《串行通信》课件

串行通信概述串行通信是一种常见的数据传输方式通过一条信号线依次传输每一位,数据这种简单高效的通信方式被广泛应用于各种电子设备和计算机系统之间的数据交换什么是串行通信数据传输方式应用场景串行通信是指数据传输过程中，一次只发送一个比特的数串行通信在计算机系统、微控制器、传感器和其他电子设据信号这种方式允许数据通过一条单独的线路逐个比特备之间广泛应用它提供了一种简单、可靠和节省资源的地传输通信方式串行通信的特点连续传输时序依赖串行通信采用一位接一位的顺序传输数据在串行通信中发送方与接收方的时钟必须,,相比并行通信减少了线路需求准确同步保证正确解析数据,,单工半双工成本低廉/串行通信通常采用简单的单向或半双工传由于线路需求少串行通信相比并行通信具,输方式降低了硬件复杂度有更低的硬件成本,串行通信的工作流程数据获取从传感器或其他信源获取待传输的数据信号数据编码将数据信号编码为数字比特流以符合串行通信规范,数据传输通过单根信号线将编码后的数字比特流逐个发送至接收端数据解码接收端将接收到的比特流解码还原为原始数据信号同步串行通信数据同步定义数据帧同步串行通信要求发送方和数据采用固定长度的数据帧接收方的时钟频率保持一致传输每个数据帧包含起始位,,并通过额外的同步信号来维、数据位和停止位等持时钟同步数据处理效率由于带有额外的同步信号和帧结构同步串行通信的数据传输效率,略低于异步方式异步串行通信自同步灵活性强异步通信不需要主从设备之异步通信不受传输速率和字间的同步时钟信号而是通长的限制可以自由选择合,,过数据本身携带的开始和停适的参数适应不同应用场,止位来确定数据帧的边界景的需求无需复杂硬件延迟敏感异步通信的硬件电路相对简由于没有同步机制异步通,单仅需要基本的模块信对时延和抖动较为敏感,UART,即可无需额外的同步电路需要仔细设计硬件和软件,同步和异步通信的区别时序同步无需时序同步通信效率不同同步通信中，发送端和接收端必须通异步通信中，发送端和接收端无需共同步通信效率较高，但需要额外的硬过额外的时钟线或编码信号保持严格享时钟信号，而是在数据帧内包含起件支持异步通信效率略低，但更加的时间同步，确保数据能按时正确传始位和停止位，让接收端自行检测和灵活简单两种方式各有优缺点输解析数据串行通信接口设计硬件设计软件设计协议选择系统集成串行通信接口的硬件设计软件层面上需要实现串口根据通信需求的特点如数将串行通信接口集成到整,,需要考虑时钟源、接收缓的初始化、数据的收发控据量大小、传输速率要求体系统中需要考虑与其他,存、发送缓存等关键部件制、错误处理等功能同、同步异步需求等选择合模块的配合、系统性能和,此外还要注意电平转换时还需要考虑数据帧的格适的串行通信协议如可靠性同时还要进行充,,RS-、防止失真的信号调理电式、波特率的设置、以及、、、等分的测试验证232RS-485SPI I2C路以及电磁兼容性的问题数据流控制等问题,常见串行通信协议协议协议协议协议RS-232RS-485SPI I2C是业界广泛应用的异是一种多点总线型串是一种同步串行通信协是一种双向两线串行通RS-232RS-485SPI I2C步串行通信协议用于短距离行通信协议支持多主多从拓议采用主从结构常用于微信总线协议支持多主多从拓,,,,,端到端通信广泛应用于计算扑适用于工业现场总线和高控制器与外围设备之间的通扑广泛应用于嵌入式系统的,,,机外围设备连接噪音环境信内部通信协议RS-232是一种广泛应用的串行通信协议主要用于短距离的点对点数据RS-232,传输它定义了信号电压电平、接口和线缆规格、数据格式等通信标准广泛应用于计算机、工业控制等领域,通过异步串行通信方式进行数据传输可靠性和速度较高在简单RS-232,,场景下应用广泛但由于电压电平要求较高传输距离受限逐渐被新型,,协议如和取代RS-485UART物理层规范RS-232电压电平信号波形规定了到表示信号采用非对称双极性编码RS-232+3+15V逻辑，到表示逻辑，且具有较快的电压跃变0-3-15V1接口连接通信线缆使用或芯型连接器以串通常使用双绞线缆实现有线925D行方式将设备互连传输，传输距离最长可达15米数据帧格式RS-232数据长度起始位和停止位12数据帧通常由个起起始位用于指示数据帧的RS-2321始位、个数据位、个开始停止位用于指示数据5-81,停止位和可选的奇偶校验帧的结束位组成奇偶校验位波特率34奇偶校验位可用于检测数数据帧以固定的波RS-232据帧中的传输错误增加通特率传输通常范围为,,300-信的可靠性115200bps传输特性RS-232波特率支持多种不同波特率，从RS-232到不等用户可根110bps

115.2Kbps据实际需求选择合适的传输波特率传输距离最大传输距离为米如果RS-23215需要更远距离的传输，则需要采用信号放大器或使用其他接口如RS-485信号极性使用正负电压作为信号逻RS-232辑对应到之间的电压，逻1-3V-15V辑对应到之间的电压0+3V+15V数据帧格式数据帧由起始位、数据位、RS-232校验位和停止位组成用户可根据实际需求配置不同的帧格式接口电路RS-232接口电路主要包括以下几个部分RS-232:•发送端驱动电路•接收端缓冲放大电路•电平转换电路•信号控制电路这些电路模块通过特定的硬件连接和控制逻辑实现RS-232串行通信数据的发送和接收协议RS-485是一种基于差分信号的多点通信协议，广泛应用于工业RS-485控制、楼宇自控等领域它支持多台设备以总线拓扑连接，最多可连接台设备，传输距离可达米321200采用双绞线进行半双工通信，在噪音环境下具有良好的RS-485抗干扰能力通信采用异步串行方式，支持全双工和半双工两种通信模式物理层规范RS-485信号线使用两条信号线传输数据一条为差分信号正线另一条为差分信号负线RS-485,D+,D-屏蔽为了防止外部电磁干扰通常使用带有屏蔽的双绞线电缆,RS-485总线拓扑采用多点总线拓扑结构最多可连接个设备通信距离可达米RS-485,32,1200数据帧格式RS-485开始位数据位12每个数据帧都以一个起始位来标识帧的开始数据帧通常包含位或位的有效数据78校验位停止位34为提高数据传输的可靠性数据帧末尾会加入校验位数据帧的最后一位是停止位用于标识一个帧的结束,,传输特性RS-48510M最大速率最高可达的数据传输速率10Mbps

1.2K最大距离最大传输距离可达

1.2km32设备数量最多可挂接个设备设备32是一种差分信号传输协议具有高抗干扰性可靠性强采用半双工通信模式允许多台设备挂载在同一总线上进行通信RS-485,,,具有较高的传输速率和距离广泛应用于工业控制、自动化系统等领域RS-485,接口电路RS-485接口电路利用差分传输技术可以实现远距离、高抗干扰的数据RS-485,通信它采用双绞线结构在高噪声环境下性能出色广泛应用于工业自,,动化、楼宇控制等领域电路主要包括收发器芯片、终端电阻等通过合理设计可实现稳RS-485,定可靠的数据传输同时还支持多点通信可构建高效的分布式,RS-485,控制系统协议SPI简介SPI是一种同步串行通信协议采SPISerial PeripheralInterface,用主从设备结构通过根线缆实现全双工通信广泛应用,4于嵌入式设备、集成电路等领域IC特点SPI通信高速可靠无需复杂的协议硬件实现简单但只能SPI,,支持点对点通信不能广播只能在主从模式下工作,,物理层规范SPI同步时钟采用主从模式主设备提供同步时钟信号从设备根据时钟信号进行数据传输SPI,,数据线使用两根双向数据线一根用于主设备向从设备发送数据另一根用于从设备向主设SPI,,备发送数据片选信号每个从设备有一个独立的片选信号线主设备通过此线选择与之通信的从设备,数据帧格式SPI时序规则Framing数据帧由多个字节组成包遵循严格的时序要求如时SPI,SPI,括起始、数据和停止位每钟沿、数据有效边缘等确保,次传输都由主设备控制各设备能正确读写数据主从机制通信中主设备控制时钟从设备根据时钟在合适的时间采样数SPI,,据传输特性SPI接口电路SPI（串行外设接口）是一种同步串行数据传输协议，采用主从结构使SPI,用根信号线进行双向通信其接口电路包括时钟信号线、数据输4SCLK入线、数据输出线以及片选信号可实现简单高效的数据MISO MOSICS,传输接口电路设计要注意时钟频率、传输时序、电平切换和总线争用等SPI问题以确保可靠稳定的数据交换,协议I2C物理层规范数据帧格式传输特性I2C I2C I2C总线采用双线式双向通信一根数据帧由起始位、从地址、读写位、数总线支持多主从设备并行通信并提I2C,I2C/I2C,线和一根时钟线支持多主设备据位和停止位组成实现单主机对多从供时钟同步和仲裁机制确保总线使用SDA SCL,,,和多从设备并行连接机的寻址通信的公平性物理层规范I2C电气规范时序规范引脚定义连接规范接口使用开集电路拓扑时钟线由主设备产生为双向数据线为单总线上的每个设备将I2C SCL,SDA,SCL SDA多设备可并联连接在总线从设备同步数据线操向时钟线此外还有一些和引脚并联连接拓,SDA SCL上总线上需有上拉电阻作数据必须在时钟沿变可选信号如信号用于扑为串行总线可支持多主,,RESE,以确保信号完整性器件化时保持稳定以确保正确复位总线设备和多从设备,可以是标准驱动或强驱动采样类型数据帧格式I2C起始信号从机地址12通信由主机发起首先产主机在总线上发送位从机I2C,7生一个起始信号来引导后地址通知从机进行响应,续的数据传输读写位数据传输/34主机在从机地址后添加位主机或从机在地址确认后1读写标志位指定通信方开始传输位数据可能有/,8,向多个字节传输特性I2C传输模式同时双向总线通信通信速率标准模式，快速模100kbps式400kbps总线容量400pF地址长度位或位710数据长度每次传输字节1-255总线具有同时双向通信、多主从控制、灵活的地址空间和高度的兼I2C容性的特点它能支持从低速到高速的多种通信速率满足不同应用场,景的需求接口电路I2C集成电路接口主从设备连接通信时序控制总线采用开漏输出和上拉电阻的方接口可以连接多个主设备和从设备总线通过时钟线和数据线进行同步I2C I2C,I2C式来实现双向数据传输具有简单可靠通过两条总线线实现双向通信通信主设备控制时钟信号以调度数据,,的特点传输总结与展望发展历程回顾技术创新展望串行通信技术已经发展数十未来串行通信将进一步提升年从最初的基础应用逐步成速率、降低功耗并支持更智,,为现代电子系统不可或缺的能化的协议和接口推动各类,通信方式应用的发展应用前景广阔无论是工业控制、移动设备还是物联网串行通信都将在数据交换,、远程控制等方面发挥关键作用。