《串行接口芯》课件

串行接口芯片原理与应用欢迎来到《串行接口芯片原理与应用》课程！本课程将带领您深入探索串行接口芯片的工作原理、应用场景以及相关技术，为您的嵌入式系统开发提供强有力的知识储备课程目标与学习要求目标要求了解串行通信的基本概念和优势，掌握常用串行通信协议和接口积极参与课堂讨论和互动，认真完成课后作业和实验预习课程标准熟悉常用串行接口芯片的内部结构、工作原理和应用设计内容，课后复习巩固遇到问题及时向老师提问，并善于利用网要点能够运用所学知识，设计和调试基于串行接口芯片的嵌入络资源进行自主学习式系统串行通信基础概述串行通信是指数据一位一位地依次传输，通过一条数据线进行传输与并行通信相比，串行通信的数据传输速率较慢，但所需的线路较少，更适合于远距离传输串行通信的优势和应用场景优势应用场景线路简单，成本低廉串行通信广泛应用于各种电子设备之间的数据传输，例如计算•机与外设之间的通信、嵌入式系统之间的数据交换、工业自动化传输距离远，抗干扰能力强•控制系统、医疗设备等易于实现，使用方便•串行接口的分类方法串行接口可以根据不同的标准进行分类，例如通信协议、物理层接口、数据传输速率等常见的分类方法包括同步异步通信、单工半双工全双工///通信、点对点总线式通信等/同步与异步通信的区别同步通信1同步通信采用统一的时钟信号进行数据传输，发送端和接收端同步工作，保证数据传输的准确性异步通信2异步通信不需要统一的时钟信号，发送端和接收端通过起始位和停止位进行数据同步，传输速率较低常见串行通信协议简介RS-232RS-485一种常用的异步串行通信协议，广泛应用于计算机与外设之间的通信一种多点串行通信协议，适用于工业自动化控制系统和数据采集系统SPI I2C一种同步串行通信协议，常用于微控制器与外设之间的通信一种双线同步串行通信协议，常用于微控制器与传感器、存储器等外设之间的通信UART CAN一种异步串行通信协议，常用于微控制器与计算机之间的通信一种用于汽车电子领域的现场总线协议，具有较高的可靠性和实时性1-Wire USB一种单线通信协议，适用于传感器网络和数据采集系统一种高速串行通信协议，广泛应用于计算机与外设之间的通信接口标准介绍RS-232是一种异步串行通信协议，最初由（电子工业联盟）制定，广泛RS-232EIA应用于计算机与外设之间的通信它定义了数据传输的电气特性、信号定义和连接方式物理层规范RS-232接口采用或连接器，通常使用根线，分别用于数据传输RS-232DB-9DB-

259、控制信号和地线常见的连接方式有直连方式和交叉方式电气特性RS-232接口的电气特性规定了信号电压范围、信号上升下降时间等参数RS-232/信号电压范围通常为到，逻辑表示为到，逻辑表示±3V±15V“0”-3V-15V“1”为到+3V+15V信号定义RS-232发送数据TXD接收数据RXD请求发送RTS清除发送CTS数据终端准备DTR数据设置准备DSR载波检测DCD振铃指示RI接地GND典型应用电路RS-232接口常用于计算机与外设之间的通信，例如串口打印机、调制解调RS-232器、扫描仪等在实际应用中，需要使用电平转换芯片将电平转换为TTL RS-电平232芯片内部结构MAX232是一种常用的电平转换芯片，内部包含两个电压转换器和MAX232RS-232一个电压参考源它可以将电平转换为电平，反之亦然TTL RS-232应用设计要点MAX232电源选择电容选取12芯片需要两个电源芯片需要外部电容MAX232MAX232供电和注意电进行滤波和稳定工作，电容值+5V±12V源的电压和电流要求需根据实际应用进行选择连接方式3正确连接芯片的引脚，注意输入和输出信号的对应关系MAX232接口标准概述RS-485是一种多点串行通信协议，适用于工业自动化控制系统和数据采集系RS-485统它具有较高的抗干扰能力和传输距离，可以实现多台设备的串行通信物理层特性RS-485接口采用差分信号传输，具有较高的抗共模干扰能力，可以有效地抵RS-485抗工业环境中的噪声干扰网络拓扑结构RS-485网络可以采用总线拓扑结构，也可以采用星型拓扑结构总线拓扑结RS-485构简单易实现，但可靠性较低；星型拓扑结构可靠性高，但成本较高终端匹配方式RS-485网络中需要进行终端匹配，以减少信号反射，提高通信质量常见的RS-485终端匹配方式有阻抗匹配和电容匹配总线协议简介SPI（）是一种同步串行通信协议，常用于微控制器与外设之间的通信它是一种简单、灵活、高效的通SPI SerialPeripheral Interface信协议，适用于各种应用场景工作模式分析SPI协议有四种工作模式，分别是模式、模式、模式和模式每种模式SPI0123对应不同的时钟极性和相位，可以根据具体应用场景选择合适的模式时序图解析SPI通信过程的时序图清晰地展现了数据传输的各个阶段，包括起始信号、SPI数据发送、时钟信号、数据接收、结束信号等主从设备配置SPI总线中，需要定义主设备和从设备主设备控制数据传输的时序，从设备SPI负责接收数据并进行相应操作多设备连接方式SPI总线可以连接多个从设备，每个从设备都有唯一的地址主设备可以通过SPI地址选择的方式与不同的从设备进行通信应用实例分析SPI总线广泛应用于各种嵌入式系统中，例如微控制器与传感器、存储器、显示器等外设之间的通信SPI总线协议特点I2C（）是一种双线同步串行通信协议，常用于微控制器与传感器、存储器等外设之间的通信它具有线路I2C Inter-Integrated Circuit简单、速度快、成本低等特点总线物理层结构I2C总线采用两根线进行通信，分别为（数据线）和（时钟线）线用于传输数据，线用于同步时钟信号I2C SDASCL SDASCL通信时序详解I2C通信过程的时序图清晰地展现了数据传输的各个阶段，包括起始信号、地址发送、数据传输、应答信号、停止信号等I2C寻址机制I2C每个设备都有一个唯一的位地址，主设备通过发送地址码来选择与哪个I2C7设备进行通信地址由器件制造商预先定义I2C读写操作流程I2C通信过程包括读操作和写操作读操作是指主设备从从设备读取数据，写I2C操作是指主设备向从设备写入数据总线仲裁机制I2C总线支持多主设备通信，通过仲裁机制来解决多个主设备同时访问总线的I2C情况仲裁过程通过线上的电平竞争来实现SDA通信原理UART（）是一种异步串UART UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter行通信协议，常用于微控制器与计算机之间的通信它采用起始位、数据位、奇偶校验位、停止位等数据帧格式进行数据传输波特率设置UART通信需要设置波特率，波特率是指每秒传输的比特数波特率需要在发UART送端和接收端保持一致，才能确保数据传输的正确性数据帧格式UART数据帧格式包括起始位、数据位、奇偶校验位、停止位起始位表示UART数据传输的开始，停止位表示数据传输的结束，数据位包含要传输的数据，奇偶校验位用于检测传输过程中的错误错误检测方式UART通信中，可以使用奇偶校验位进行错误检测奇偶校验位根据数据位的UART奇偶性进行设置，接收端可以通过校验位来判断数据传输是否发生了错误中断处理机制UART通信可以使用中断方式进行数据接收和发送当有数据到达或数据发送UART完毕时，控制器会产生中断信号，通知进行相应的处理UART CPU总线简介CAN（）是一种用于汽车电子领域的现场总线协CAN ControllerArea Network议，具有较高的可靠性和实时性，广泛应用于汽车控制系统、工业自动化控制系统等物理层特性CAN物理层采用差分信号传输，具有较高的抗干扰能力，可以有效地抵抗工CAN业环境中的噪声干扰总线支持多台设备的通信，通过仲裁机制来解决CAN多个设备同时访问总线的情况帧格式详解CAN帧格式包含起始符、仲裁场、控制场、数据场、校验场、场、结束符每个字段都有特定的含义，用于控制数据传输CAN CRCACK和错误检测仲裁机制CAN总线采用了一种独特的仲裁机制，用于解决多个设备同时访问总线的情CAN况仲裁机制基于优先级原则，优先级高的设备可以优先访问总线错误处理CAN总线具有完善的错误处理机制，可以检测和处理数据传输过程中的各种CAN错误，例如数据错误、仲裁错误、总线错误等总线协议1-Wire是一种单线通信协议，适用于传感器网络和数据采集系统它使用一1-Wire根线传输数据和电源，具有成本低廉、线路简单的特点时序要求1-Wire通信过程的时序图清晰地展现了数据传输的各个阶段，包括复位信号、数据发送、数据接收、校验信号等协议定义1-Wire1-Wire了严格的时序要求，需要根据这些要求进行通信设计应用举例1-Wire总线广泛应用于各种传感器网络和数据采集系统中，例如温度传感1-Wire器网络、湿度传感器网络、压力传感器网络等接口概述USB（）是一种高速串行通信协议，广泛应用于计算机USB UniversalSerial Bus与外设之间的通信它具有高速率、低成本、易于使用的特点协议分层USB协议分为多个层次，包括物理层、数据链路层、传输层、应用层等USB每个层次负责不同的功能，共同保证数据的正确传输传输类型USB传输类型包括控制传输、块传输、中断传输、等时传输不同的传输USB类型对应不同的数据传输方式，可以满足不同应用场景的需求设备枚举过程USB当设备连接到计算机时，计算机需要识别设备并进行枚举枚举过程包USB括设备识别、设备描述符获取、设备配置等步骤串行存储器FLASH串行存储器是一种非易失性存储器，可以通过或接口进行读写FLASH SPI I2C操作它常用于存储程序代码、配置数据、用户数据等信息读写操作SPI FLASH存储器的读写操作可以通过接口进行，需要发送特定的命令和SPI FLASHSPI数据地址来进行读写操作存储器具有较快的读写速度，但写入SPI FLASH次数有限存储器应用EEPROM（）EEPROM ElectricallyErasable ProgrammableRead-Only Memory是一种非易失性存储器，可以通过电气方式进行擦除和写入，通常用于存储配置数据、校准数据等信息它具有较高的写入次数和较长的使用寿命，适合用于需要经常更新数据的场合串行接口ADC/DAC串行（ADC/DAC Analog-to-Digital Converter/Digital-to-Analog）是一种将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号Converter的器件，可以通过串行接口进行读写操作它们广泛应用于各种电子系统中，例如数据采集系统、音频系统、控制系统等串行显示器接口串行显示器接口使用串行通信方式来传输数据，常用于、、等显示器常见的串行显示器接口包括接口、接LCD LEDOLED SPII2C口、接口等MIPI实时时钟芯片应用实时时钟芯片（）用于记录时间和日期信息，可以通过串Real-Time Clock行接口进行读写操作它广泛应用于各种电子系统中，例如电脑主板、嵌入式系统、工业控制系统等温度传感器接口温度传感器用于测量温度信息，可以通过串行接口将温度数据传送到其他设备常见的温度传感器接口包括接口、接口、SPII2C1-接口等Wire串行通信故障诊断当串行通信系统出现故障时，需要进行故障诊断以确定故障原因故障诊断可以通过观察信号波形、测试数据传输、分析错误码等方式进行串行接口测试方法串行接口测试方法可以分为硬件测试和软件测试硬件测试可以使用专门的测试仪器进行测试，软件测试可以使用专门的测试软件进行测试串行通信调试工具串行通信调试工具可以帮助工程师进行串行通信的调试，例如发送和接收数据、分析数据帧格式、观察信号波形等常见问题解决方案串行通信系统中可能出现各种问题，例如数据传输错误、通信中断、设备无法识别等针对这些问题，需要根据具体情况进行分析和解决电路设计注意事项在进行串行接口电路设计时，需要考虑以下因素电源选择、信号完整性、电磁兼容性、抗干扰能力等良好的电路设计可以提高系统稳定性和可靠性布局布线要点PCB（）是电子系统的基础，良好的布局布线可PCB PrintedCircuit BoardPCB以提高系统的性能和可靠性在进行布局布线时，需要考虑信号线长PCB度、走线规则、元器件布局、电源和地线等因素。