《C单片机的串行口》课件

单片机的串行口C课程大纲串行通信概述C单片机串行口应用实例•串行通信的定义•单片机串行口的结构•串行通信与外部设备的连接•串行通信的优势•串行口的初始化•单片机串行口的数据传输•串行通信的基本原理•串行口的发送与接收数据•串行通信的应用场景什么是串行通信串行通信是指数据一位一位地依次传输，数据位以串行的形式在单根线路上传输这与并行通信形成对比，后者一次传输多个数据位串行通信的优势线路简单远距离传输易于实现串行通信仅使用一根数据线传输数据，与并串行通信可以轻松地实现远距离数据传输，串行通信的实现相对简单，可以使用较少的行通信相比，线路更简单，成本更低无需复杂的布线和信号放大，适合长距离通硬件资源，适用于各种嵌入式系统和单片机信场景应用串行通信的基本原理数据传输1串行通信以一位一位的方式传输数据，使用单个传输线发送和接收数据方向性2串行通信可以是单向的（数据仅在一个方向上传输）或双向的（数据可以在两个方向上传输）同步方式3串行通信可以是同步的（发送方和接收方使用公共时钟信号）或异步的（发送方和接收方使用各自的时钟信号）异步串行通信的原理数据传输1无需时钟同步起始位2数据传输开始标记数据位3实际传输数据校验位4数据完整性验证停止位5数据传输结束标记异步串行通信的帧结构18起始位数据位起始位数据位数据传输开始的标志实际传输的数据11校验位停止位校验位停止位用于检测数据传输错误数据传输结束的标志异步串行通信的数据格式起始位数据位用于标识数据帧的开始，通常为实际传输的数据信息，可以是5一个逻辑低电平、7或8位奇偶校验位停止位用于检测数据传输过程中的错误用于标识数据帧的结束，通常为，可选择奇校验或偶校验一个逻辑高电平串行通信的常见协议RS-232RS-485一种常用的串行通信标准，适用于短距离数据传输一种工业级串行通信标准，适用于长距离、多点通信CAN SPI一种用于汽车电子控制系统的通信协议，具有高可靠性、实一种同步串行通信协议，适用于高速数据传输，常用于单片时性机与外设之间通信标准简介RS-232RS-232标准是一种在计算机系统和外围设备之间进行串行通信的标准它是目前应用最广泛的串行通信标准之一RS-232标准主要规定了数据传输的电气特性、机械特性和信号特性等它定义了信号电压、信号的极性、连接器的类型等RS-232标准能够保证不同厂商生产的设备之间能够相互通信标准的物理层特性RS-232特性描述电压逻辑“0”-3V到-15V；逻辑“1”+3V到+15V阻抗传输线阻抗为120欧姆传输距离最大传输距离为15米速率最大传输速率为20kbps串行通信接口的接线方RS-232式数据信号线用于传输数据，包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位控制信号线用于控制数据的传输，包括请求发送RTS、清除发送CTS、数据准备好DTR和清除接收DSR地线用于信号的参考点，确保数据传输的稳定性串行通信中的波特率概念波特率表示每秒传输的比特数，决定波特率与时钟频率息息相关，越高则了串行通信的速度传输速度越快不同设备的波特率必须一致才能正常通信波特率的确定方法数据传输速率1确定实际传输速率，例如115200bps单片机支持2检查单片机支持的波特率选项匹配设备3确保波特率与接收设备一致选择合适的波特率需要考虑数据传输速率，单片机支持的选项以及接收设备的兼容性单片机的串行通信外设C串行口结构串行口功能C单片机通常包含一个或多个串行通信接口UART，这些接口包含串行口的主要功能包括以下主要部件•数据发送•移位寄存器•数据接收•数据缓冲区•中断控制•控制逻辑•波特率设置单片机串行口的初始化选择波特率1根据通信需求确定合适的波特率设置数据位2一般为8位，根据协议要求进行设置选择奇偶校验3根据通信需求选择奇偶校验模式设置停止位4一般为1位，根据协议要求进行设置串行口初始化是使用串行通信的必要步骤它配置串口的工作模式，确保数据正确传输单片机串行口的发送数据准备数据将要发送的数据存入单片机内部的发送缓冲区设置发送控制位使能串行口发送功能，并根据需要选择发送方式数据传输单片机将数据逐位发送到串行口，通过数据线传输到接收设备确认发送完成通过监测发送完成标志，判断数据是否成功发送单片机串行口的接收数据接收缓冲器1接收到的数据会存储在接收缓冲器中数据位检测2接收器会检测数据位的起始位和停止位数据处理3接收到的数据会被处理，并进行错误检查中断处理4接收数据时，可以触发中断，以便进行及时处理单片机串行口的中断处理中断触发1当接收到数据时，串行口会触发中断，通知CPU处理数据中断服务程序2CPU进入中断服务程序，读取数据，并进行相应的处理数据处理3根据实际应用需求，对接收到的数据进行解析、存储或其他操作串行通信的超时处理超时概念超时原因12串行通信中，当发送或接收数超时可能是由于数据传输错误据时，如果在预定的时间内没、设备故障、网络连接问题等有收到响应，则认为通信超时因素导致的超时处理3当发生超时时，需要采取相应的措施，例如重新发送数据、中止通信、或进行错误处理多个串行设备通信的同步问题时间差异数据冲突多个设备的时钟可能不同步，导致数多个设备同时发送数据，可能导致数据接收时间不一致据冲突，无法正确接收数据丢失由于数据传输速度差异，可能导致某些设备的数据丢失串行通信中的差错处理技术奇偶校验循环冗余校验检错重发在数据帧的末尾添加一个校验位，使整将数据帧看作一个二进制多项式，使用接收方发现错误后，向发送方发出重发个数据帧的“1”的个数为奇数或偶数除法运算计算出一个校验码，并将其添请求，直到接收方成功接收到数据加到数据帧的末尾常见串行通信协议介绍RS-232RS-485CAN总线是最早的串行通信标准之一，广泛应用于个是一种多点串行通信标准，用于工业控制和是一种用于汽车和工业自动化领域的串行通人电脑和外设之间的数据传输自动化系统，具有较强的抗干扰能力信协议，支持多节点通信和实时控制协议簇简介ModbusModbus是一种常用的工业现场总线协议，广泛应用于工业自动化控制系统中Modbus协议簇包括Modbus-RTU、Modbus-ASCII、Modbus-TCP等多种协议Modbus协议具有开放性、可靠性、易用性等优点，得到了广泛的应用协议的帧结构Modbus协议的通信过程Modbus主站发起请求1发送数据帧从站接收请求2解析数据帧从站处理请求3执行操作从站返回响应4发送数据帧主站接收响应5解析数据帧Modbus协议的通信过程以主从方式进行，主站发送请求数据帧，从站接收请求数据帧并解析，然后执行操作，最后将响应数据帧发送给主站主站接收响应数据帧并解析，从而完成通信协议在单片机中的应用Modbus数据采集远程监控单片机可以作为Modbus从站，采集传感器数据或其他设通过Modbus协议，可以实现对设备的远程监控，例如监备的数据，并通过Modbus协议发送给Modbus主站控温度、压力等参数1234设备控制数据记录单片机可以作为Modbus主站，发送指令控制其他单片机可以将采集到的数据存储在内部存储器中，也可以Modbus从站设备，例如控制电机、阀门等通过Modbus协议将数据发送到其他设备进行存储主站程序设计Modbus初始化Modbus配置串口参数，如波特率、数据位、校验位等，并初始化Modbus库函数构建Modbus报文根据Modbus协议规范，构建要发送的报文，包括地址、功能码、数据等发送Modbus报文通过串口将构建好的报文发送到Modbus从站接收Modbus报文从串口接收Modbus从站返回的报文，并进行解析和处理处理Modbus数据根据接收到的Modbus数据，进行相应的处理，如更新数据、控制设备等从站程序设计Modbus数据接收1从站接收主站的命令帧数据处理2根据命令帧执行数据读写操作数据发送3将处理结果以应答帧形式发送给主站课程小结深入理解串行通信原理掌握C单片机串行口编程技巧熟悉常见串行通信协议。