异步串行通信协议的设计与实现

单片机与外部设备的通信协议解读与应用实践单片机是指在一个芯片上集成了中央处理器、存储器、输入输出设备和通信设备等功能的微型计算机系统。

它广泛应用于各种电子设备和嵌入式系统中，实现对外部设备的控制和数据传输。

为了实现单片机与外部设备之间的通信，需要采用一种通信协议，以确保数据的可靠传输和正确解析。

本文将对常见的单片机通信协议进行解读，并结合实例进行应用实践。

一、串行通信协议串行通信协议是一种将数据位逐位地传输的通信方式，常见的串行通信协议包括UART、SPI和I2C等。

1. UART（通用异步收发传输）UART是一种通用的异步串行通信协议，用于单片机与外部设备之间的数据传输。

UART使用起始位、数据位、校验位和停止位来组成一个完整的数据帧。

通过波特率的设置，可以实现不同的数据传输速率。

UART通信协议简单易用，广泛应用于各类串行设备间的通信。

2. SPI（串行外设接口）SPI是一种同步串行通信协议，用于连接单片机与外部设备，例如存储器、传感器等。

SPI协议使用一个主设备和一个或多个从设备之间的全双工通信方式。

通信过程中，主设备通过时钟信号控制数据的传输，从设备通过选择信号确定通信目标。

SPI通信速度较快，适用于对速度要求较高的应用场景。

3. I2C（串行外设接口）I2C是一种双线制串行通信协议，用于各种设备间的通信，例如传感器、显示器等。

I2C通信协议使用两根总线线路：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

通过主设备发出的时钟信号控制数据的传输。

I2C协议具有多设备共享同一条总线的特点，适用于多个设备之间交互数据的场景。

二、并行通信协议并行通信协议是一种同时传输多个数据位的通信方式，常见的并行通信协议有8位并行、16位并行和32位并行等。

并行通信协议在数据传输速度上具有明显优势，但在布线和硬件接口上相对复杂，因此一般适用于短距离和高速数据传输的场景。

三、无线通信协议随着无线通信技术的发展，越来越多的单片机应用采用无线通信协议与外部设备进行数据传输。

uart通信原理与程序UART（通用异步收发传输器）是一种串行通信协议，用于在电子设备之间传输数据。

它广泛应用于各种通信设备和嵌入式系统中，是实现设备间通信的一种基本方式。

本文将详细介绍UART的工作原理和编写UART通信程序的步骤。

一、UART的工作原理UART通信是一种简单的、异步的、串行通信方式。

它使用一个数据线（TXD）和一个时钟线（CLK）实现数据的收发。

UART通信的工作原理如下：1.数据传输格式：UART通信使用帧来表示一个完整的数据包，每个帧由起始位、数据位、校验位和停止位组成。

起始位是一个低电平信号，用来告诉接收方接下来的数据的开始。

数据位是实际要传输的数据，可以是一个字节或多个字节。

校验位用于检查数据的准确性，常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余校验（CRC）。

停止位是一个高电平信号，用来表示数据的结束。

2.波特率：3.串行传输：UART通信使用串行传输方式，即每个bit按顺序依次传输。

发送方将数据一位一位地发送到TXD线上，接收方通过CLK线来同步数据的传输。

发送方和接收方都在预定的时钟频率下将数据从一个电平变为另一个电平，以便接收方正确地接收数据。

4.启动和停止：UART通信在数据的开始和结束位置需要一些额外的控制位来标识。

当数据传输开始时，发送方发送一个起始位（低电平），接收方通过检测起始位来确定数据传输的开始。

当数据传输完毕时，发送方发送一个或多个停止位（高电平）来表示数据的结束。

5.同步与异步：UART通信是一种异步通信方式，即发送方和接收方的时钟不同步。

发送方和接收方使用各自的时钟来同步数据的传输，接收方通过检测起始位和停止位来确定数据的开始和结束位置。

二、编写UART通信程序的步骤下面是编写UART通信程序的一般步骤：1.设置波特率：首先，需要设置UART的波特率，确保发送方和接收方使用相同的波特率。

波特率的设置通常是通过设置寄存器完成的，具体的方法可以参考芯片的数据手册。

串口通讯—异步通信方式串行通信可以分为两种类型：同步通信、异步通信。

1.异步通信的特点及信息帧格式：以起止式异步协议为例，下列图显示的是起止式一帧数据的格式：图1起止式异步通信的特点是：一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。

每一个字符的前面都有一位起始位〔低电平，逻辑值〕，字符本身由5-7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位〔也可以没有校验位〕，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位。

停止位和空闲位都规定为高电平〔逻辑值１〕，这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。

从图中可看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。

异步通信可以采用正逻辑或负逻辑，正负逻辑的表示如下表所示：注：表中位数的本质含义是信号出现的时间，故可有分数位，如1.5。

例：传送8位数据45H〔0100,0101B〕，奇校验，1个停止位，则信号线上的波形象图2所示那样：异步通信的速率：假设9600bps，每字符8位，1起始，1停止，无奇偶，则实际每字符传送10位，则960字符/秒。

图22.异步通信的接收过程接收端以“接收时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。

下面以波特率因子等于16〔接收时钟每16个时钟周期，使接收移位寄存器移位一次〕、正逻辑为例说明，如图3所示。

图3〔1〕开始通信时，信号线为空闲〔逻辑1〕,当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。

〔2〕当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，假设仍为低电平，则确认这是“起始位”B，而不是干扰信号。

〔3〕接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。

假设为逻辑1, 作为数据位1；假设为逻辑0，作为数据位0。

〔4〕再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。

UART串口通信协议1. 引言串行通信是在计算机和外设之间传输数据的一种常见方式，而UART（通用异步收发传输器）是其中一种广泛使用的串口通信协议。

UART串口通信协议在各种领域中被广泛应用，例如嵌入式系统、通信设备等。

本文将介绍UART串口通信协议的基本原理、数据格式和常见应用场景。

2. 基本原理UART串口通信协议采用异步通信方式，通过单个数据线进行数据传输。

通信的两个设备之间共享一个时钟信号，其中一个设备充当发送器（Transmitter），另一个设备充当接收器（Receiver）。

发送器将数据按照一定规则发送到数据线上，接收器则根据相同的规则从数据线上接收数据。

UART串口通信协议的基本原理可以概括为以下几个步骤：1.确定波特率（Baud Rate）：波特率是指单位时间内传输的位数，常见的波特率有9600、115200等。

发送器和接收器必须使用相同的波特率才能正常通信。

2.确定数据位数（Data Bits）：数据位数指的是每个数据包中实际传输的位数，通常为5、6、7或8位。

3.确定奇偶校验位（Parity Bit）：奇偶校验位用于检测数据传输过程中是否发生错误。

奇偶校验可以分为奇校验和偶校验两种方式，发送器和接收器必须使用相同的奇偶校验方式。

4.确定停止位（Stop Bits）：停止位用于标识每个数据包的结束，通常为1或2位。

3. 数据格式UART串口通信协议中的数据包由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

其中，起始位和停止位的逻辑电平分别为高和低，用于标识每个数据包的开始和结束。

数据位包含了实际要传输的数据，奇偶校验位用于检测数据的正确性。

下面是UART串口通信协议中常用的数据格式示例：起始位数据位奇偶校验位停止位0 8位 None 1位在以上示例中，数据位为8位，没有奇偶校验位，停止位为1位。

这种数据格式在许多UART串口通信应用中被广泛使用。

4. 应用场景UART串口通信协议在许多领域中得到了广泛应用，以下是一些常见的应用场景：4.1 嵌入式系统在嵌入式系统中，UART串口通信协议用于与外部设备进行通信。

1300 Henley Court Pullman, WA 99163509.334.6306Lab 4b: Application of Asynchronous Serial Communications Protocol for Real-time ControlRevised May 23, 2017This manual applies to Unit 4, Lab 4b.1 Objectives1. To control and monitor the operations of a stepper motor using serial communications between a PIC32microprocessor and a computer terminal.2. To implement real-time control using a preemptive foreground-background task scheduling scheme.3. Simulate an environment that provides both local and remote control of a real-time system.2Basic Knowledge1. Elements of ASCII text encoding .2. I/O configuration for PPS Processors .3. How to initialize special function using the PLIB functions.4. How to program the PIC32 processor to both generate and receive and decode serial text data.3 Equipment List3.1 Hardware1. Basys MX3 trainer board2. Workstation computer running Windows 10 or higher, MAC OS, or Linux3. 2 Standard USB A to micro-B cables4. 4-wire stepper motor5.5V, 4A DC power supplyIn addition, we suggest the following instruments:6. 3.2 SoftwareThe following programs must be installed on your development work station:1. Microchip MPLAB X® v3.35 or higher2. PLIB Peripheral Library3. XC32 Cross Compiler4.WaveForms 2015 (if using the Analog Discovery 2)5.PuTTY Terminal Emulation.4 Project Takeaways1.Knowledge of a PC terminal emulation program.2.How to develop a library of PIC32 software to provide bi-directional communications of single charactersand strings of characters.3.How to generate and decode ASCII text strings.4.How to implement a human-machine interface (HMI) using point-to-point serial communications.5 Fundamental ConceptsSerial communication is the process of sending data one bit at a time, sequentially, over a communication channel or computer bus. This is in contrast to parallel communication, where several bits are sent as a whole on a link with several parallel channels. Both parallel and serial communications have handshaking requirements to synchronize data transfers. Although parallel communications generally have a speed advantage over serial communications, the primary advantage for serial communications is the reduced number of processor I/O pins and connecting wires or conductors.6 Problem StatementIt requires all of the elements of software code developed and hardware used in previous labs, as well as additional hardware and software to support the serial communications with the PC. This project will require you to input text data from the serial port that will set the direction, mode, and speed of the stepper motor. This interface will be in addition to all of the controls provided in Lab 2b. The text from the serial port will be echoed to the LCD. It will be good for you to review the documentation on how the following text manipulating functions are implemented: printf, sprintf, scanf, and strcmp.7 Background InformationLab 4a introduced the basic concepts of UARTs and asynchronous serial communications. Lab 4b extends that knowledge by specifying a system that is capable of two independent control and monitoring locations which is common to many industrial applications, such as gantry cranes and processing plants. In this lab, the switches and push buttons on the Basys MX3, as used in lab 2b, will perform the local control functions. The Basys MX3 LCD will be used as the local display. The UART serial connection will provide the basic control and display functionality using a workstation terminal emulator program.8 Lab 4b8.1 Requirementsmunications will use the PC terminal emulation program for a bit rate of 38400, even parity, 8 databits, and one stop bit.2.Local Control Specifications of Stepper Motora.Direction and Mode controli.BTNR controls the direction of rotor rotation of the stepper motor.ii.BTND controls the stepper motor step mode.iii.The speed of rotation must be the same regardless of stepper mode operation.b.The speed of rotation is set by the hexadecimal value set on the eight slide switches. SW7 is themost significant bit and SW0 is the least significant bit.c.The speed of the motor is to be displayed on the 4-digit 7-segment LED display in RPM.d.The four digits of the Basys MX3 7-segment display are continually updated with a 1 mspersistence (each digit must be turned on for 1 ms). The four digits will be lit in a round-robinfashion in a foreground operation managed by Timer 1 ISR.e.Stepper motor outputs are changed in the Timer 1 ISR using the period as determined by theslide switch settings. The period is determined by converting RPM to ms delay between steps.f.The BTNC push button controls the ON/OFF state of the LED0 in a push-on/push-off manner.i.When LED0 is changed to “ON,” print “Stepper motor under local control” on the serialmonitor. Then read switches and push buttons to set the stepper motor operations andreport the status of the remote serial monitor via UART 4.ii.When LED0 is changed to “OFF,”print “Stepper motor under remote control.” Followed by the message “Enter data [DIR] [MODE] [###] for [DIR] = CW or CCW, [MODE] = FULLor HALF, and [###] = stepper motor speed in RPM” to the remote serial monit or viaUART 4.3.Remote Control Specificationsa.Any change of the stepper motor operations made by local controls must be reported to theserial terminal using the format “[DIR] [MODE] [###]” for [DIR] = “CW” or “CCW”, [MODE] =“FULL” or “HALF”, and “[###]: = stepper motor speed in RPM.”b.When the system is under remote control operation, stepper motor control is implementedusing a command string in the following format: [DIR] [MODE] [###][RETURN] where the textfields are described in 2.f.ii. above. The [RETURN] character is generated when the monitor“Enter” key is pressed. All command fields must contain valid text or range of numbers,otherwise the entire command is ignored and an error message is sent back to the monitor usingthe text “Bad entry\n\r.”8.2 Design Phase1.Develop a data flow diagram for the software components needed for the requirements of Lab 4b.2.Schematic diagrams: Provide a block diagram of the equipment used for Lab 4b.3.Flow diagrams: Provide a complete software control flow diagram for Lab 4b.4.Develop a test plan that lists each requirement stated in section 8.1, including a column for PASS/FAIL. 8.3 Construction Phaseunch a new Microchip MPLAB X project called Lab4b. Add the config_bits.h file to the project.2.Add lab4b.c file to project Lab4b. The initialization segment of the main function should configure all I/Opins, initialize UART 4, initialize the Timer 2 interrupts, set LED0 on (indicating local operating mode), and set all global variables.3.Add all stepper motor files used in Lab 2b to the project.4.Add the UART functions developed for Lab 4a.5.This program will contain the function main and process the serial text. Put the following tasks inside thewhile(1) loop:a.Check for BTNC being pressed.b.Check if a command line of text has been entered.c.The direction and mode string variables can be decoded using the string compare function“strcmp.” An example of using this function would be:x = strcmp(mode_txt,”FULL”);d.Only if the st ring of data in mode_txt is exactly equal to FULL will the value of “x” equal zero. Youmust include <string.h> to be able to use this function.e.After decoding the string data, set the global variables that control direction, mode, and stepdelay (computed from RPM setting).8.4 Testing1.Run the project. Complete the test plan that was developed above.9 Questions1.Why is it appropriate that the UART getstrU4 function be a background process?2.What are the advantages of using serial communications to link to processors?3.What are the disadvantages of using serial communications to link to processors?10 References1.PIC32MX330/350/370/430/450/470 Family Data Sheet2.“Using the USART in Asynchronous Mode”,/downloads/en/DeviceDoc/usart.pdf3.“Asynchronous Communications with the PICmicro® USART”,/downloads/en/AppNotes/00774a.pdf4.RS-232, RS-422, RS-423, RS-485 Asynchronous communications.Appendix A: Basys MX3 Schematic DrawingsFigure A.1. PIC32MX370 to FT232RQR IC schematic diagram.Figure A.2. LCD and switches on the Basys MX3 that controls the stepper motor speed.Figure A.3. PuTTY screenshot generating LCD display.Figure A.4. PuTTY screenshot of serial configuration for 19200 BAUD and ODD parity.Appendix B: Allocating a Heap in MPLAB XIf when compiling your project you see an error like: "ld.exe Error: A heap is required, but has not been specified," this is because you need to specify a heap size by setting “Run” ->“Set Project Configuration” -> “Customize…”. Go to the “xc32-ld” category (under “XC32 (Global Options)”) -> “Heap size (bytes)” to “0” The configuration window should look like Fig. B.1. Click on the “Apply” button followed by clicking on the “OK” button. See/mplabx:creating-a-heap.Figure B.1. Allocating Heap size.。

uart串口通信电路设计-回复UART（通用异步收发传输）是一种常用的串口通信协议，可以实现设备之间的数据传输和通信。

在本文中，将详细介绍UART串口通信电路的设计步骤。

一、什么是UART串口通信电路？UART串口通信电路是一种数字电路，用于将串行数据转换为并行数据，实现设备之间的数据传输和通信。

UART串口通信电路通常由发送电路和接收电路两部分组成。

发送电路：发送电路将并行数据转换为串行数据，并对数据进行格式化。

它通常由一个发送缓冲器、一个发送时钟和控制逻辑组成。

接收电路：接收电路将串行数据转换为并行数据，并对数据进行解码和处理。

它通常由一个接收缓冲器、一个接收时钟和控制逻辑组成。

二、UART串口通信电路的设计步骤1. 确定通信参数在设计UART串口通信电路之前，首先需要确定通信参数，包括波特率、数据位数、校验位数和停止位数等。

这些参数将决定串口通信的速率和精度。

2. 设计发送电路发送电路的主要任务是将并行数据转换为串行数据，并将数据发送到接收设备。

设计发送电路时，需要考虑以下几点：（1）发送缓冲器：发送缓冲器用于存储待发送的数据。

它通常由一个FIFO （先进先出）缓冲器实现，可以提高通信的效率。

（2）时钟和控制逻辑：发送电路需要一个时钟信号来同步数据传输，并且需要控制逻辑来控制数据的发送和处理。

（3）格式化：发送电路需要对数据进行格式化，包括数据位、校验位和停止位的配置。

格式化的目的是提高数据的准确性和可靠性。

3. 设计接收电路接收电路的主要任务是将串行数据转换为并行数据，并将数据传输到接收设备。

设计接收电路时，需要考虑以下几点：（1）接收缓冲器：接收缓冲器用于存储接收到的数据。

它通常由一个FIFO 缓冲器实现，可以提高数据的接收效率。

（2）时钟和控制逻辑：接收电路需要一个时钟信号来同步数据传输，并且需要控制逻辑来控制数据的接收和处理。

（3）解码和处理：接收电路需要对接收到的数据进行解码和处理，包括校验数据的正确性和提取有效数据。

fpga常用接口协议FPGA常用接口协议随着科技的不断发展，FPGA（现场可编程门阵列）在数字电路设计中的应用越来越广泛。

FPGA常用接口协议是指在FPGA与其他设备之间进行数据交换时所使用的通信协议。

本文将介绍几种常见的FPGA接口协议，包括SPI、I2C、UART和PCIe。

一、SPI（串行外设接口）协议SPI是一种串行通信协议，可以实现FPGA与外设之间的数据传输。

SPI接口由四条线组成，分别是时钟信号（SCLK）、主设备输出从设备输入（MOSI）、主设备输入从设备输出（MISO）和片选信号（CS）。

SPI协议采用主从模式，主设备通过控制时钟信号和片选信号来与从设备进行通信。

SPI接口的优点是通信速度快，但只能实现点对点的通信。

二、I2C（串行总线接口）协议I2C是一种串行通信协议，可以实现FPGA与多个外设之间的数据传输。

I2C接口由两条线组成，分别是时钟信号（SCL）和数据信号（SDA）。

I2C协议采用主从模式，主设备通过控制时钟信号和数据信号来与从设备进行通信。

I2C接口的优点是可以同时连接多个从设备，但通信速度相对较慢。

三、UART（通用异步收发传输）协议UART是一种异步串行通信协议，可以实现FPGA与其他设备之间的数据传输。

UART接口由两条线组成，分别是发送线（TX）和接收线（RX）。

UART协议采用点对点通信，通过发送和接收线来进行数据传输。

UART接口的优点是通信简单易用，但通信速度相对较慢。

四、PCIe（外部总线接口）协议PCIe是一种高速串行总线接口协议，可以实现FPGA与计算机之间的数据传输。

PCIe接口由多条差分信号线组成，包括数据传输线（TX和RX）和控制信号线（CLK、RESET等）。

PCIe协议采用主从模式，通过数据传输线和控制信号线来实现高速数据传输。

PCIe接口的优点是通信速度快，但连接和配置相对复杂。

总结：本文介绍了几种常见的FPGA常用接口协议，包括SPI、I2C、UART 和PCIe。

ISO/IEC7816-3串行通信协议的FPGA实现1 引言随着导航定位中数据安全要求的不断提高，导航数据加密越来越普遍，因此用于数据解密运算的SIM卡得以大量应用。

把DSP中解调数据输入到SIM卡中进行解密，就需要转换设备把DSP并行数据转换成符合ISO／IEC7816-3串行通信协议能被SIM正确接收的串行数据，转换没备还需要把SIM卡返回数据转换成并行数据写入DSP进行处理。

另外，随着FPGA在性能资源的不断提高，他在导航方面开始崭露头角。

由于FPGA具有可重构、可综合优化等优点，所以选用FPGA实现DSP到SIM间的数据通信是一个比较理想的方案。

2 ISO／lEC7816-3串行通信协议ISO／IEC7816-3规定了IC卡的电气特性和传输协议。

由接口设备给IC卡提供电源、复位信号和时钟，卡和接口设备间通过I／O端口进行串行通信。

I／O端口共存在两种状态：发送状态和接收状态。

IC卡根据通信协议可分为接触式和非接触式两种。

接触式IC卡主要采用T=0和T=1通信协议。

T=0是异步半双工字符传输协议，T=1是异步半双工块传输协议。

接触式IC卡以图1所示的字符帧方式传输。

串行通信是按位传送的，每位信息宽度定义为基本时间单位ETU(Elementary Time Unit)。

在复位应答期间的信息宽度为“初始ETU”，为372个时钟周期。

复位应答后的信息宽度称为“当前ETU”，计算公式为：其中：F是时钟频率变换因数，D是比特率调整因数，f是时钟频率。

在本方案的设计中，对协议规定字符帧格式的校验位做了调整，在本设计中以“0”为帧起始位，以“1”作为结束位。

从高电平的结束位到低电平的起始位能确保字符帧正确地传输。

3 用FPGA实现DSP与SIM卡间串行通信的方案DSP与SIM卡间串行通信实现原理图如图2所示。

由图2可知，DSP通过I／O控制、并／串转换和串／并转换完成对SIM卡的信息读写。

在此系统中，两个转换起到最主要的作用，他们完成并行信息和符合串行协议的串行信息间的转换。

慢慢的看一‎下,应该容易理‎解.在网络通信过程中，通信双方要‎交换数据，需要高度的‎协同工作。

为了正确的‎解释信号，接收方必须‎确切地知道‎信号应当何‎时接收和处‎理，因此定时是‎至关重要的‎。

在计算机网‎络中，定时的因素‎称为位同步‎。

同步是要接‎收方按照发‎送方发送的‎每个位的起‎止时刻和速‎率来接收数‎据，否则会产生‎误差。

通常可以采‎用同步或异‎步的传输方‎式对位进行‎同步处理。

1. 异步传输（Async‎h rono‎u s Trans‎m issi‎o n）：异步传输将比特分成‎小组进行传‎送，小组可以是‎8位的1个‎字符或更长‎。

发送方可以‎在任何时刻‎发送这些比‎特组，而接收方从不知道它们会在‎什么时候到‎达。

一个常见的‎例子是计算‎机键盘与主‎机的通信。

按下一个字‎母键、数字键或特殊字符键，就发送一个‎8比特位的‎A SCII‎代码。

键盘可以在‎任何时刻发‎送代码，这取决于用‎户的输入速‎度，内部的硬件‎必须能够在‎任何时刻接‎收一个键入‎的字符。

异步传输存在一个潜‎在的问题，即接收方并‎不知道数据‎会在什么时‎候到达。

在它检测到‎数据并做出‎响应之前，第一个比特‎已经过去了‎。

这就像有人‎出乎意料地从后面走‎上来跟你说‎话，而你没来得‎及反应过来‎，漏掉了最前‎面的几个词‎。

因此，每次异步传‎输的信息都‎以一个起始‎位开头，它通知接收‎方数据已经‎到达了，这就给了接‎收方响应、接收和缓存‎数据比特的‎时间；在传输结束‎时，一个停止位‎表示该次传‎输信息的终‎止。

按照惯例，空闲（没有传送数‎据）的线路实际‎携带着一个‎代表二进制‎1的信号，异步传输的‎开始位使信‎号变成0，其他的比特‎位使信号随‎传输的数据‎信息而变化‎。

最后，停止位使信‎号重新变回‎1，该信号一直‎保持到下一‎个开始位到‎达。

例如在键盘‎上数字“1”，按照8比特‎位的扩展ASCII‎编码，将发送“00110‎001”，同时需要在‎8比特位的‎前面加一个‎起始位，后面一个停‎止位。

实验一实验板点对点通信【实验目的】1. 建立双机通信的概念2. 掌握单片机串行口通信的编程和调试方法。

3. 掌握异步串行通信的数据格式及数据协议设定。

【实验环境】PC机一台，keil开发环境一套，RS232通信线【实验重点及难点】串行口通信的程序的设计，以及硬件的连接数据通信的协议等。

【实验原理介绍】1.1 程序下载方式介绍1.1.1 RS232与上位机通信下载程序由于要从上位机中下载程序到单片机中，所以需要建立他们之间的通信线路。

本实验采用MAX232芯片，max232是一种把电脑的串行口rs232信号电平（-10 ，+10v）转换为单片机所用到的TTL信号点平（0 ，+5）的芯片，下面介绍一下max232引脚图，看下面的图。

图3.1 max232引脚图本实验中采用11、12、13、14号管脚作输入输出，其中13、14与DB9连接，11、12与单片机连接。

1.1.2 485通信485通信的过程如下：从DB9接收数据，经过max485芯片实现电平转换，然后max485芯片经过高速光耦与单片机通信，将数据送入单片机中进行处理；处理完成后将数据返回至max485，再经DB9输出。

如此就可实现两单片机之间的通信或单片机与上位机间的通信。

下面介绍一下max485芯片接线方法，如下图示：图2 max485接线图其中1、4为输入输出管脚，经光耦与单片机连接，2、3为使能端，6、7为与外部通信接口。

1．2 MCU功能介绍本实验中选择stc12c5a60s2系列单片机，其管脚图如下：图3 tc12c5a60s2单片机管脚图stc12c5a60s2系列单片机是单时钟的单片机，增强型8051内核，速度比普通8051快8~12倍，宽电压：5.5~3.5V，2.2~3.8V,低功耗设计：空闲模式，掉电模式，工作频率：0~35MHz.时钟：外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置。

全双工异步串行口，兼容8051的串口。

一、实验目的1. 理解串行通讯的基本原理和通信方式。

2. 掌握串行通讯的硬件设备和软件实现方法。

3. 学会使用串行通讯进行数据传输。

4. 通过实验，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实验原理串行通讯是指用一条数据传输线将数据一位一位地按顺序传送的通信方式。

与并行通讯相比，串行通讯具有线路简单、成本低等优点。

串行通讯的基本原理如下：1. 异步串行通讯：每个字符独立发送，字符间有时间间隔，不需要同步信号。

每个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。

2. 同步串行通讯：数据块作为一个整体发送，需要同步信号。

同步串行通讯分为两种方式：面向字符方式和面向比特方式。

三、实验设备1. 计算机：一台2. 串行通讯设备：串行数据线、串行接口卡、串口调试助手等3. 单片机实验平台：一台4. 数码管显示模块：一个四、实验内容1. 异步串行通讯实验（1）硬件连接：将计算机的串口与单片机实验平台的串行接口连接。

（2）软件设计：编写程序，实现单片机向计算机发送数据，计算机接收数据并显示在屏幕上。

（3）实验步骤：a. 设置串行通信参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等。

b. 编写发送程序，实现单片机向计算机发送数据。

c. 编写接收程序，实现计算机接收数据并显示在屏幕上。

2. 同步串行通讯实验（1）硬件连接：与异步串行通讯实验相同。

（2）软件设计：编写程序，实现单片机向计算机发送数据块，计算机接收数据块并显示在屏幕上。

（3）实验步骤：a. 设置串行通信参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等。

b. 编写发送程序，实现单片机向计算机发送数据块。

c. 编写接收程序，实现计算机接收数据块并显示在屏幕上。

3. 双机通讯实验（1）硬件连接：将两台单片机实验平台通过串行数据线连接。

（2）软件设计：编写程序，实现两台单片机之间相互发送和接收数据。

（3）实验步骤：a. 设置串行通信参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等。

PLC与单片机之间的串行通信实现方法探讨PLC(可编程逻辑控制器)和单片机是现代工业自动化中常见的控制设备，它们通常被用于监控和控制工厂中的设备和生产线。

在实际应用中，很多情况下需要PLC和单片机之间进行通信，以便实现数据传输和控制指令的交互。

本文将探讨PLC与单片机之间的串行通信实现方法，为工程师在实际应用中提供一些参考。

一、PLC与单片机之间的通信方式PLC与单片机之间的通信方式主要包括串行通信和网络通信。

在工业控制系统中，串行通信是最常用的一种通信方式，它可以简单地通过串口连接实现设备之间的数据传输。

PLC和单片机都支持串行通信，因此在实际应用中可以选择串行通信方式进行通讯。

二、串行通信的基本原理串行通信是将数据一位一位地按照一定的时间间隔发送出去，接收端再按照相同的时间间隔接收数据。

串行通信有两种方式：同步串行通信和异步串行通信。

在工业控制系统中，异步串行通信方式更常见，因此本文将重点介绍异步串行通信的实现方法。

异步串行通信是将数据分为帧进行传输，每一帧包括起始位、数据位、校验位和停止位。

起始位和停止位用来标识一帧数据的开始和结束，数据位用来传输实际的数据，校验位用来检测数据传输过程中是否发生错误。

在实际应用中，可以通过串口模块来实现异步串行通信。

1. 使用串口模块在实际应用中，可以在PLC和单片机上分别连接串口模块，通过串口模块来实现两者之间的串行通信。

串口模块可以实现串口转换和数据传输，它能够将串行数据转换为并行数据，方便单片机和PLC进行数据交换。

2. 使用Modbus协议Modbus是一种常用的工业通信协议，它可以在串行通信中实现设备之间的数据传输。

在实际应用中，可以使用Modbus协议来实现PLC和单片机之间的通信。

单片机可以通过Modbus协议向PLC发送控制指令，PLC可以通过Modbus协议向单片机发送传感器数据，从而实现数据交换和控制指令的传输。

3. 使用RS485通信以一个简单的例子来说明PLC与单片机之间的串行通信实现方法。

第4章异步串行通信本章导读：目前几乎所有的台式电脑都带有9芯的异步串行通信口，简称串行口或COM 口.由于历史的原因，通常所说的串行通信就是指异步串行通信。

USB、以太网等也用串行方式通信，但与这里所说的异步串行通信物理机制不同。

有的台式电脑带有两个串行口： COM1 口和COM2 口，部分笔记本电脑也带有串行口。

随着 USB接口的普及，串行口的地位逐渐降低，但是作为设备间简便的通信方式，在相当长的时间内，串行口还不会消失，在市场上也可很容易购买到USB到串行口的转接器因为简单且常用的串行通信只需要三根线（发送线、接收线和地线），所以串行通信仍然是MCU与外界通信的简便方式之一。

实现异步串行通信功能的模块在一部分MCU中被称为通用异步收发器（Universal Asynch¬ronous Receiver/Transmitters, UART )，在另一些 MCU 中被称为串行通信接口（ Serial Communication Interface, SCI)。

串行通信接口可以将终端或个人计算机连接到MCU，也可将几个分散的 MCU连接成通信网络，本章的主要知识点有①阐述了串口相关的基础知识；②描述了K60串口糢块的功能概要；③介绍了串口模块驱动构件编程时涉及的相关寄存器；④设计并封装了串行通信的驱动构件；⑤给出第一个中断例程的执行过程和设计流程。

本章介绍的K60UART模块的工作原理以及编程实例，这些编程实例都使用了基于构件的编程思想，读者在阅读时可以仔细体会，以求得对编程方法有更深刻的理解本章所出现的UART 字眼，在没有其他说明的情况下，都是特指K60的UART模块，本章串口驱动编程涉及的寄存器全部给出其详细介绍，目的是让读者对嵌入式底层驱动编程设计的寄存器有个直观的了解，以后各章节将不再给出相关寄存器的详细介绍。

4.1异步串行通信的基础知识本节简要概括了串行通信中常用的基本概念，为学习MCU的串行接口编程做准备。

51单片机与PC串口间通讯设计与分析一、串口通讯原理串口通讯是指通过串口来进行数据的收发传输的一种通讯方式。

串口通讯分为同步串行通讯和异步串行通讯两种方式，而51单片机与PC之间的串口通讯采用的是异步串行通讯方式。

异步串行通信是指每个数据字节之间可以有可变长度的停止位和起始位。

串口通讯一般由以下几个部分组成：1.传输数据线：用于传输数据的信号线，包括发送数据线（TXD）和接收数据线（RXD）。

2.时钟线：用于提供通讯双方的时钟信号。

3.控制线：用于控制串口通讯的流程，包括数据准备好（DSR）、数据就绪（DTR）等。

二、串口通讯协议串口通讯协议是约定通讯双方数据传输的格式和规则，常见的串口通讯协议有RS-232、RS-485等。

在51单片机与PC之间的串口通讯中，一般使用的是RS-232协议。

RS-232协议规定了数据的起始位、数据位数、校验位和停止位等。

起始位用于标识数据的传输开始，通常为一个逻辑低电平；数据位数指定了每个数据字节的位数，常见的值有5位、6位、7位和8位等；校验位用于校验数据的正确性，一般有无校验、奇校验和偶校验等选项；停止位用于表示数据的传输结束，通常为一个逻辑高电平。

三、51单片机串口的程序设计#include <reg52.h>#define UART_BAUDRATE 9600 // 波特率设置#define UART_DIV 256- UART_BAUDRATE/300void UART_Init( //串口初始化TMOD=0x20;SCON=0x50;PCON=0x00;TH1=UART_DIV;TL1=UART_DIV;TR1=1;EA=1;ES=1;void UART_SendByte(unsigned char ch) //串口发送字节TI=0;SBUF = ch;while(TI == 0);TI=0;void UART_Interrupt( interrupt 4 //串口中断处理if(RI)unsigned char ch;ch = SBUF;RI=0;//处理接收到的数据}if(TI)TI=0;//发送下一个字节}void mainUART_Init(;while(1)//主循环}在上述程序中，首先通过UART_Init(函数进行串口初始化，其中设置了波特率为9600；然后使用UART_SendByte(函数发送数据，调用该函数时会把数据放入SBUF寄存器，并等待TI标志位变为1；最后，在UART_Interrupt(函数中，使用RI标志位判断是否收到数据，然后对数据进行处理，TI标志位判断是否发送完当前字节。

FPGA与单片机实现串行通信FPGA（Field-Programmable Gate Array）和单片机是两种常见的嵌入式系统设计元件。

FPGA是一种可编程逻辑芯片，可以重新配置内部逻辑电路以实现各种不同的功能。

它由大量的逻辑门、存储单元和I/O（输入/输出）资源组成。

相比于单片机，FPGA具有更高的灵活性和通用性，并且可以实现更高性能的应用。

单片机则是一种集成了处理器、内存和各种外设接口的微控制器芯片。

它通常具有较小的尺寸和低功耗特性，适用于较简单的应用场景。

单片机通常使用汇编语言或高级编程语言进行程序设计，并通过输入/输出引脚与外部设备进行通信。

串行通信是一种将数据按照位的顺序依次传输的通信方式。

在FPGA与单片机之间实现串行通信有多种方法，其中常见的包括USART、SPI、I2C和UART等。

USART（Universal Synchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter）是一种通用的串行接口，可以工作在同步或异步模式下。

FPGA和单片机可以通过USART接口进行双向数据传输。

USART接口包含多个引脚，包括数据线、时钟线和控制线。

通过配置合适的配置参数，可以实现不同的通信速率和数据格式。

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种全双工的串行通信协议，常用于外设与控制器之间进行高速数据传输。

SPI接口由四根线组成，包括主机输出（MISO）、主机输入（MOSI）、时钟（SCLK）和片选（SS）线。

FPGA可以作为SPI主机，单片机作为SPI从机，通过配置合适的时序和数据格式实现数据的传输。

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种双线串行总线，用于短距离内的设备通信。

I2C由两根线组成，包括串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

FPGA和单片机可以通过I2C接口进行双向数据传输。

在I2C通信中，所有设备都必须拥有唯一的地址，以便正确识别和通信。

实验七、UART串行数据通信实验1（查询与中断方式）一、实验目的通过实验，掌握UART查询与中断方式的程序的设计。

二、实验设备●硬件：PC 机一台●LPC2131教学实验开发平台一套●软件：Windows98/XP/2000 系统，ADS 1.2 集成开发环境。

●EasyARM工具软件。

三、实验原理EasyARM2131 开发板上，UART0 的电路图如图8.1 所示，当跳线JP6 分别选择TxD0和RxD0 端时方可进行UART0 通讯实验。

图8.1 UART0 电路原理图四、实验内容实验内容1使用查询方式，通过串口0 接收上位机发送的字符串如“Hello EasyARM2131!”，然后送回上位机显示，主程序以及各子程序流程如图8.2 所示。

（改写发送内容，字符个数不同）。

说明：需要上位机（PC机）串口终端如EasyARM.exe 软件。

使用串口延长线把LPC2131教学实验开发平台的CZ2(UART0)与PC机的COM1 连接。

PC 机运行EasyARM 软件，设置串口为COM1，波特率为115200，然后选择【设置】->【发送数据】，在弹出的发送数据窗口中点击“高级”即可打开接收窗口。

图8.2 串口实验相关程序流程图1.实验预习要求①研读LPC2000 UART工作原理与控制章节，注意FIFO 接收情况的特性。

②了解LPC2131教学实验开发平台的硬件结构，注意串口部分的电路。

2.实验步骤①启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for lpc2131工程模板建立一个工程DataRet_C。

②在user 组中的main.c 中编写主程序代码，在项目中的config.h 文件中加入#include <stdio.h>。

③选用DebugInFlash生成目标，然后编译连接工程。

④将EasyARM2131开发板上的JP6跳线分别选择TxD0和RxD0端时，方可进行UART0通信实验。

usart协议详解USART（通用同步异步收发传输器）是一种串行通信协议，常用于在微控制器和外部设备之间进行数据传输。

本文将详细介绍USART协议的工作原理、特点以及应用。

一、USART协议的工作原理USART协议包含了同步和异步两种传输方式。

在同步模式下，数据传输的时钟信号由外部产生，在异步模式下则由USART内部产生。

数据传输的基本单位是一个字符，每个字符由一个起始位、数据位和一个或多个停止位组成。

起始位用于引导接收器开始接收数据，停止位用于标识数据的结束。

在异步模式下，数据是按照固定的波特率传输的，每个字符所占用的时间长度是固定的，由系统的时钟频率和波特率决定。

接收方通过边沿检测来识别数据的起始位，然后按照固定的时间长度逐位接收数据，并根据停止位的状态判断数据是否接收完整。

二、USART协议的特点1. 可适用于多种数据模式：USART协议可以支持多种数据模式，包括8位数据模式、9位数据模式、同步模式和异步模式等。

这样可以根据实际需求选择合适的数据模式，提高数据传输的灵活性。

2. 可靠的数据传输：USART协议具有较高的传输可靠性，采用了差错检测和纠正机制，可以自动检测和纠正数据传输中的错误，提高数据传输的正确率。

3. 高效的传输速率：USART协议支持较高的传输速率，可以达到几百kbps甚至更高的速率，适用于高速数据传输的应用场景。

三、USART协议的应用1. 串口通信：USART协议广泛应用于串口通信领域，可以实现微控制器与计算机、外部设备之间的数据传输。

通过串口通信，微控制器可以与上位机进行数据交互，实现监控、控制、数据采集等功能。

2. 无线通信：USART协议也可用于无线通信系统，例如与蓝牙模块、Wi-Fi模块等进行数据通信。

通过USART协议，可以实现无线控制、文件传输等功能，广泛应用于物联网、智能家居等领域。

3. 数据存储和传输：USART协议还可以用于数据存储和传输设备，例如与SD 卡、闪存芯片等进行数据交互。

异步串行UART协议详解中文版UART代表通用异步接收发送器，是一种将数据以串行bit的形式在计算机和外设之间传输的技术。

异步串行通信意味着数据位不需要在时钟信号的同步下传输，而是以不同的速率进行传输。

这种通信方式常见于串口通信和单线通信。

在异步串行UART协议中，数据传输以帧为单位进行。

每个帧由起始位、数据位、校验位和停止位组成。

起始位用于指示一帧的开始，数据位用于存储要传输的数据，校验位用于确保数据的正确性，停止位用于指示一帧的结束。

串口通信通常使用RS-232电平标准，其中逻辑1由负电平表示，逻辑0由正电平表示。

数据位的长度可以是5、6、7或8位，校验位可以是奇校验、偶校验或不使用校验，停止位通常是一个或两个位。

在异步串行UART协议中，计算机和外设之间的数据传输是通过发送和接收操作进行的。

发送操作用于将数据从计算机发送到外设，接收操作用于从外设接收数据并传输到计算机。

在发送操作中，计算机将待发送的数据写入发送缓冲区。

UART控制器将逐位地从发送缓冲区读取数据，并将其转换为适当的电平，然后在传输线上发送。

在接收操作中，UART控制器从传输线上读取电平，并将其转换为相应的位。

一旦接收到足够的位数，UART控制器将数据存储在接收缓冲区中，然后通知计算机该数据已准备好。

除了数据传输外，异步串行UART协议还定义了其他控制信号，如RTS（请求发送）、CTS（清除发送）、DSR（数据设备准备好）、DTR（数据终端准备就绪）、RI（振铃指示）和CD（载波检测）等。

这些信号用于指示通信的状态和控制通信流程。

总结起来，异步串行UART协议是一种用于计算机和外设之间进行数据传输的通信协议。

它定义了数据传输的格式、速率和控制信号，通过发送和接收操作实现数据的可靠传输。

该协议在计算机硬件和软件之间建立了一种可靠的通信接口，被广泛应用于串口通信和单线通信等领域。

异步接收器传输总线(UART)、串行通信接口(SCI)和通用串行总线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。