时设置RTS信号， 同时断开监听模式 - 当数据发送完成之后清除RTS信号，转回监听模式 - RTS 状态由用户软件控制
RS-422电气特性
发送驱动器A、B之间的电压差
• 正电平在+200mv～+6V，是一个逻辑状态 • 负电平在-200mv～-6V，是另一个逻辑状态
Confidential
RS-422信号
收、发端通过平衡双绞线将Txd+与Rxd+ 、Rxd-与 Txd-对应相连
• 大于+200mV的电平时输出正逻辑电平 • 小于-200mV时输出负逻辑电平
RS-485 拓扑结构 I
点对点
Data+(B)
120Ω
Data+(B)
120Ω
Moxa CI-134
Data-(A)
Data-(A) 终端电阻
பைடு நூலகம்
PLC
Confidential
RS-485 拓扑结构 II
2 线半双工
Data+(B)
120Ω
Data-(A) Moxa CI-134
Data-(A) Data+(B) Data+(B) Data+(B)
Confidential
ADDC vs No ADDC
ADDC 操作方式 CPU点用率 软件复杂度 通信效能 硬件判断线路上是否有数据 不占用 无 高
NoADDC 软件处理数据流向 占用 高 低
Confidential
传输距离
距离 – EIA标准/ 实测性能
接口 最大距离 (标准)准) RS-232
Confidential
2线与4线传输
Confidential
RS-422 信号
接线： 4 线全双工
信号 TxA
TxB RxA
接线
120Ω 120Ω
信号 RxA
RxB TxA
RxB
TxB GND
优势
GND
1. 抗干扰能力强 2. 传输距离长 (可达 1.2公里) 3. 支持点对点和多站通讯方式
Confidential
Confidential
串口信号
RS-232 RS-422/485
Confidential
RS-232 VS RS-422
RS-232通信距离短 RS-232通信速率低 提出RS-422定义了一种平衡通信接口，数据信号采 用差分传输方式，它使用二对双绞线，将一对中一 根定义为A，另一根定义为B
Confidential
Data
Start
收发器
StopParity
Data
Start
TxB TxA
D7
并行
……
TTL (B+Noise)–(A+Noise)>0.2V (B+Noise)–(B+Noise)<-0.2V
RS-422/485 高 低
Confidential
RS485信号定义
4-Wire TxDA(-) TxDB(+) RxDB(+) RxDA(-) GND 2-Wire DataB(+) DataA(-) GND
Confidential
ADDC (自动数据流控)
ADDC™ 2线RS-485通过硬件准确的切换数据收发状态 ADDC™是我们的专利技术
1. 没按键时, 处于监听状态; (数据接收状态) 2. 判断当前频率是否有信号? (检查线路上是否有数据)
3. 确认当前频率空闲, 按键讲话对方可以听到; (线中上没有数据, 切换状态到数据发送)
120Ω
Data+(B)
……
PLC #1 PLC #2 PLC #3 PLC #31