《串行通信介绍》课件

串行通信介绍串行通信是一种广泛应用的数字信号传输方式,通过一根或多根信号线依次传输数字信息了解串行通信的基本原理和应用,有助于更好地设计和集成嵌入式系统什么是串行通信数据传输方式通信协议应用场景串行通信是一种通过一个单独的数据线逐位串行通信需要遵循特定的通信协议,如RS-串行通信广泛应用于计算机外围设备、工业传输数据的方式,相比并行通信更加可靠和

232、RS-

485、SPI、I2C等,以确保设备之控制、嵌入式系统等领域,是数字设备间信经济间的正确通信息交互的主要方式串行通信的基本原理数据传输1单个比特位逐个传输时序同步2发送端和接收端使用相同的时钟频率握手协议3通过特定信号确认数据接收串行通信的基本原理是将数据拆分为一个个比特位,逐个在单根信号线上传输发送端和接收端需要使用相同的时钟频率进行时序同步双方还需要遵循特定的握手协议,通过特殊信号确认数据接收这种逐位传输的方式可靠性高,成本低,但传输速率相对较慢常见的串行通信标准RS-232RS-485点对点的异步串行通信标准,广泛多点串行通信标准,能够支持更长应用于计算机和外围设备之间的的传输距离和更多的设备连接连接SPI I2C全双工、同步串行总线标准,通常双线、半双工的同步串行总线标用于连接微控制器和外设准,用于短距离的设备间通信标准RS-232RS-232是串行通信的一种标准协议,由EIA电子工业协会制定它定义了计算机和外围设备之间的物理连接、电气特性和信号格式广泛应用于计算机、工业控制和通信设备等领域RS-232标准采用单工通信方式,支持全双工通信传输距离最长可达15米,通信速率通常为300-19200bps,功耗较大,适用于低速传输的物理接口RS-232RS-232物理接口采用9针或25针的D型接口连接其中包括信号发射线TX、信号接收线RX、控制信号DCD、DSR、DTR、RTS、CTS和地线GND用户可根据实际需求选择所需的接口针脚接口线缆一般为直线或交叉线缆，取决于连接设备的配置的时序信号RS-232RS-232串行通信协议中的时序信号主要包括以下几种:开始位数据位Start BitData Bit12用于指示即将传输数据的开始数据信息以8位或者9位二进制它通常为低电平信号,持续1编码传输,每个数据位持续1个个比特时间比特时间校验位停止位Parity BitStop Bit34用于检验数据传输的正确性,可用于指示数据传输的结束,通常以是奇校验、偶校验或者无校为高电平信号,持续1个或2个比验特时间的通信速率RS-

2323009.6K300bps9,600bps最低通信速率常见的标准速率115K3M115,200bps3Mbps最高通信速率通过特殊电缆可达到的速率RS-232串行通信的标准通信速率从300bps到115,200bps不等300bps是最低的通信速率，而115,200bps则是常见的最高标准速率通过使用特殊电缆还可以达到3Mbps的超高速通信的通信模式RS-232全双工通信异步通信12RS-232支持全双工通信模式,即RS-232使用异步通信方式,即数设备可以同时收发数据这样据帧之间没有固定的时间间隔,可以提高通信效率由起始位和停止位来标识数据帧点对点连接电平信号34RS-232是一种点对点的通信标RS-232使用正负电压信号来表准,通常只连接两个设备,不支示二进制数据,与TTL电平不兼持多点总线拓扑容标准RS-485RS-485是一种基于平衡差分信号的串行通信标准,被广泛应用于工业控制、楼宇自动化等领域它支持多点通信,最长通信距离可达1200米,通信速率最高可达10Mbps,具有抗干扰性强、成本低廉等优点RS-485采用半双工通信方式,可实现多个设备共享一条总线,相比于RS-232标准具有更高的可靠性和扩展性的物理接口RS-485电缆连接接口定义拓扑结构RS-485标准采用双绞线方式进行数据传输,RS-485接口包含一对差分数据线A和B,以RS-485支持多点总线拓扑,多个设备可以挂可以在长距离上可靠、高速地传输数据双及可选的接地线数据信号通过A和B线传接在同一总线上进行通信,实现多对多的通绞线的设计可以降低电磁干扰的影响输,减少共模干扰信模式的通信原理RS-485双绞线传输1RS-485使用双绞线传输信号,可抵抗外部电磁干扰差分信号2发送器输出两个互补的电压信号,接收器检测电压差多点连接3可以将多个设备连接到同一总线上,实现多主机通信RS-485采用差分信号传输技术,能有效抑制共模干扰同时通过双绞线连接多个设备,形成一个共享总线网络,支持多主机通信,实现分布式系统的数据交换的应用场景RS-485工业自动化建筑自动化RS-485广泛应用于工厂机器人控制、RS-485可用于楼宇的照明、空调、安PLC控制系统以及各种工业仪表和设防等系统的集中监控和联动控制备的联网医疗设备汽车电子在医疗设备如监护仪、体温计等设备RS-485广泛应用于汽车内部各种电子之间的互联中,RS-485是一种常用的通控制单元ECU之间的通信信接口总线SPISPI总线是一种同步串行通信总线,广泛应用于嵌入式系统中各种设备之间的数据交换它具有简单、可靠、高速等特点,是一种灵活易用的通信接口SPI总线通常由一个主设备和一个或多个从设备组成,主设备通过时钟信号和数据信号来控制从设备的数据收发它采用全双工通信模式,速度可达几十兆位每秒的硬件接口SPI主从结构通讯接口电路连接SPI采用主从结构,主设备负责产生时钟和控SPI总线包括4根线路:SCLK时钟线、主设备和从设备通过这4根线路连接,实现全制数据传输从设备根据主设备的控制信号MOSI主机输出/从机输入、MISO主机输双工同步通信SS线路用于选择通信从设进行数据交互入/从机输出和SS片选线备的工作时序SPI主设备选择通过拉低片选线SS来选择一个从设备时钟同步主设备产生时钟信号SCK来控制数据传输数据传输在时钟的每个上升沿或下降沿,主设备和从设备同步传输和接收数据位数据存储从设备在时钟的边沿采样并存储数据,主设备也在边沿采样和存储数据的通信模式SPI主从模式全双工通信同步时钟多从设备支持SPI工作采用主从通信模式，SPI通信采用全双工方式，主SPI使用串行时钟线SCLK来同SPI接口设计允许一个主设备主设备负责发起数据传输，从设备和从设备可以同时进行数步主从设备之间的数据传输可以连接多个从设备通过片设备被动响应主设备的请求据发送和接收这提高了总线SCLK由主设备提供，从设备选信号SS，主设备可以选择与这种主从关系确保了通信的有的利用率和通信效率根据该时钟信号进行数据采样哪个从设备通信序性和可靠性和传输总线I2CI2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种广泛应用的串行通信总线协议它采用双线双向总线架构,支持多主设备和多从设备的通信I2C总线具有低成本、低功耗和易扩展的特点,广泛应用于传感器、显示器、存储器等设备之间的通信的硬件接口I2CI2C总线由两条线路组成,分别是串行时钟线SCL和串行数据线SDASCL线提供时钟信号,SDA线传输数据通信设备通过这两条线路来实现数据收发和同步每个I2C设备都有自己的硬件地址,通过软件设置可灵活选择的通信原理I2C主从模式1I2C总线采用主从模式工作,主设备发出时钟和地址信号,从设备根据地址信号作出响应双向通信2I2C使用两根总线线,一根是数据线SDA,一根是时钟线SCL数据可在主从设备之间双向传输多地址3I2C可以支持多个从设备在同一总线上工作,每个从设备有唯一的7位地址的通信速率I2C标准模式Standard Mode100kbit/s快速模式Fast Mode400kbit/s高速模式High-Speed Mode

3.4Mbit/sI2C总线根据不同的通信需求提供了不同的速率选择标准模式为基础的通信速率，快速模式和高速模式则可以适应更高的数据传输需求具体速率的选择需要根据实际应用场景来确定串行通信UARTUART（Universal AsynchronousReceiver-Transmitter）是一种常见的串行通信协议它采用异步编码方式,通过独立的发送和接收线路实现全双工通信UART广泛应用于嵌入式系统、移动设备以及工业控制等领域UART通信通常使用8个数据位加1个起始位和1个停止位的数据帧格式,支持多种通信速率,可灵活满足不同应用需求的硬件接口UARTUART（Universal AsynchronousReceiver-Transmitter）是一种常见的串行通信接口它由发送端和接收端两部分组成,分别通过RXD和TXD引脚进行数据传输UART接口还包括时钟同步信号CTS/RTS和地线GND这种简单可靠的硬件接口广泛应用于嵌入式系统、工业设备和通信设备中的数据帧格式UART数据长度起始位与停止位UART数据帧通常包含5-8位的数数据帧开始时有1位起始位,结束据长度,可传输文本、数字等各种时有1-2位停止位,用于标识数据传数据输范围校验位可选添加1位奇偶校验位,用于检查数据传输是否出错的通信协议UART帧格式握手信号全双工通信应用广泛UART通信使用独特的数据帧UART支持通过RTS/CTS信号UART可以实现全双工通信,即UART协议广泛应用于各种嵌格式,包括起始位、数据位、进行硬件流控,确保数据传输同时读取和发送数据,提高了入式系统和通信设备,例如串校验位和停止位这种结构确不会丢失或出错此外,还可通信效率这有助于实时交互口通信、调试接口和人机交互保了数据的完整性和可靠性以使用Xon/Xoff软件流控和双向数据传输等场景总线CAN物理接口通信特点应用领域CAN总线采用差分双绞线作为物理层,具有CAN总线采用CSMA/CD+AMP的媒体访问CAN总线广泛应用于汽车电子、工业自动抗干扰能力强、传输距离长等特点控制机制,具有高可靠性、实时性和优先级化、医疗设备等领域,是可靠、经济的现场机制等特点总线系统的物理接口CANCAN总线的物理接口采用双绞线电缆,包含CAN_H和CAN_L两根信号线这两根线都采用差分信号传输,能有效抑制电磁干扰,提高通信可靠性总线两端需要配备120欧姆终端电阻,用于消除反射信号CAN_H和CAN_L线之间的电压差表示逻辑电平,0V表示逻辑1，5V表示逻辑0的通信特点CAN高可靠性实时性CAN总线采用差分传输技术,具有抗干扰能力强CAN总线具有高速的数据传输能力和优先级仲、传输距离远等特点,确保数据传输的高可靠性裁机制,可以实现对关键数据的实时传输和处理可扩展性故障容错CAN总线具有多主设备的特点,可以轻松适应系CAN总线具有出色的故障检测和隔离能力,即使统的扩展和拓展,满足不同应用场景的需求出现单点故障也能保证系统的可靠运行的应用领域CAN汽车电子工业自动化12CAN总线广泛应用于汽车领域,CAN总线在工厂生产线、机器用于连接车载电子设备,如发动人系统和过程控制等工业应用机控制单元、仪表盘和安全系中发挥重要作用统医疗设备建筑设备34CAN总线可用于连接医疗设备,CAN总线被应用于楼宇自动化如手术机器人、输液泵和监护系统,如暖通空调、电力管理和仪,提高设备之间的通信互联性安全监控等总结与展望在介绍了各种串行通信技术的基本原理和特点后,我们可以总结出串行通信的核心优势,包括低成本、易实现、抗干扰能力强等未来,随着物联网等新技术的发展,串行通信必将向更高的传输速率、更长的传输距离和更强的网络化功能方向发展,为各行各业带来更多创新应用。