第6章单片机串行通信系统习题解答 一、填空题 1．在串行通信中，把每秒中传送的二进制数的位数叫波特率。 2．当SCON中的M0M1=10时，表示串口工作于方式 2 ，波特率为 fosc/32或fosc/64 。 3．SCON中的REN=1表示允许接收。 4．PCON 中的SMOD=1表示波特率翻倍。 5．SCON中的TI=1表示串行口发送中断请求。 6．MCS-51单片机串行通信时，先发送低位，后发送高位。 7．MCS-51单片机方式2串行通信时，一帧信息位数为 11 位。 8．设T1工作于定时方式2，作波特率发生器，时钟频率为，SMOD=0，波特率为时，T1的初值为 FAH 。 9．MCS-51单片机串行通信时，通常用指令 MOV SBUF,A 启动串行发送。 10．MCS-51单片机串行方式0通信时，数据从引脚发送/接收。 二、简答题 1．串行口设有几个控制寄存器它们的作用是什么 答：串行口设有2个控制寄存器，串行控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON。其中PCON中只有的SMOD与串行口的波特率有关。在SCON中各位的作用见下表： 2．MCS-51单片机串行口有几种工作方式各自的特点是什么 答：有4种工作方式。各自的特点为：
3．MCS-51单片机串行口各种工作方式的波特率如何设置，怎样计算定时器的初值 答：串行口各种工作方式的波特率设置： 工作方式O ：波特率固定不变，它与系统的振荡频率fosc 的大小有关，其值为fosc/12。 工作方式1和方式3：波特率是可变的，波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率 工作方式2：波特率有两种固定值。 当SM0D=1时，波特率=（2SM0D/64）×fosc=fosc/32 当SM0D=0时，波特率=（2SM0D/64）×fosc=fosc/64 计算定时器的初值计算： 4．若fosc = 6MHz ，波特率为2400波特，设SMOD =1，则定时/计数器T1的计数初值为多少并进行初始化编程。 答：根据公式 N=256-2SMOD ×fosc /（2400×32×12）= ≈243 =F3H TXDA: MOV TMOD,#20H ;置T1定时器工作方式2 MOV TL1,#0F3H ;置T1计数初值. MOV TH1,#0F3H B f B f N OSC SMOD OSC SMOD ??-=???-=384225612322256
ACK BIT 10H SLA DATA 30H SUBA DATA 31H NUMBYTE DATA 32H SDA EQU P1.7 SCL EQU P1.6 MTD EQU 30H MRD EQU 40H ORG 0000H LCALL WRAT24C LCALL RDAT24C LJMP L1 ORG 0030H WRAT24C: MOV SLA,#0A0H MOV NUMBYTE,#8 MOV SUBA,#00H LCALL IWRNBYTE RET IWRNBYTE: MOV A,NUMBYTE MOV R3,A LCALL START MOV A,SLA LCALL WRBYTE LCALL CACK JNB ACK,RETWRN MOV A,SUBA LCALL WRBYTE LCALL CACK MOV R1,#MTD WRDA: MOV A,@R1 LCALL WRBYTE LCALL CACK JNB ACK,IWRNBYTE INC R1 DJNZ R3,WRDA RETWRN: LCALL STOP RET RDAT24C:
MOV SLA,#0A0H MOV NUMBYTE,#8 MOV SUBA,#00H LCALL IRDNBYTE RET IRDNBYTE: MOV R3,NUMBYTE LCALL START MOV A,SLA LCALL WRBYTE LCALL CACK JNB ACK,RETRDN MOV A,SUBA LCALL WRBYTE LCALL CACK LCALL START MOV A,SLA INC A LCALL WRBYTE LCALL CACK JNB ACK,IRDNBYTE MOV R1,#MRD RDN1: LCALL RDBYTE MOV @R1,A DJNZ R3,SACK LCALL MNACK RETRDN: LCALL STOP RET SACK: LCALL MACK INC R1 SJMP RDN1 WRBYTE: MOV R0,#08H WLP: RLC A MOV SDA,C NOP SETB SCL NOP NOP NOP
通用串行总线接口——USB 我相信大家都对USB有一定的了解吧。但是也不能排除有不懂的，不过没关系，下面我就把这一计算机外设接口技术——USB来个全面介绍。我以几个章节来介绍USB的概念、基本特性以及它的应用，让大家对USB有个全面的认识。 概念篇 由于多媒体技术的发展对外设与主机之间的数据传输率有了更高的需求，因此，USB 总线技术应运而生。USB（Universal Serial Bus)，翻译为中文就是通用串行总线，是由Conpaq，DEC，IBM，Inter，Microsoft，NEC和Northen Telecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。 USB接口的主要特点是：即插即用，可热插拔。USB连接器将各种各样的外设I/O端口合而为一，使之可热插拔，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插入到PC以外的总线中，PC就能自动识别和配置USB设备。而且带宽更大，增加外设时无需在PC内添加接口卡，多个USB集线器可相互传送数据，使PC可以用全新的方式控制外设。USB可以自动检测和安装外设，实现真正的即插即用。而USB的另一个显著特点是支持“热”插拔，即不需要关机断电，也可以在正运行的电脑上插入或拔除一个USB设备。随着时间的推移，USB将成为PC的标准配置。基于USB的外设将逐渐增多，现在满足USB要求的外设有：调制解调器，键盘，鼠标，光驱，游戏手柄，软驱，扫描仪等，而非独立性I/O连接的外设将逐渐减少。即主机控制式外设减少，智能控制控制外设增多。USB 总线标准由1.1版升级到2.0版后，传输率由12Mbps增加到了240Mbps，更换介质后连接距离由原来的5米增加到近百米。基于这点，USB也可以做生产ISDN以及基于视频的产品。如数据手套的数字化仪提供数据接口。USB总线结构简单，信号定义仅由2条电源线，2条信号线组成。 基本特性 https://www.doczj.com/doc/5a8852466.html,B的硬件结构 USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游（Downstream)设备提供电源，对于高速且需要高带宽的外设，USB以全速12Mbps的传输数据；对于低速外设，USB则以1.5Mbps的传输速率来传输数据。USB总线会根据外设情况在两种传输模式中自动地动态转换。USB是基于令牌的总线。类似于令牌环网络或FDDI基于令牌的总线。USB主控制器广播令牌，总线上设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过接收或发送数据给主机来响应。USB通过支持悬挂/恢复操作来管理USB总线电源。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host)，集线器（Hub)和功能设备。 主机，也称为根，根结或根Hub，它做在主板上或作为适配卡安装在计算机上，主机包含有主控制器和根集线器（Root Hub)，控制着USB总线上的数据和控制信息的流动，每个USB系统只能有一个根集线器，它连接在主控制器上。 集线器是USB结构中的特定成分，它提供叫做端口（Port)的点将设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。集线可为总线提供能源，亦可为自身提供能源（从外部得到电源），自身提供能源的设备可插入总线提供能源的集线器中，但总线提供能源的设备不能插入自身提供能源的集线器或支持超过四个的下游端口中，如总线提供能源设备的需要超过100mA电源时，不能同总线提供电源的集线器连接。 功能设备通过端口与总线连接。USB同时可做Hub使用。
微处理器中常用的集成串行总线是通用异步 接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI) 和通用串行总线(USB)等，这些总线在速度、 物理接口要求和通信方法学上都有所不同。本文详细介绍了嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口的特性，并为总线最优选择提供性能比较和选择建议。 由于在消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用中增加了嵌入式功能，对低成本、高速和高可靠通信介质的要求也不断增长以满足这些应用，其结果是越来越多的处理器和控制器用不同类型的总线集成在一起，实现与PC软件、开发系统(如仿真器)或网络中的其它设备进行通信。目前流行的通信一般采用串行或并行模式，而串行模式应用更广泛。 微处理器中常用的集成串行总线是通用异步接收器传输总线、串行通信接口、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C) 和通用串行总线，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口这些要求提供一个总体介绍，为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表(表1)。为了说明方便起见，本文的阐述是基于微处理器的设计。 串行与并行相比 串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。例如，用在汽车工业中的LIN 串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信，Dallas公司的1-Wire总线只使用一根线来输送信号和电源。较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线，线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度，所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。相反地，使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。 另外，在PCB板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口，使PCB板面积更大、更复杂，从而增加了硬件成本。此外，工程师还可以很容易地将一个新器件加到一个串行网络中去，而且不会影响网络中的其它器件。例如，可以很容易地去掉总线上旧器件并用新的来替代。
第7章PIC18FXX2串行口及串行通信技术 ?教学目标 串行通信基本知识 串行口及应用 PIC18FXX2与PC机间通信软件的设计
本章知识点概要 ? 1.什么是串行通信，串行通信有什么优点？ ? 2.串行通信协议 ? 3.什么是波特率？ ? 4.PIC18FXX2中的串行口工作方式及应用 ? 5.PIC18FXX2点对点通信 ?针对PIC18FXX2串行口而言，概括为以下问题： 1、波特率设计，初始化SPBRG 2、设定通信协议（工作方式选择，SYNC） 3、如何启动PIC18FXX2接收、发送数据？ 4、如何检查数据是否接收或发送完毕？
7.1 7.1 串行通信基本知识串行通信基本知识 ?在实际工作中，计算机的CPU 与外部设备之间常常要进行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也要交换信息，所有这些信息交换均可称为通信。 ?通信方式有两种，即并行通信和串行通信。 ?采用哪种通信方式?----通常根据信息传送的距离决定例如，PC 机与外部设备（如打印机等）通信时，如果距离小于30 m ，可采用并行通信方式；当距离大于30 m 时，则要采用串行通信方式。PIC18FXX2单片机具有并行和串行二种基本通信方式。
并行通信 ?并行通信是指数据的各 位同时进行传送（发送 或接收）的通信方式。 ?优点：传送速度快； ?缺点：数据有多少位， 就需要多少根传送线。 ?例如，右图PIC18FXX2 单片机与外部设备之间 的数据传送就属于并行 通信。
串行通信 ?串行通信是指数据一位(bit)一位按顺序传送的通信方式。?优点：只需一对传输线（利用电话线就可作为传输线），大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信； ?缺点：传送速度较低。假设并行传送N位数据所需时间为T，那么串行传送的时间至少为N*T，实际上总是大于N*T。 接收设备发送设备 D2 D1 D0 D3 D7 D6 D5 D4
简单描述： SPI 和I2C这两种通信方式都是短距离的，芯片和芯片之间或者其他元器件如传感器和芯片之间的通信。SPI和IIC是板上通信,IIC有时也会做板间通信,不过距离甚短,不过超过一米,例如一些触摸屏,手机液晶屏那些很薄膜排线很多用IIC,I2C能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C 是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存这两种线属于低速传输； 而UART是应用于两个设备之间的通信，如用单片机做好的设备和计算机的通信。这样的通信可以做长距离的。UART和,UART就是我们指的串口,速度比上面三者快,最高达100K左右,用与计算机与设备或者计算机和计算之间通信,但有效范围不会很长,约10米左右,UART优点是支持面广,程序设计结构很简单,随着USB的发展,UART也逐渐走向下坡； SmBus有点类似于USB设备跟计算机那样的短距离通信。 简单的狭义的说SPI和I2C是做在电路板上的。而UART和SMBUS是在机器外面连接两个机器的。 详细描述： 1、UART(TX,RX)就是两线，一根发送一根接收，可以全双工通信，线数也比较少。数据是异步传输的，对双方的时序要求比较严格，通信速度也不是很快。在多机通信上面用的最多。 2、SPI(CLK,I/O,O,CS)接口和上面UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART 的缺点也就是它的优点了，对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面，如大容量存储器等。 3、I2C(SCL,SDA)接口也是两线接口，它是两根线之间通过复杂的逻辑关系传输数据的，通信速度不高，程序写起来也比较复杂。一般单片机系统里主要用来和24C02等小容易存储器连接。 SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行 UART：通用异步串行口。按照标准波特率完成双向通讯，速度慢 SPI:一种串行传输方式,三线制,网上可找到其通信协议和用法的 3根线实现数据双向传输 串行外围接口 Serial peripheral interface UART:通用异步收发器 UART是用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是，它提供了
第09章单片机应用系统资源扩展习题解答 一、填空题 1. 8051 单片机扩展I/O 口时占用片外数据存储器的地址。 2. 8051 单片机寻址外设端口时用寄存器间址寻址方式。 3. 8051 单片机PSEN 控制程序存储器读操作。 4. 8051 单片机访问片外存储器时利用ALE 信号锁存来自P0 口的低八位地址信号。 5. 12 根地址线可选4K 个存储单元，32KB存储单元需要15 根地址线。 6. 欲增加8KB× 8 位的RAM区，请问选用Intel 2114(1KB × 4 位) 需购16 片；若改用Intel 6116(2KB× 8 位) 需购 4 片，若改用Intel 6264 (1KB× 8 位)需购8 片。 7．74LS164 是串入并出转换芯片，74LS165 是并入串出转换芯片。 8．74LS138 是具有 3 个输入端的译码器芯片，其输出作为片选信号时，最多可以选中8 块芯片。 9．74LS273 通常用来作简单输出接口扩展；而74LS244 则常用来作简单输入接口扩展。 10．片选方式通常有 3 种形式：线选法、部分译码器法、全译码法 二、简答题 1．简述单片机并行扩展外部存储器时三总线连接的基本原则。 答：P0 口提供数据线，P0、P2 口提供地址线，低位用于片内选择，高位用做片选信号， 用PSEN 控制程序存储器的读操作，用RD 和WR 控制数据存储器或I/O 端口的读写。 2．什么是全译码？什么是部分译码？什么是线选法？有什么特点？ 答：（1）全译码法：先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开始顺次相连后， 剩余的高位地址线的全部经译码后连接到各扩展芯片的片选线上。全译码法扩展芯片的地址 空间是唯一确定的，不会有地址重叠。但译码电路相对复杂。 （2）部分译码法：与全译码法类似，先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开 始顺次相连后，剩余的高位地址线的一部分经译码后连接到各扩展芯片的片选线上。部分译 码使存储器芯片的地址空间也有重叠，但硬件上比全译码法简单，重叠情况与线选法相比较 又有所改进。 （3）线选法：先将扩展芯片的地址线与单片机的地址总线从低位开始顺次相连后，剩余的 高位地址线的一根或几根直接连接到各扩展芯片的片选线上。线选法的优点是简单明了，不需增加额外电路。缺点是存储空间不连续，存在地址重叠现象。适用于扩展存储容量较小的
SPI、I2C、UART三种串行总线的区别 第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); I2C(INTER IC BUS：意为IC之间总线) UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI 设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。 I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。 如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备） UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。 显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。 第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行； 第四，看看牛人们的意见吧！ wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且I2C使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI 则无所谓，因为它是有时钟的协议。 quickmouse：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。
微机原理与应用实验报告6 实验9 串行通信技术 实验10A 模拟信号转换接口 实验报告
实验九串行通信技术 一、实验目的 1. 了解异步串行通信原理； 2. 掌握MSP430异步串行通信模块及其编程方法； 二、实验任务 1. 了解MSP430G2553实验板USB转串口的通信功能，掌握串口助手的使用 （1）利用PC机的串口助手程序控制串口，实现串口的自发自收功能 为实现PC串口的自发自收功能，须现将实验板上的扩展板去下，并将单片机板上的BRXD和BTXD用杜邦线进行短接，连接图如下所示： 由此可以实现PC串口的自收自发功能。 （2）思考题：异步串行通信接口的收/发双方是怎么建立起通信的 首先在异步通信中，要求接收方和发送方具有相同的通信参数，即起始位、停止位、波特率等等。在满足上面条件的情况下，发送方对于每一帧数据按照起始位数据位停止位的顺序进行发送，而接收方则一直处于接受状态，当检测到起始位低电平时，看是采集接下来发送方发送过来的数据，这样一帧数据（即一个字符）传送完毕，然后进行下一帧数据的接受。这样两者之间就建立起了通信。 2. 查询方式控制单片机通过板载USB转串口与PC机实现串行通信 （1）硬件连接图
（2）C语言程序 采用SMCLK=1.0MHz时，程序如下：
其中SMCLK=1MHz，波特率采用的是9600，采用低频波特方式，则N=1000000/9600=104.1666…，故UCA0BR1=0，UCA0BR0=104，UCBRS=1； 当采用外部晶振时，时钟采用默认设置即可，程序如下：
也是采用了低频波特率方式，所以关于波特率设置的相关计算和上面是一样的。 （3）思考：如果在两个单片机之间进行串行通信，应该如何设计连线和编程？ 由于在上面的连线中将单片机上的P1.2和BRXD相连，P1.1和BTXD相连，所以若要在两个单片机之间进行通信，首先应该将两个单片机的P1.2和P1.1交叉相连，并根据上面的程序进行相同的关于端口和波特率相关的设置即可实现两个单片机之间的通信。 3. （提高）利用PC机RS232通信接口与单片机之间完成串行通信 （1）硬件连接图 在实验时，采用了将PC机的串口com1直接连接至MSP430F149的孔型D9连接器上，G2553单片机的输出引脚P1.1和P1.2分别与F149单片机上的URXD1和UTXD1相连接，连接图如下所示：
串行通信和并行通信图文解释： 并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过 对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算 机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。 串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经 传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广 阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。 串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。
串行传输和并行传输的区别： 从技术发展的情况来看，串行传输方式大有彻底取代并行传输方式的势头，USB 取代IEEE 1284，SATA取代PATA，PCI Express取代PCI……从原理来看，并行传输方式其实优于串行传输方式。通俗地讲，并行传输的通路犹如一条多车道的宽阔大道，而串行传输则是仅能允 许一辆汽车通过的乡间公路。以古老而又典型的标准并行口(Standard Parallel Port)和串行口(俗称COM口)为例，并行接口有8根数据线，数据传输率高；而串行接口只有1根数据线，数据传输速度低。在串行口传送1位的时间内， 并行口可以传送一个字节。当并行口完成单词“advanced”的传送任务时，串行口中仅传送了这个单词的首字母“a”。 根据组成字符的各个二进制位是否同时传输，字符编码在信源/信宿之间的传输分为并行传输和串行传输两种方式。 1、并行传输： 字符编码的各位（比特）同时传输。 特点： （1）传输速度快:一位（比特）时间内可传输一个字符； （2）通信成本高:每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含8个二进制位，则并行传输要求8个独立的信道的支持； （3）不支持长距离传输:由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。 2、串行传输： 将组成字符的各位串行地发往线路。 特点： （1）传输速度较低，一次一位； （2）通信成本也较低，只需一个信道。 （3）支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。 方式： 串行传输有两种传输方式： 1、同步传输 2、异步传输 硬盘接口模式的区别，SATA的优点 PATA(IDE)， SATA接口的区别以及SATA的优势
第十二章习题与思考题 典型例题解析 例12-1 总线标准与接口标准的特点 答案：总线标准与接口标准在概念上是不同的，但是，往往把一些接口标准说成是总线标准。实际上两者之间是有其区别特征的。 （1）总线标准的特点 ①公用性，同时挂接多种不同类型的功能模块； ②在机箱内以总线扩展插槽形式提供使用； ③一般为并行传输； ④定义的信号线多，且齐全，包括分离的数据、地址和控制信号线以及电源线。 （2）接口标准的特点 ①专用性，一般是一个接口只接一类或一种设备； ②一般设在机箱外，以接口插头（座）形式提供使用； ③有并行和串行两种传输； ④定义的信号线少，且不齐全，一般是控制信号线、数据信号线、地址信号线共用。 例12-2 计算机系统采用“面向总线”的形式有何优点？ 答案：面向总线结构形式的优点主要有： ①简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线结构是由总线接口代替了专门的I/O接口，由总线规范给了传输线和信号的规定，并对存储器、I/O设备和CPU如何挂在总线上都作了具体的规定。所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作CPU插件、存储器插件以及CPU、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。 ②简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。 ③系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充即简单又快速可靠，而且也便于查错。 ④系统更新性能好。因为CPU、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，而这种更新只需更新需要新的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。
SPI串行总线接口的Verilog实现 摘要：集成电路设计越来越向系统级的方向发展,并且越来越强调模块化的设计。SPI(Serial Peripheral Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,容许CPU 与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。本文简述了SPI总线的特点,介绍了其4条信号线,SPI串行总线接口的典型应用。重点描述了SPI串行总线接口在一款802.11b芯片中的位置,及该接口作为基带和射频的通讯接口所完成的功能,并给出了用硬件描述语言Verilog HDL 实现该接口的部分程序。该实现已经在Modelsim 中完成了仿真, 并经过了FPGA 验证, 最后给出了仿真和验证的结果。 在SOC设计中,利用EDA 工具设计芯片实现系统功能已经成为支撑电子设计的通用平台.并逐步向支持系统级的设计方向发展。而且,在设计过程中,越来越强调模块化设计。 SPI总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,具有接口线少、通讯效率高等特点。本文给出的是利用Verilog HDL实现的SPI总线模块,该模块是802.11b无线局域网芯片中一个子模块,该模块完成了芯片中基带(base band)与RF的通讯工作. 1 SPI总线接口概述 SPI(Serial Parallel Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,允许CPU 与各种外围接口器件(包括模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等)以串行方式进行通信、交换信息。他使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MISO)、主机输出/从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(CS)。这样,仅需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O 器件其典型结构如图1所示。 SPI总线具有以下特点： (1)连线较少,简化电路设计。并行总线扩展方法通常需要8根数据线、8～16根地址线、2～3根控制线。而这种设计,仅需4根数据和控制线即可完成并行扩展所实现的功能。 (2)器件统一编址,并与系统地址无关,操作SPI独立性好。 (3)器件操作遵循统一的规范,使系统软硬件具有良好的通用性。 2 SPI总线接口的设计与实现 该模块是802.1lb无线局域网芯片中的一子模块,其在芯片中的位置如图2所示。
第五章 串行通信和可编程串行接口芯片 一·单项选择题 1. 与并行通信相比，串行通信适用于（ ① ）情况。 ① 远距离传送 ② 快速传送 ③近距离传送 ④ 传送信号要求高 2. 当芯片8251的＝0 R W ＝O ，D /C ＝l 时，则（ ① ） ①允许8251接受CPU 的命令字 ②8251向CPU 送状态字 ③CPU 往8251送数据 ④8251向CPU 送数据 3. 设串行异步通信时，数据传送的速率是400字符／秒，每个字符为12位二进制数据， 则传送的波特率是（ ③ ） ① 12000 ②2400 ③ 4800 ④9600 4．串行接口芯片8251A （ ③ ）。 ① 只能作异步传送 ②只能作同步传送 ③既能作异步传送又能能作同步传送 ④ 可作并行传送 5．串行接口中，并行数据和串行数据的转换是用（ ② ）来实现的。 ① 数据寄存器 ② 移位寄存器 ③ 锁存器 ④ A/D 转换器 6．串行异步通信的实现必须做到（③ ）。 ①通信双方有同步时钟传送，以实现同步 ②一块数据传送结束时，用循环冗余校验码进行校验 ③以字符为传送信息的单位，按约定配上起始位、停止位和校验位 ④块与块之间用同步字符01111110隔开 7．在异步串行通信中若要传送扩展ASCII 码，则异步串行码字符格式第8位数据（④ ）。 ① 不传送 ② 恒为0 ③恒为1 ④ 为有用数据 8．RS-232C 标准电气特性规定逻辑“0”电平为（ ④ ）。 ① 0~0.4V ② 0~0.8V ③ -3~ -15V ④ +3~+15V 9．在下列总线中，（ ② ）是一种串行总线接口。 ① PC/XT ② USB ③ PCI ④ ISA 10．在异步串行通信中，波特率是指（ ① ）。 ① 每秒钟传送的二进制位数 ②每秒钟传送的字节数 ③每秒钟传送的字符数 ④ 每秒钟传送的数据帧数 11. RS-232C 是一个（ ③ ）标准。 ① 片总线 ② 内总线 ③ 串行通信 ④电流环 12．8251A 异步工作，其数据格式中有8位数据位，1位偶校验位，2位停止位。要求每秒 传送1600个字符，需选用传送速率为（ ③ ）。 ①9600波特 ② 17600波特 ③ 19200波特 ④ 12800波特 13． 上题中若波特率系数等于16，则发送时钟或接收时钟频率是（ ② ）。 ①9.6 KHz ②307.2 KHz ③192 KHz ④153.6KHz 14. CPU 送给8251A 的并行数据，由（ ① ）串行发送给外设的. ①TXD 端 ②RXD 端 ③RXC 端 ④TXC 端 15. 下列不属于UART 通信错误标志的是（④）。 ①奇偶错误 ②帧错误 ③溢出错误 ④ 循环错误 16.同步串行通信与异步串行通信比较，以下说法错误的是( ④ ) ①异步通信按字符成帧，同步通信以数据块成帧
微处理器中常用的集成串行总线就是通用异步接收器传输总线(UART)、串行通 信接口(SCI)与通用串行总线(USB)等,这些总 线在速度、物理接口要求与通信方法学上都 有所不同。本文详细介绍了嵌入式系统设计 的串行总线、驱动器与物理接口的特性,并为 总线最优选择提供性能比较与选择建议。 由于在消费类电子产品、计算机外设、汽车与工业应用中增加了嵌入式功能,对低成本、高速与高可靠通信介质的要求也不断增长以满足这些应用,其结果就是越来越多的处理器与控制器用不同类型的总线集成在一起,实现与PC软件、开发系统(如仿真器)或网络中的其它设备进行通信。目前流行的通信一般采用串行或并行模式,而串行模式应用更广泛。 微处理器中常用的集成串行总线就是通用异步接收器传输总线、串行通信接口、同步外设接口(SPI)、内部集成电路(I2C) 与通用串行总线,以及车用串行总线,包括控制器区域网(CAN)与本地互连网(LIN)。这些总线在速度、物理接口要求与通信方法学上都有所不同。本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器与物理接口这些要求提供一个总体介绍,为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表(表1)。为了说明方便起见,本文的阐述就是基于微处理器的设计。 串行与并行相比
串行相比于并行的主要优点就是要求的线数较 少。例如,用在汽车工业中的LIN串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信,Dallas公司的1-Wire总线只使用一根线来输送信号与电源。较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线,线数的多少取决于设计中地址与数据的宽度,所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口,这增加了芯片的总体尺寸。相反地,使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。 另外,在PCB板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口,使PCB板面积更大、更复杂,从而增加了硬件成本。此外,工程师还可以很容易地将一个新器件加到一个串行网络中去,而且不会影响网络中的其它器件。例如,可以很容易地去掉总线上旧器件并用新的来替代。 串行总线的故障自诊断与调试也非常简单,可以很容易地跟踪网络中一个有故障的器件并用新器件替换而不会干扰网络。但另一方面,并行总线比串行速度快。例如,Rambus公司的“Redwood”总线速度可高达6、4GHz,而最高的串行速度不会超过几个兆赫。 在工业与汽车应用中常用的串行协议 1、UART
通用串行总线(USB)原理及接口设计 类别：接口电路阅读：1964 作者：广州五山华南理工大学电子与通信工程系９８级硕士研究生（510641）刘炎冯穗力叶梧来源：《电子技术应用》 通用串行总线(USB)原理及接口设计摘要：以ＵＳＢ１．１为基础讨论了ＵＳＢ的基本原理、工作流程、通信协议和相应的关键技术，并介绍了一种ＵＳＢ接口的１０Ｍ以太网卡的设计方案。已经发布的ＵＳＢ２．０支持４８０Ｍｂｐｓ的高速数据传输，这将使ＰＣ可以通过ＵＳＢ接口传输更高速更大量的数据。还论述了ＵＳＢ２．０的改进和优点。关键词：通用串行总线(ＵＳＢ) 设备驱动程序ＷＤＭ 通用串行总线ＵＳＢ(ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ)是Ｉｎｔｅｌ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ等大厂商为解决计算机外设种类的日益增加与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而于１９９５年提出制定的。它是一种用于将适用ＵＳＢ的外围设备连接到主机的外部总线结构，主要用在中速和低速的外设。ＵＳＢ同时又是一种通信协议，支持主机和ＵＳＢ的外围设备之间的数据传输。目前较多设备支持的是ＵＳＢ１．１ １ ，最新的ＵＳＢ２．０ ３ 已于２０００年４月正式发布。 ＵＳＢ设备具有较高的数据传输率、使用灵活、易扩展等优点。 ＵＳＢ１．１有全速和低速两种方式，低速方式的速率为１．５Ｍｂｐｓ，支持一些不需要很大数据吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等；全速模式为１２Ｍｂｐｓ，可以外接速率更高的外设。在刚刚发布的ＵＳＢ２．０中，增加了一种高速方式，数据传输率达到４８０Ｍｂｐｓ，可以满足更加高速的外设的需要。 安装ＵＳＢ设备不必打开主机箱，它支持即插即用(ＰｌｕｇａｎｄＰｌａｙ) 和热插拔(ＨｏｔＰｌｕｇ)。当插入ＵＳＢ设备的时候，主机检测该外设并且通过自动加载相关的驱动程序来对该设备进行配置，并使其正常工作。 １ＵＳＢ的结构与工作原理 １．１物理结构 ＵＳＢ的物理拓扑结构如图１所示。在ＵＳＢ２．０中，高速方式下Ｈｕｂ使全速和低速方式的信令环境独立出来，图２中显示了高速方式下Ｈｕｂ的作用。 通过使用集线器(Ｈｕｂ)扩展可外接多达１２７个外设。ＵＳＢ的电缆有四根线，两根传送的是５Ｖ的电源，另外的两根是数据线。功率不大的外围设备可以直接通过ＵＳＢ总线供电，而不必外接电源。ＵＳＢ总线最大可以提供５Ｖ５００ｍＡ电流，并支持节约能源的挂机和唤醒模式。 １．２ＵＳＢ设备逻辑结构 ＵＳＢ的设备可以分成多个不同类型，同类型的设备可以拥有一些共同的行为特征和工作协议，这样可以
三、SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 SPI概述 SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行. SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200. SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI 和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。 （1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK –时钟信号，由主设备产生 （4）CS –从设备使能信号，由主设备控制 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO 线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。 在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。 AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。 SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。 [编辑本段] SPI协议举例
多种工业应用串行总线特性及比较 由于在消费类电子产品、计算机外设、汽车和工业应用中增加了嵌入式功能，对低成本、高速和高可靠通信介质的要求也不断增长以满足这些应用,其结果是越来越多的处理器和控制器用不同类型的总线集成在一起,实现与PC软件、开发系统(如仿真器)或网络中的其它设备进行通信。目前流行的通信一般采用串行或并行模式，而串行模式应用更广泛。 微处理器中常用的集成串行总线是通用异步接收器传输总线、串行通信接口、同步外设接口(SPＩ）、内部集成电路(Ｉ2C) 和通用串行总线，以及车用串行总线，包括控制器区域网（ＣA N)和本地互连网（LIN)。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口这些要求提供一个总体介绍，为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表（表1)。为了说明方便起见，本文的阐述是基于微处理器的设计。 串行与并行相比 串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。例如，用在汽车工业中的LIN串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信，Dallａs公司的1-Wiｒe总线只使用一根线来输送信号和电源。较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线,线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度,所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。相反地,使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。 另外，在PCＢ板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口,使PＣB板面积更大、更复杂，从而增加了硬件成本。此外，工程师还可以很容易地将一个新器件加到一个串行网络中