详细讲述串口通信的基本原理24页PPT

串口通信的阻塞和非阻塞方式
阻塞方式是指在传输过程中如果接收方未准备好，发送方将一直等待。 非阻塞方式是指发送方将数据立即发送，不会等待接收方准备好。
串口通信的同步与异步方式
同步方式是指发送方和接收方在数据传输前进行时钟同步。 异步方式是指发送方和接收方之间没有时钟信号同步。
串口通信的控制流
控制流用于控制数据的传输速率和顺序。 常见的控制流有硬件流控制、软件流控制等。
2 异步串口通信
在发送和接收数据之间保持精确的时间同步。
以字符为单位，通过起始位和停止位实现数 据的传输。
3 半双工串口通信
数据只能单向传输，不能同时发送和接收。
4 全双工串口通信
同时进行双向数据传输。
串口通信原理
串口通信通过将数据位、校验位和停止位综合编码，实现数据的传输和校验。
串口通信的物理层
串口通信的历史与发展
串口通信起源于计算机诞生的早期，经历了多次技术升级和演变。 现如今，串口通信依然是重要的数据传输方式。
串口通信的优势与劣势
1 优势
简单、成本低、可靠性高。
2 劣势
传输速率较低、灵活性有限。
串口通信的常见问题及解决方法
串口通信可能会遇到一些常见的问题，如数据丢失、传输错误等。 提供解决这些问题的方法和技巧。
串口通信的相关软件与工具
为了更好地进行串口通信，可以使用各种软件和工具，例如串口助手、调试工具等。
串口通信的未来发展趋势
随着技术的不断进步，串口通信将继续发展和演变。 可能会出现更高速、更稳定的串口通信技术。
串口通信的设计与实现技巧
在设计和实现串口通信时，需考虑数据传输的稳定性、效率和易用性等因素。 提供一些设计和实现的技巧和经验。

模拟 电子开
关
模拟 电子开
关
合成
频带信 号输出
1 01
1.5串行通信的错误校验
1、奇偶校验 在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。 奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应 为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个 数之和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若 发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。 2、代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或）， 产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接 收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字 节异或），将所得结果与发送方的“校验和”进行比较，相 符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。 3、循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的 循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区完整性校验等 。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。
? 典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程 HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
? 同步通信的特点是以特定的位组合“01111110”作为帧 的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以 传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。
1.3 串行通信的传输方向
①单工
? RS-422A传输速率（90Kbps）时，传输距离可达1200米。
2.3 RS-485 接口
? RS-485是RS-422A的变型
：RS-422A用于全双工，而
RS-485则还可用于半双工。
RS-485是一种多发送器标准
，在通信线路上最多可以使用
TTL
TTL 32 对差分驱动器/接收器。

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课程：
计算机控制系统
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1、8251的引脚
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1、8251的引脚
DO—D7：输入／输出，
双向数据总线，
传送给8251的控制字和从8250读取的
状态信息，也通过这些线进行传送。
RESET：输入，复位线。
RD、WD：输入、读／写控制信号线。
CS：输入，片选信号线，
低电平时，CPU才能对8251进行访问。
由发送端发出的编码自带时钟，实现了收、发
双方的自同步功能。
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第一节概述
计 算
一、串行通信和并行通信
机 串
二、同步串行通信和异步串口通信
口
通 信
三、有关串口通信的几个 问题
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有关串口通信的几个问题
1．调制和解调 计算机串行输入/输出的信号是一种用“0”“1”表 示的数字信号（阶跃信号）——进行傅立叶分 解——含有很多高频成分——要求传送线具有 宽频带。 电话线传送话音信号，频带在300—3400Hz。 所以，信号失真。
波特率=位数/单位时间 显然：每位传送时间=1/波特率 例：假如数据传送的速率是 120字符/S
每一个字符包含10位 则波特率=120*10=1200位/s
每位传送时间Td=1/1200s=0.833ms
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有关串口通信的几个问题
4．硬件握手和软件握手 通信设备之间的联络(也称之为“握手”) (1)硬件握手 硬件握手是利用RTS、CTS、DTR、DSR这4个 信号线进行的。
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第一节 概述 计 算 机 一、串行通信和并行通信 串 口 二、同步串行通信和异步串口通信 通 信

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UART结构图
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1. 数据传输模式
回环模式
（此模式仅用于测试，不用做传输数据）。 S5PV210的UART提供了一个参考环回模式测试 模式，有助于排除在通信连接中的故障。通过设 置UART控制寄存器中的环回位来选择此模式。
中断或轮询
当有数据到来或数据可发送时产生中断，通知 CPU。这种方式要求通信硬件比较高，需要支持 产生中断信号。
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5. UART波特率除数寄存器和UART分槽寄存 器 UBRDIVn寄存器和UDIVSLOTn寄存器用来决 定波特率。
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7.2.2 UART操作寄存器


1. UART接收发送状态寄存器（UTRSTATn） UTRSTATn寄存器用于记录UART发送和接收 的状态，其中包括发送器是否为空、发送缓冲 寄存器是否为空。 如下表所示：
DMA模式
通常实现数据的转移或复制时，CPU将从源地址复 制数据到寄存器，然后将寄存器数据再写入到目的 地址处，这个操作是由CPU来执行。
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2. 数据发送


发送的数据帧是可编程的，包括一个开始位， 5-8个数据位，一个可选的奇偶位和1-2个停止 位，其可由线性控制寄存器ULCONn来设置。 发送器也可以产生一个终止条件，其可以对一 个发送时间强制串行输出为逻辑0。在当前发 送字被完全传输完以后，该模块发送一个终止 信号。在终止信号发送后，其不断发送数据到 Tx FIFO中。
当计算机发送一个 信息包，标准的值 是5、6、7和8位。
2. 数据位
每个包是指一个字 节，包括开始/停止 位，数据位和奇偶 校验位。 如何设置取决于想 传输的信息。比如， 标准的ASCII码是 0-127（7位），扩 展的ＡSCII码是0255(8位)。

串口通信原理
传输数据
串口是一种同步传输方式，通过 单线或多线传输二进制数据，实 现计算机与外部设备的交互。
连接设备
串口的标准接口有9根或25根线， 其中包括数据线、控制线和地线 等，用于连接设备和计算机。
转接方式
由于现代计算机一般不带串口， 因此需要转接电路或转接线，将 串口接口转换为USB接口，以便 连接到计算机上。
2 劣势
串口通信传输速率相对较低，同时在数据传输过程中易受到干扰和噪声的影响，因此不 适合高速、大容量的数据传输。
串口通信在实际应用中的案例
工业自动化
串口通信被广泛应用于工业自 动化领域，如PLC控制、远程 监控、机器人控制等，具有稳 定性强、可靠性高的优势。
通信网络
串口通信作为一种传统的数据 通信方式，被应用于诸如智能 家居、物联网等多个通信网络 领域，为数据传输提供了一种 稳定、实用的解决方案。
医疗设备
串口通信被广泛应用于医疗设 备中，如心电图机、血糖仪、 血压计等设备，通过串口传输 数据，实现数据的收集、处理 和存储等功能。
《串口通信课堂讲解》
本课件将讲解什么是串口通信及其原理、协议和常见的设置参数，以及实例 演示如何通过串口发送和接收数据。最后，我们探讨串口通信的优势和劣势， 并分享它在实际应用中的案例。
什么是串口通信？
定义
串口通信指通过计算机上的串口（通常是DB9 或DB25接口）进行数据交换的过程。
历史
串口是计算机最早的输入输出接口，被广泛应 用于远程交互、网络接入、外设控制等领域。
串口通信协议
1
基础概念
串口通信是基于特定协议传输数据的，
协议分析
2
常见的协议包括RS-232、RS-422、RS485等，每个协议有自己的工作模式、通

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2线与4线传输
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RS-422 信号
接线： 4 线全双工
信号 TxA TxB RxA RxB 120Ω GND
接线
信号
RxA 120Ω RxB
TxA TxB GND
优势
1. 抗干扰能力强 2. 传输距离长 (可达 1.2公里) 25 精选版3课. 支件pp持t 点对点和多站通讯方式
2. 判断当前频率是否有信号? (检查线路上是否有数据)
3. 确认当前频率空闲, 按键讲话对方可以听到; (线中上没有数据, 切换状态到数据发送)
A
4. 话讲完后, 松开按键, 回到监听状态; (数据接收状态)
B
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ADDC (自动数据流控)
当使用2线RS485时,最重要的就是要确认数据收发状态.由于RS485-2W界面 的一些限制,只有一个节点(在一根2线RS485总线上)可以在任何时候传输信 号.这个要传输数据的节点必须把数据发送打开,在数据发送完之后关闭.
MOXA定义 为信号正 A为信号负
|A-B|>200mv
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RS-422 特性
RS-422传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速 率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10 个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡 传输方式，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
模式 - 当有数据发送时设置RTS信号， 同时断开监听模式 - 当数据发送完成之后清除RTS信号，转回监听模式 - RTS 状态由用户软件控制
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近距离传送电路
RXD TXD GND
微机
电
RXD
平
TXD
转
GND
换
较远距离传送电 路
RXD TXD
RXD
TXD
GND
GND
RXD TXD GND
微机其他 设备
电
平
RXD
转
TXD
换
GND
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接 微 机口
远距离传送电路
调电 电调
制话 话制
解分 分解
调机 机调
器
器
接微 机
口
T1OUT
RST
C 1
C1
C 1
1
6 7
2
8
3 4
9 5
89C51
C 2
C2
C 2
V+ VCC
MAX232
C3
+5V C4
PC机 COM1
或
COM2
XTAL1
GND
V-
C5
XTAL2 GND
C1=C2=C3=C4=C5=1F
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51单片机串行口结构
<1>51单片机串行口是可编程全双工的通信接口，能同时进行数据的发送和 接收， 也可作为同步移位寄存器使用。
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SM2:多机通信控制位 主要用于方式2、3。在不同串口工作方式下，通
过控制SM2，可以实现多机通信。
SM2作用: 在方式2,3中，发送机SM2=1(程序设置). 接收机SM2=1,若RB8=1,激活RI,引起接收中断RB8=0, 不激活RI,不引起接断。SM2=0,无论RB8=1还是RB8=0 均激活RI引起接收中断。在方式 0 中, SM2应置为0。 在方式1中, 当接收时SM2=1, 则只有收到有效停止位 才激活RI。

串口通信原理及操作流程（精选）
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢！
Hale Waihona Puke 60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

串行同步通信主要应用在网络当中 最常使用高级数据链路控制协议HDLC
~~ ~~
同步字符 数据 数据
数据 校验字符
三、数据传输速率
数据传输速率称为波特率(Baud Rate) 每秒传输的二进制位数bps 字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为 数据传输速率的倒数
【例】如果一个串行字符由1个起始位，7个数据位， 1个奇偶校验位和1个停止位等10个数位构成，每秒钟 传送120个字符，则数据传送的波特率为：
串行通信时的数据、控制和状态信息都使用同一根信号线 传送
收发双方必须遵守共同的通信协议（通信规程），才能解 决传送速率、信息格式、位同步、字符同步、数据校验等 问题
串行异步通信以字符为单位进行传输，其通信协议是起止 式异步通信协议
异步串行数据发送格式
起始位
字符 数据位
1 0 0/1 0/1
…
1、串行通信的基本概念
通信：计算机与外部设备交换信息 串行通信：将数据分解成二进制位用一条信号线，一位一
位顺序传送的方式 串行通信的优势：用于通信的线路少，因而在远距离通信
时可以极大地降低成本 串行通信适合于远距离数据传送，也常用于速度要求不高
的近距离数据传送 PC系列机上有两个串行异步通信接口，键盘、鼠标器与主
串行通信与并行通信相比,虽然有许多优点,但也随 之带来了数据的串/并及并/串转换、数据格式的要求以 及位计数等问题，使之比并行通信实现起来更复杂。
一、数据传送方向
1、全双工方式（full duplex）
通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这 样的传送方式就是全双工制，如图1所示。在全双 工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接 收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。 全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换 操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误 的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有 利。

USB协议
通用串行总线协议，用于 连接计算机和外部设备， 支持高速数据传输。
数据传输方式
异步传输
数据传输以字符为单位，每个字 符前有一个起始位，后有一个或 两个停止位，用于同步。
同步传输
数据传输以数据块为单位，通过 时钟信号同步，适用于高速数据 传输。
数据编码方式
曼彻斯特编码
将数据位和时钟位合并，通过电 压跳变表示0和1。
性。
端口冲突
在多设备连接同一串口 的情况下，可能会产生 端口冲突，导致通讯失
败。
信号干扰
在某些情况下，信号可 能受到外界干扰，导致 数据传输不稳定或错误
。
问题原因分析
硬件故障
通讯设备或线路的硬件故障可 能导致数据传输错误或通讯超
时。
软件配置错误
串口通讯参数设置不正确，如 波特率、数据位、停止位等， 可能导致数据传输错误。
循环冗余校验，通过多项式算法计算 数据的校验码，用于检测错误。
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串口通讯操作流程
串口通讯参数设置
01
02
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04
波特率
设置串口通讯的速率，常用的 波特率有9600、19200、 115200等。
数据位
设置数据传输的位数，常用的 数据位有5、6、7、8位。
停止位
设置数据传输的停止位数，常 用的停止位有1、1.5、2位。
校验位
设置数据传输的校验方式，常 用的校验位有奇校验、偶校验
、无校验等。
数据发送与接收
数据发送
将需要发送的数据按照串口通讯协议打包，通过串口发送出 去。
数据接收
从串口读取接收到的数据，按照串口通讯协议解析数据包。
串口通讯状态检测与特殊处理

如果在数据传送过程中，发生数据断流（即发送方没有数据可发送） 应以同步字符填充。
接收方检测到协议要求的1～2个同步字符后，就可以认为双方已经取 得一致，之后就可以在严格的时钟控制下采样数据线接收数据。同步 通信对双方的时钟要求很严格，并且容易造成错误累积。
20.11.2024
精品医学
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2.3 同步通信
头目）前，广D泛CE地的应接用口于为计孔算式机（和母终头端）或。外设之间的近距离连接。
20.11.2024
精品医学
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3.1 连接器的机械特性
20.11.2024
精品医学
第21页
3.2 串口通信基本接线方法
9针串口（DB9）
25针串口（DB25）
针号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
功能说明 数据载波检测 接收数据 发送数据 数据终端准备 信号地 数据设备准备好 请求发送 清除发送 振铃指示
20.11.2024
精品医学
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2.2 异步通信
异步通信以字符为单位传送数据。为了解决帧同步，每个字符都 附加了一些控制信息，由4部分组成：1位起始位（低电平）、5~8 位数据位、1位奇偶校验位、1~2位停止位（高电平）。
异步通信的通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字 符中两个相邻位代码间的间隔是固定的。
20.11.2024
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2.5 数据纠错和检错
由于突发性干扰（电气干扰、天气干扰等）引起传输信号的误码， 这将直接影响通信系统的可靠性。
将如何发现传输中的错误叫做检错。 当发现错误后，如何消除和纠正错误叫做纠错。 在基本通信规程中，一般采用奇偶校验检错，以反馈重发方式纠错。 在高级通信规程中，一般采用循环冗余校验CRC检错，以自动纠错

也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A， 另一线定义为B，如图2。
图2 通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个
逻辑状态，负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个 信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这 是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线 的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻 状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三 态。
②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16， 17，19,23，24）
③空6个（9，10，11，18，21，25） ④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚） DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注
意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机 提供，至AT机及以后，已不支持。
行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端 匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上， 在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射 信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。 一般终端匹配采用终接电阻方法， 终接电阻一般在RS-422网络中取100Ω，在RS-485 网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻，因 为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。 这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻 要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不 太适合。
RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压 是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入 阻抗为12k RS-422是4k
RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为 1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的 长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才 可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离 下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最 大传输速率仅为1Mb/s。

标准格式，也可以由用户约定。
知识导航
一、串行通信基础
2．串行通信的分类
串行通信的通信方式 同步通信：带时钟同步信号传输。 --SPI，IIC通信接口 异步通信：不带时钟同步信号。 --UART(通用异步收发器),单总线
知识导航
一、串行通信基础
3．常见的串行通信接口
通信标准
引脚说明
通信方式 通信方向
输出数
据缓冲 器
…
串行输
出移位 寄存器
TXD
串行数据输出
外 部
设
备
知识导航
STM32串口异步通信需要定义的参数 起始位 数据位（8位或9位） 奇偶校验位（第9位） 停止位（1或2位） 波特率设置
谢谢！！！
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二、STM32的串口通信接口
STM32的串口通信接口 UART:通用异步收发器 USART:通用同步/异步收发器 大容量STM32F10x系列芯片，包含3个USART和2个 UART。
知识导航
二、STM32的串口通信接口 UART异步通信方式引脚连接方法
RXD:数据输入引脚（数据接受） TXD:数据发送引脚（数据发送）
UART (通用异步收发器)
单总线 （1-wire)
SPI
I2C
TXD:发送端 RXD:接受端 GND:公共地 DQ:发送/接受端
SCK:同步时钟 MISO:主机输入，从机输出 MOSI:主机输出，从机输入 SCL:同步时钟 SDA:数据输入/输出端
异步通信 全双工
异步通信 同步通信
半双工 全双工
同Байду номын сангаас通信 半双工
字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据是低位在前，高位在后， 通过传输线被接收端接收。