《單片機技術(shù)與應(yīng)用》串行通信-講義一、RS232接口及協(xié)議概念RS232是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，全稱為EIA-RS-232C。它適用于計算機與外部設(shè)備之間的串行通信。硬件接口（1）信號線：RS232接口通常包含以下信號線：TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)線）RXD（接收數(shù)據(jù)線）GND（地線）RTS（請求發(fā)送）CTS（清除發(fā)送）DTR（數(shù)據(jù)終端就緒）DSR（數(shù)據(jù)設(shè)備就緒）DCD（數(shù)據(jù)載波檢測）RI（振鈴指示）（2）連接器：常見的RS232連接器有DB9和DB25兩種。協(xié)議（1）電氣特性：RS232采用負邏輯，即邏輯“1”為-3V至-15V，邏輯“0”為+3V至+15V。（2）數(shù)據(jù)格式：包括起始位、數(shù)據(jù)位（通常為7位或8位）、奇偶校驗位（可選）、停止位（通常為1位、1.5位或2位）。（3）波特率：表示每秒傳輸?shù)奈粩?shù)，常見的波特率有9600、19200、38400等。（4）通信方式：支持全雙工通信，即可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。二、RS485（RS422）接口及協(xié)議概念RS485和RS422都是EIA制定的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。RS485適用于多點通信，而RS422適用于點對點通信。RS422全雙工（點對點）接線方式：硬件接口（1）信號線：RS485和RS422接口通常包含以下信號線：A（非反向信號線）B（反向信號線）GND（地線）（2）連接器：RS485和RS422接口的連接器與RS232類似，如DB9、DB25等。協(xié)議（1）電氣特性：RS485和RS422采用差分信號傳輸，具有更強的抗干擾能力。差分信號的正負極性表示邏輯“1”和“0”。（2）數(shù)據(jù)格式：與RS232類似，包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。（3）波特率：與RS232相同，可根據(jù)實際需求選擇合適的波特率。（4）通信方式：RS485支持半雙工通信，即同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)；RS422支持全雙工通信。總結(jié)：RS232、RS485和RS422是單片機通信中常用的接口標(biāo)準(zhǔn)。RS232適用于點對點通信，而RS485和RS422適用于多點通信。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)通信距離、抗干擾能力和通信速率等需求選擇合適的接口標(biāo)準(zhǔn)。(單項選擇題)下列關(guān)于RS232接口的說法，錯誤的是？（）A.RS232是一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) B.RS232接口采用正邏輯C.RS232接口可以實現(xiàn)全雙工通信 D.RS232接口的信號線包括TXD和RXD【答案】B【解析】RS232接口采用負邏輯，即邏輯“1”為負電壓，邏輯“0”為正電壓?！疽c】考查RS232接口的電氣特性。(單項選擇題)下列關(guān)于RS485接口的說法，正確的是？（）A.RS485接口適用于點對點通信 B.RS485接口采用單端信號傳輸C.RS485接口支持半雙工通信 D.RS485接口的信號線只有A線【答案】C【解析】RS485接口適用于多點通信，采用差分信號傳輸，支持半雙工通信?！疽c】考查RS485接口的通信方式和電氣特性。(單項選擇題)下列關(guān)于串行通信波特率的說法，錯誤的是？（）A.波特率表示每秒傳輸?shù)奈粩?shù) B.波特率越高，通信速率越快C.RS232、RS485和RS422的波特率必須相同 D.波特率與傳輸距離無關(guān)【答案】D【解析】波特率與傳輸距離有關(guān)，傳輸距離越遠，波特率應(yīng)適當(dāng)降低以保證通信質(zhì)量?！疽c】考查串行通信波特率的概念及其影響因素。(判斷題)RS232接口的信號線中，TXD用于發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD用于接收數(shù)據(jù)。（）【答案】√【解析】RS232接口的信號線中，TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)線）用于發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD（接收數(shù)據(jù)線）用于接收數(shù)據(jù)?！疽c】考查RS232接口信號線的功能。(判斷題)RS485和RS422接口都支持全雙工通信。（）【答案】×【解析】RS485接口支持半雙工通信，而RS422接口支持全雙工通信?！疽c】考查RS485和RS422接口的通信方式。(填空題)RS232接口采用的邏輯是________邏輯，而RS485和RS422接口采用________信號傳輸?！敬鸢浮控摚徊罘帧窘馕觥縍S232接口采用負邏輯，RS485和RS422接口采用差分信號傳輸?！疽c】考查不同接口的電氣特性。(填空題)在串行通信中，數(shù)據(jù)格式包括________位、________位、________位和________位?！敬鸢浮科鹗嘉?；數(shù)據(jù)位；奇偶校驗位；停止位【解析】串行通信的數(shù)據(jù)格式包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位?！疽c】考查串行通信數(shù)據(jù)格式的組成。USB概述USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）是一種外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范計算機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。USB具有以下特點：傳輸速度快：USB1.1版本的數(shù)據(jù)傳輸速率為12Mbps，USB2.0版本可達480Mbps，USB3.0版本更是達到了5Gbps。支持熱插拔：用戶可以在計算機運行過程中插拔USB設(shè)備，而無需重啟計算機。即插即用：操作系統(tǒng)自動識別USB設(shè)備，并為其分配資源?？蛇B接多個設(shè)備：USB采用菊花鏈?zhǔn)竭B接方式，一個USB主控制器可以連接多個設(shè)備。USB通信模型USB通信模型主要包括以下幾部分：USB主機（Host）：負責(zé)管理USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸，如計算機。USB設(shè)備（Device）：連接到USB總線上的外部設(shè)備，如U盤、鼠標(biāo)等。USB集線器（Hub）：用于擴展USB接口，可連接多個USB設(shè)備。USB線纜：用于連接主機與設(shè)備，或設(shè)備與集線器。USB設(shè)備類型USB設(shè)備分為以下幾種類型：USB主設(shè)備：如計算機，負責(zé)控制數(shù)據(jù)傳輸。USB從設(shè)備：如U盤、鼠標(biāo)等，受USB主設(shè)備控制。USB集線器：用于擴展USB接口，同時具備主設(shè)備和從設(shè)備的特點。USB數(shù)據(jù)傳輸類型USB數(shù)據(jù)傳輸類型包括：控制傳輸：用于設(shè)備請求和配置，數(shù)據(jù)量較小，可靠性高。批量傳輸：用于大量數(shù)據(jù)傳輸，如U盤、移動硬盤等。中斷傳輸：用于周期性數(shù)據(jù)傳輸，如鼠標(biāo)、鍵盤等。同步傳輸：用于實時數(shù)據(jù)傳輸，如USB攝像頭、USB音頻設(shè)備等。USB通信協(xié)議USB通信協(xié)議包括以下幾層：事務(wù)層：負責(zé)處理USB事務(wù)，包括令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包等。數(shù)據(jù)鏈路層：負責(zé)數(shù)據(jù)包的封裝與解封，以及錯誤檢測。物理層：負責(zé)電信號與傳輸介質(zhì)的傳輸。USB接口電路USB接口電路主要包括以下部分：USB控制器：負責(zé)實現(xiàn)USB協(xié)議，管理數(shù)據(jù)傳輸。USB收發(fā)器：實現(xiàn)電信號與傳輸介質(zhì)的轉(zhuǎn)換。USB連接器：用于連接USB線纜。(單項選擇題)下列關(guān)于USB通信接口的說法，錯誤的是？（）A.USB接口支持熱插拔功能B.USB3.0版本的數(shù)據(jù)傳輸速率低于USB2.0版本C.USB設(shè)備可以通過集線器擴展接口數(shù)量D.USB接口可以連接多種類型的設(shè)備【答案】B【解析】USB3.0版本的數(shù)據(jù)傳輸速率高于USB2.0版本。【要點】考查USB通信接口的基本特性。(單項選擇題)以下哪種USB數(shù)據(jù)傳輸類型適用于實時數(shù)據(jù)傳輸？（）A.控制傳輸 B.批量傳輸 C.中斷傳輸 D.同步傳輸【答案】D【解析】同步傳輸適用于實時數(shù)據(jù)傳輸，如USB攝像頭、USB音頻設(shè)備等?！疽c】考查USB數(shù)據(jù)傳輸類型的應(yīng)用場景。(單項選擇題)下列關(guān)于USB集線器的說法，正確的是？（）A.USB集線器只能連接一個USB設(shè)備B.USB集線器不具備主設(shè)備和從設(shè)備的特點C.USB集線器可以擴展USB接口數(shù)量D.USB集線器無法提高數(shù)據(jù)傳輸速率【答案】C【解析】USB集線器用于擴展USB接口數(shù)量，可以連接多個USB設(shè)備。【要點】考查USB集線器的功能。(判斷題)USB1.1版本的數(shù)據(jù)傳輸速率可達480Mbps。（）【答案】×【解析】USB1.1版本的數(shù)據(jù)傳輸速率為12Mbps，USB2.0版本可達480Mbps?！疽c】考查USB不同版本的數(shù)據(jù)傳輸速率。(判斷題)USB控制器負責(zé)實現(xiàn)USB協(xié)議，管理數(shù)據(jù)傳輸。（）【答案】√【解析】USB控制器確實負責(zé)實現(xiàn)USB協(xié)議，管理數(shù)據(jù)傳輸?！疽c】考查USB控制器的功能。(填空題)USB通信模型主要包括USB主機、USB設(shè)備、USB集線器和______。【答案】USB線纜【解析】USB通信模型主要包括USB主機、USB設(shè)備、USB集線器和USB線纜?！疽c】考查USB通信模型的組成部分。(填空題)USB數(shù)據(jù)傳輸類型中，______傳輸用于設(shè)備請求和配置，數(shù)據(jù)量較小，可靠性高?！敬鸢浮靠刂啤窘馕觥靠刂苽鬏斢糜谠O(shè)備請求和配置，數(shù)據(jù)量較小，可靠性高?！疽c】考查USB數(shù)據(jù)傳輸類型的特點。1.串口通信基礎(chǔ)串口概念：串口（SerialPort）是計算機與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信的一種接口。在單片機中，串口通常用于數(shù)據(jù)傳輸、程序燒寫、調(diào)試等功能。通信參數(shù)：包括波特率（BaudRate）、數(shù)據(jù)位（DataBits）、停止位（StopBits）、校驗位（Parity）等。波特率：數(shù)據(jù)傳輸速率，單位為bps（比特每秒）。數(shù)據(jù)位：通常為7位或8位，表示每個數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)位的數(shù)量。停止位：用于數(shù)據(jù)幀的結(jié)束，通常為1位或2位。校驗位：用于錯誤檢測，可以是無校驗、奇校驗或偶校驗。2.串口調(diào)試工具介紹工具選擇：常見的串口調(diào)試工具有SecureCRT、Putty、HyperTerminal（Windows系統(tǒng)）、minicom（Linux系統(tǒng)）等。功能特點：串口調(diào)試工具可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，設(shè)置串口參數(shù)，支持數(shù)據(jù)格式化顯示，有的還支持腳本編程。3.使用方法3.1配置串口參數(shù)打開串口調(diào)試工具，進入配置界面。設(shè)置串口號（COM1、COM2等）。設(shè)置波特率，與單片機的串口通信波特率保持一致。設(shè)置數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位，需與單片機的設(shè)置相匹配。3.2數(shù)據(jù)發(fā)送與接收發(fā)送數(shù)據(jù)：在調(diào)試工具的發(fā)送區(qū)域輸入要發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以是十六進制或ASCII碼形式。接收數(shù)據(jù)：單片機通過串口發(fā)送的數(shù)據(jù)會在調(diào)試工具的接收區(qū)域顯示。數(shù)據(jù)格式：可以設(shè)置接收數(shù)據(jù)的顯示格式，如文本、十六進制等。3.3調(diào)試與監(jiān)控實時監(jiān)控：串口調(diào)試工具可以實時顯示單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，便于監(jiān)控程序運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)記錄：部分調(diào)試工具支持將接收到的數(shù)據(jù)保存到文件中，便于后續(xù)分析。3.4故障排查通信異常：通過串口調(diào)試工具可以檢查通信是否正常，如數(shù)據(jù)是否正確接收。程序調(diào)試：利用串口輸出調(diào)試信息，幫助開發(fā)者定位程序中的問題。4.注意事項確保單片機的串口參數(shù)與調(diào)試工具設(shè)置一致。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，注意數(shù)據(jù)格式，避免發(fā)送錯誤的數(shù)據(jù)。使用串口調(diào)試工具時，應(yīng)確保單片機串口處于空閑狀態(tài)，避免數(shù)據(jù)沖突。(單項選擇題)下列關(guān)于串口通信的說法，錯誤的是？（）A.串口通信是一種按位順序傳輸數(shù)據(jù)的通信方式B.串口通信的數(shù)據(jù)傳輸速率由波特率決定C.串口通信中，數(shù)據(jù)位只能是8位D.串口通信需要設(shè)置相同的通信參數(shù)以保證數(shù)據(jù)正確傳輸【答案】C【解析】串口通信中，數(shù)據(jù)位可以是7位或8位，不是只能是8位?！疽c】考查串口通信的基本參數(shù)設(shè)置。(單項選擇題)在使用串口調(diào)試工具時，以下哪項不是必須設(shè)置的參數(shù)？（）A.串口號 B.波特率 C.數(shù)據(jù)位 D.電腦操作系統(tǒng)版本【答案】D【解析】電腦操作系統(tǒng)版本與串口調(diào)試工具的設(shè)置無關(guān)?！疽c】考查串口調(diào)試工具的基本配置。(單項選擇題)以下關(guān)于串口調(diào)試工具的說法，正確的是？（）A.串口調(diào)試工具只能用于發(fā)送數(shù)據(jù)B.串口調(diào)試工具可以實時監(jiān)控串口數(shù)據(jù)C.串口調(diào)試工具不支持數(shù)據(jù)格式化顯示D.串口調(diào)試工具無法保存接收到的數(shù)據(jù)【答案】B【解析】串口調(diào)試工具可以用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)控串口數(shù)據(jù)?！疽c】考查串口調(diào)試工具的功能。(判斷題)串口調(diào)試工具的波特率設(shè)置必須與單片機的波特率設(shè)置一致。（）【答案】√【解析】波特率不一致會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。【要點】考查串口調(diào)試工具與單片機通信參數(shù)的匹配。(判斷題)在使用串口調(diào)