【大学课件】单片机的串行通信技术

单片机的串行通信技术单片机串行通信技术是一种高效的数据传输方式，广泛应用于各种嵌入式系统它使用一根数据线进行数据传输，相比并行通信，串行通信节省了引脚数量，降低了硬件成本什么是串行通信数据传输方式数据传输方向12单片机将数据按位顺序依可以是单向或双向，根据次传输，通过一根或两根应用场景选择合适的通信线进行通信方式通信媒介应用广泛34可以使用电线、光纤或无广泛应用于各种电子设备线电波等媒介进行数据传，包括传感器、显示器、输存储器等串行通信的特点线路简单传输距离远只需要两根线就可以实现数据传输，相比串行通信可以采用差分信号传输，抗干扰并行通信，线路更简洁，成本更低能力强，适用于远距离数据传输传输速度快数据传输效率高串行通信可以采用高速传输技术，适用于串行通信一次只传输一位数据，但数据传高速数据传输场景，例如高速数据采集和输效率并不低，因为只需要一根数据线，控制减少了线路损耗串行通信的分类同步串行通信异步串行通信发送方和接收方使用同一个发送方和接收方使用各自的时钟信号，保持同步时钟信号，通过起始位和停止位进行同步同步串行通信同步时钟数据传输由于数据在时钟信号的控制下进行传输，因此无需使用起始位和停止位来同步串行通信使用一个单独的时钟信数据在时钟信号的控制下进行传输，同步发送方和接收方号来同步发送方和接收方确保数据在正确的时间点被读取异步串行通信数据传输无需时钟信号同步发送方和接收方无需使用相同的时钟信号，各自分别控制数据传输速率每个字节独立传输每个数据字节的传输都是独立的，无需考虑其他字节的传输状态接收机与发送机的同步问题时钟信号接收机和发送机需要使用相同的时钟信号来保证数据传输的同步性同步方式同步串行通信通过同步时钟信号来保证接收机和发送机保持一致，而异步串行通信则依靠起始位和停止位来实现同步同步重要性同步问题是串行通信中一个重要的问题，它直接影响着数据传输的准确性和可靠性起始位、数据位与停止位起始位数据位起始位是一个逻辑低电平信数据位是实际传输的数据，号，它表示数据帧的开始，包含要发送的信息，数据位接收方收到起始位后，开始数根据具体的通信协议而有接收数据位所不同停止位停止位是结束数据帧的信号，通常为逻辑高电平，表示数据传输结束，接收方收到停止位后，停止接收数据波特率的概念波特率是指每秒传输的比特数单位波特率（bps）影响因素通信速率和传输效率波特率越高，传输速度越快，但是数据传输的可靠性可能降低选择合适的波特率需要权衡通信速度和可靠性之间的平衡常见的串行通信协议UART SPI通用异步接收/发送器，应用广泛同步串行外设接口，数据传输速度快I2C CAN双线串行总线，适用于通信距离短、数据控制器局域网络，用于工业自动化领域量小的场合协议UART通用异步接收发送异步数据传输

1./

2.12器数据传输不需要同步时钟UART是通用异步接收/发，发送方和接收方可以以送器的缩写，是一种常用不同的速度运行的串行通信协议简单易用应用广泛

3.

4.34UART协议结构简单，易UART协议被广泛应用于于实现，并且广泛应用于各种应用场景，如人机交各种微控制器互、数据采集等通信原理UART数据封装1将数据转换为串行数据流串行传输2通过单根数据线传输数据数据接收3接收串行数据流并还原数据数据解析4解析数据帧，提取有效数据UART通信通过将数据转换为串行数据流，再通过单根数据线传输数据，接收端再还原数据，最终解析数据帧提取有效数据通信帧格式UART起始位数据位奇偶校验位停止位每个UART帧以一个逻辑低紧随起始位的是数据位，通可选的奇偶校验位用于检测帧的最后以一个或多个逻辑电平的起始位开始，用于标常为

5、

6、7或8位，表示数据传输过程中的错误，确高电平的停止位结束，表示识数据传输的开始要传输的数据信息保数据完整性数据传输的结束通信编程实例UART配置串口1设置波特率、数据位、奇偶校验、停止位等参数发送数据2使用UART发送函数将数据发送到串口接收数据3使用UART接收函数从串口读取数据处理数据4根据接收到的数据执行相应的操作UART通信编程实例通常涉及配置串口参数、发送数据和接收数据等操作在实际应用中，还需要考虑数据处理、错误处理等问题，以确保通信的可靠性和稳定性协议SPI特点SPI协议使用四线通信，分别为时钟信号SCK、数据输入MISO、数据输出MOSI和片选信号CS定义SPI SerialPeripheral Interface是一种同步串行通信协议，用于微处理器和外围设备之间的数据传输通信原理SPI123串行外设接口数据传输通信协议SPI SerialPeripheral Interface是同步SPI通信采用主从模式，主设备控制时SPI使用四条信号线进行通信，包括时串行通信接口，广泛应用于单片机与外钟和数据传输方向，从设备被动接收指钟信号SCK、数据输入信号MOSI、设之间的数据传输令并进行数据交换数据输出信号MISO和片选信号CS通信特点与应用SPI高速数据传输简单易用广泛应用SPI协议支持高达数十兆赫兹的传SPI协议拥有简洁的通信协议和简SPI广泛应用于各种电子设备中，输速度，适用于高性能应用场景单的硬件接口，易于实现和使用例如传感器、存储设备、显示器、音频设备等通信编程实例SPI示例一数据传输1使用SPI协议，将单片机上的数据传输到外部设备，例如传感器或存储器示例二控制外设2通过SPI协议控制外部设备，例如LCD显示屏、EEPROM或DAC转换器示例三多机通信3在多个单片机之间建立SPI通信，实现数据交换或协同工作协议I2C双线通信多主机I2C协议仅使用两根数据线多个主机设备可以连接到同SDA和SCL，用于数据一个I2C总线，实现多个设传输和时钟同步备之间的数据交换多从机低速一个I2C总线上可以连接多I2C协议的传输速率通常较个从机设备，每个从机都有低，适用于对传输速度要求唯一的地址，用于识别不高的场合通信原理I2C双线制通信I2C总线仅使用两根线，一根数据线（SDA）和一根时钟线（SCL）主从模式I2C总线上存在一个主设备和一个或多个从设备主设备发起通信主设备通过发送起始信号，选择从设备，并进行读写操作同步时钟信号主设备控制时钟线，所有设备同步数据传输地址码识别每个从设备都有一个唯一的地址码，用于主设备识别和访问通信帧格式I2C起始条件地址字节读写字节应答位/SCL为高电平，SDA为低发送器发送一个7位的地发送器发送数据字节，接接收器在每个数据字节传电平，表示开始传输数据址字节，其中最高位表示收器接收数据字节，SDA输后发送一个应答位，表读写方向SDA在每个时在每个时钟脉冲的下降沿示数据接收成功SDA在钟脉冲的下降沿发生数据发生数据变化每个时钟脉冲的下降沿发变化生数据变化通信编程实例I2C初始化1配置I2C模块，设置I2C地址和通信速度发送数据2使用I2C协议发送数据到目标设备接收数据3从目标设备接收数据并进行处理结束4完成通信，释放I2C资源可以使用C语言或汇编语言编写I2C通信程序，需要根据具体的单片机型号和I2C器件进行调整其他串行通信协议总线RS-232RS-485LINRS-232是一种常用的串行通信协议，RS-485是一种平衡式的串行通信协议LIN总线是一种低成本、低速的串行通广泛应用于计算机和外设之间的数据，具有抗干扰能力强、传输距离远的信协议，主要用于汽车电子控制系统传输特点总线协议CAN汽车电子应用CAN总线广泛应用于汽车电子系统中，例如发动机控制、安全气囊、防抱死系统等，确保了车辆的稳定性和安全性工业自动化在工业自动化领域，CAN总线用于控制电机、传感器、执行器等，提高生产效率和自动化程度医疗设备CAN总线应用于医疗设备，例如医疗仪器、手术机器人等，提高了医疗设备的可靠性和安全性总线协议1-Wire单线通信简单易用1-Wire协议是一种串行通信协议，只该协议不需要额外的地址线或控制线需要一条数据线即可实现双向通信，简化了硬件设计，易于实现应用广泛1-Wire协议被广泛应用于温度传感器、压力传感器、EEPROM等各种应用中并行通信与串行通信的比较并行通信并行通信使用多条数据线同时传输数据，速度快，但成本高，线缆复杂串行通信串行通信使用一条数据线逐位传输数据，速度慢，但成本低，线缆简单应用场景并行通信常用于高速数据传输，如内存与CPU之间的通信；串行通信常用于低速数据传输，如单片机与外设之间的通信串行通信在单片机中的应用场景工业自动化智能家居数据采集与传输单片机通过串行通信与传感器、执行单片机利用串行通信技术构建智能家单片机通过串行通信连接无线模块，器等设备进行数据交互，实现工业自居系统，实现远程控制和信息交互实现远程数据采集、传输和监控动化控制总结串行通信的优势串行通信的应用节省引脚，降低成本适合远距离传输数据传输灵活单片机与电脑通信传感器数据采集工业自动化控制。