串口通訊實(shí)戰(zhàn)

串口通訊實(shí)戰(zhàn)第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.1串行通訊基本原理在講解具體的RS232通訊接口設(shè)計(jì)之前，本節(jié)先介紹嵌入式系統(tǒng)中的串行通訊的基本原理與知識。在單片機(jī)及其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，微處理器與外部設(shè)備的通訊方式一般有并行通訊模式與串行通訊模式兩種。微處理器與內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)等外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳遞一般都采用并行通訊標(biāo)準(zhǔn)，在并行通訊中，一個數(shù)據(jù)位需要一個數(shù)據(jù)線，因此并行通訊只適合于近距離的通訊。當(dāng)數(shù)據(jù)位較多或者傳遞距離遠(yuǎn)的時(shí)候，串行通訊的優(yōu)點(diǎn)便顯示出來了：串行通訊只需要兩根傳輸線，能夠節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸線，并能夠保證長距離數(shù)據(jù)通訊的可靠性。串行通訊與并行通訊相比的主要缺點(diǎn)是傳送速度比并行通訊慢，第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.1.1同步通訊與異步通訊串行通訊中，按照通訊數(shù)據(jù)的同步方式，可以分為同步串行通訊與異步串行通訊。串行同步通訊通過兩個通訊設(shè)備之間的共有時(shí)鐘信號進(jìn)行通訊的同步，而異步通訊并不需要兩個通訊設(shè)備之間有共同的時(shí)鐘信號，但是要求通訊雙方以同樣的比特速率發(fā)送數(shù)據(jù)。在常用的單片機(jī)通訊模式中，SPI屬于同步串行通訊，而RS-232屬于異步串行通訊。在異步串行通訊中，數(shù)據(jù)一般以字節(jié)為單位進(jìn)行傳送。發(fā)送端一個字節(jié)一個字節(jié)地發(fā)送數(shù)據(jù)，通過傳輸線，接收設(shè)備一個字節(jié)一個字節(jié)地接收。發(fā)送端和接收端各有獨(dú)立的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，兩個時(shí)鐘源是獨(dú)立的，相互并不需要同步。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.1.2波特率在異步通訊中，除了要規(guī)定好傳輸數(shù)據(jù)的幀格式以外，還要規(guī)定好通訊的波特率。波特率是指異步通訊中數(shù)據(jù)傳遞的速率，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)。傳送速率用每秒傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)來表示，因此稱為Baudrate，中文稱為波特率。每秒傳送一個數(shù)據(jù)位就是一波特。1波特=1bps（位/秒）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際通訊的需要來選擇波特率，例如設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳送的速率為300字節(jié)/秒，加上起始位、奇偶校驗(yàn)位、停止位后每幀數(shù)據(jù)長度為11位，則需要的波特率如下所示。300幀/秒×11位/幀=3300位/秒=3300bps第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.1.3單工、半雙工與全雙工通訊根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向，可以將串行通訊分為以下3種類型。（1）單工通訊（2）半雙工通訊（3）全雙工通訊第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2RS-232通訊接口設(shè)計(jì)RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1960年發(fā)布的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)接口，至今已經(jīng)成為異步串行通訊中應(yīng)用最為廣泛的通訊標(biāo)準(zhǔn)之一。這個標(biāo)準(zhǔn)包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定，以及適合短距離或帶調(diào)制解調(diào)器通訊場合的標(biāo)準(zhǔn)。為了提高數(shù)據(jù)傳輸率和通訊局里，在RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)接口的基礎(chǔ)上，經(jīng)過逐步完善和發(fā)展，EIA又公布了RS-449、RS-422、RS-423和RS-485串行總線通訊標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都被廣泛地應(yīng)用到了各種工業(yè)嵌入式系統(tǒng)中。第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.1RS-232通訊協(xié)議目前，RS-232已經(jīng)成為PC機(jī)與通訊工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的串行通訊接口之一，盡管近年來隨著USB技術(shù)的成熟與發(fā)展，RS-232串口的地位將逐步被USB接口協(xié)議取代，但是在工業(yè)控制與嵌入式系統(tǒng)中，RS-232串行通訊以其低廉的實(shí)現(xiàn)價(jià)格，較長的通訊距離，優(yōu)異的抗干擾能力，仍然占有十分大的應(yīng)用比例。第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.2RS-232通訊接口定義在最初的RS-232C版本中，一個完整的RS-232接口有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯插頭座，一般接法如圖所示。第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.3RS-232接口芯片MAX232由于單片機(jī)采用的是TTL電平，而接RS-232通訊的典型工作電平為+3～+12V與-3～-12V，是不能夠直接和單片機(jī)進(jìn)行連接的，否則有可能損害單片機(jī)，因此，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的RS-232通訊，就必須采用相應(yīng)的接口芯片。MAX232產(chǎn)品是由美國Maxim推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片，該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平，該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平，每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平，其芯片管腳如圖，有從貼片到直插等不同類型的封裝供選擇。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.4基于AT89S51的RS-232接口電路設(shè)計(jì)AT89S51具有一個可編程的雙向全雙工UART接口，其發(fā)送接收管腳分別為P3.0和P3.1，利用MAX232芯片，可以方便的實(shí)現(xiàn)RS-232通訊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其典型電路圖如圖所示。第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.5單片機(jī)之間的UART通訊除了利用MAX232等芯片將AT89S51單片機(jī)的UART收發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS-232電平與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)以外，在單片機(jī)與單片機(jī)之間，單片機(jī)與某些電子設(shè)備之間，也可以通過TTL電平的UART收發(fā)器進(jìn)行通訊與數(shù)據(jù)的交換。此時(shí)，通訊協(xié)議和RS-232是完全一致的，所不同的僅僅是通訊的電平是TTL電平，因此就不需要MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換了。第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.2.6RS-232串口調(diào)試軟件在進(jìn)行串口通訊電路的調(diào)試中，必須要相應(yīng)的軟件進(jìn)行幫助，才能夠順利調(diào)試，做到事半功倍的效果。下面介紹幾種最常用的串口通訊調(diào)試軟件。第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.3RS-232通訊程序設(shè)計(jì)在前面一節(jié)中詳細(xì)介紹了串行通訊的基礎(chǔ)知識與硬件設(shè)計(jì)方法，本節(jié)將要以AT89S51單片機(jī)為實(shí)例，詳細(xì)講解在AT89S51單片機(jī)UART接口在的串行通訊軟件開發(fā)。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.3.1單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)實(shí)例如圖所示為AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展RS-232接口的最小系統(tǒng)電路，8位的直接式鍵盤與單片機(jī)的P2端口相連接，采用MAX232芯片作為RS-232接口轉(zhuǎn)換芯片，系統(tǒng)采用24M晶振。第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.3.2計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)實(shí)例如圖所示為一AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展RS-232接口的最小系統(tǒng)電路，8位的LED發(fā)光二極管跑馬燈與單片機(jī)的P0端口相連接，采用MAX232芯片作為RS-232接口轉(zhuǎn)換芯片，系統(tǒng)采用24M晶振。第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.3.3串口通訊中斷實(shí)例要通過串口接收大量的連續(xù)數(shù)據(jù)，就必須采用中斷接收模式。下面詳細(xì)講解串口中斷程序及其數(shù)據(jù)緩存的設(shè)計(jì)方法。一個接收連續(xù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊程序應(yīng)該如圖所示，后臺的底層驅(qū)動程序通過中斷服務(wù)例程（ISR）來接收數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)后直接放入到數(shù)據(jù)循環(huán)緩存中。前臺主程序循環(huán)和后臺ISR中斷服務(wù)程序和之間的數(shù)據(jù)交換通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)。第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.3.4藍(lán)牙通訊模塊擴(kuò)展實(shí)例在眾多的短距離無線通信技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)是比較突出的一個，并正在得到廣泛應(yīng)用。在Bluetooth1.1協(xié)議中，藍(lán)牙技術(shù)的工作頻段是全球統(tǒng)一的2.4GHzISM頻段。它采用以每秒鐘1600兆的快速跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，傳輸速率為1Mbps，具有很強(qiáng)的抗干擾能力；其標(biāo)準(zhǔn)的有效傳輸距離BluetoothClass2為10米，BluetoothClass1距離為100米。藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)精心設(shè)計(jì)的協(xié)議有多層結(jié)構(gòu)，分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和拆除，以及鏈路控制、數(shù)據(jù)包的拆裝、服務(wù)質(zhì)量和協(xié)議復(fù)用等功能。整個協(xié)議結(jié)構(gòu)簡單，并使用前向糾錯編碼及自動重傳等機(jī)制保證鏈路的可靠性。遵循藍(lán)牙協(xié)議的設(shè)備將能夠用無線通信鏈路取代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯綜復(fù)雜的電纜，非常方便地實(shí)現(xiàn)快速靈活、安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和話音通信。藍(lán)牙技術(shù)可以同時(shí)支持語音和數(shù)據(jù)的傳輸。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六8.4