《串行輸入輸出接口》課件

串行輸入輸出接口串行接口，一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方式。數(shù)據(jù)一位一位地傳輸，通過一根線或多根線進(jìn)行通信。它可以連接各種設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。概述串行通信串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方式。應(yīng)用廣泛串行通信應(yīng)用于各種設(shè)備，如電腦、手機(jī)、傳感器等，支持多種通信標(biāo)準(zhǔn)。接口類型串行輸入輸出接口是指連接設(shè)備的接口，有多種類型，如RS-232、RS-485、USB、I2C、SPI等。什么是串行輸入輸出接口串行輸入輸出接口是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)以一位一位的形式在數(shù)據(jù)線上依次傳輸。它使用一個(gè)數(shù)據(jù)線來傳輸數(shù)據(jù)，與并行接口相比，串行接口僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且只需要較少的引腳。串行接口廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、打印機(jī)、顯示器等，它們可以用于連接各種外部設(shè)備，例如鼠標(biāo)、鍵盤、攝像頭、打印機(jī)等。串行輸入輸出接口的工作原理1數(shù)據(jù)幀一個(gè)完整的串行數(shù)據(jù)包2串行傳輸數(shù)據(jù)一位一位地傳輸3時(shí)鐘信號(hào)同步數(shù)據(jù)傳輸4數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)的物理通道串行通信利用單個(gè)數(shù)據(jù)線按順序發(fā)送數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)位依次傳輸。時(shí)間同步非常重要，接收方需要根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)識(shí)別每個(gè)數(shù)據(jù)位。串行通信的優(yōu)缺點(diǎn)成本低使用較少的線路，節(jié)省材料和布線成本。共享線路多臺(tái)設(shè)備可以使用一條線路進(jìn)行通信。傳輸距離遠(yuǎn)串行通信可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，適合長(zhǎng)距離控制系統(tǒng)。速度快串行通信的速度快，可以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。常見的串行接口標(biāo)準(zhǔn)11.RS-232串行通信中最常用的標(biāo)準(zhǔn)之一，用于連接計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)等。22.RS-485一種用于工業(yè)環(huán)境的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，支持多點(diǎn)通信，具有更強(qiáng)的抗干擾能力，常用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。33.USB通用串行總線，是一種廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備的連接標(biāo)準(zhǔn)，支持多種數(shù)據(jù)傳輸模式，廣泛用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印、音頻、視頻等領(lǐng)域。44.I2C一種用于嵌入式系統(tǒng)和外設(shè)間通信的雙向串行總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于傳感器、存儲(chǔ)器、顯示器等。55.SPI一種用于嵌入式系統(tǒng)和外設(shè)間通信的同步串行總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛用于存儲(chǔ)器、顯示器、傳感器等。RS-232標(biāo)準(zhǔn)RS-232是一種常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)。它定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎馓匦?、機(jī)械特性和協(xié)議。RS-232標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，例如電腦、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等。RS-232標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)低成本RS-232標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)，擁有廣泛的應(yīng)用和支持，因此成本相對(duì)較低。易于實(shí)現(xiàn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的硬件和軟件。簡(jiǎn)單易用RS-232標(biāo)準(zhǔn)易于理解和使用，不需要專業(yè)的知識(shí)和技能?？煽啃愿逺S-232標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年發(fā)展，其可靠性和穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。RS-232信號(hào)電平RS-232標(biāo)準(zhǔn)使用非對(duì)稱的電壓電平來表示邏輯“0”和邏輯“1”。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，信號(hào)電平需要在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。+12V邏輯“1”表示高電平-12V邏輯“0”表示低電平±5V誤差范圍允許信號(hào)電平有一定偏差RS-232信號(hào)線RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義了9個(gè)信號(hào)線，用于數(shù)據(jù)傳輸、控制和狀態(tài)指示。其中，最重要的信號(hào)線是TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)）、RXD（接收數(shù)據(jù)）、GND（地）和DTR（數(shù)據(jù)終端就緒）。RS-232通信協(xié)議異步通信協(xié)議RS-232使用異步通信方式，數(shù)據(jù)傳輸不依賴于時(shí)鐘信號(hào)。起始位和停止位每個(gè)數(shù)據(jù)幀都包含起始位和停止位，用于數(shù)據(jù)幀的同步和識(shí)別。奇偶校驗(yàn)位可以可選地添加奇偶校驗(yàn)位，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤檢測(cè)。數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位是實(shí)際要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)幀包含7位或8位數(shù)據(jù)。RS-232通信過程1數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流，并將其發(fā)送到串行端口。2數(shù)據(jù)傳輸串行數(shù)據(jù)流通過RS-232接口傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備。3數(shù)據(jù)接收接收設(shè)備將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理。RS-232接口的連接和配置11.連接器RS-232接口通常使用DB-9或DB-25連接器，這些連接器具有多個(gè)引腳，用于連接不同的信號(hào)線。22.電纜連接RS-232接口的電纜通常使用交叉電纜或直通電纜，根據(jù)設(shè)備的不同，選擇合適的電纜類型。33.配置配置RS-232接口需要設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等參數(shù)，這些參數(shù)需要與通信的另一端設(shè)備一致。44.注意事項(xiàng)連接RS-232接口時(shí)，需要確保信號(hào)線連接正確，避免接反或短路，否則可能損壞設(shè)備。RS-485標(biāo)準(zhǔn)RS-485是一種平衡的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、自動(dòng)化系統(tǒng)等領(lǐng)域。RS-485接口支持多點(diǎn)通信，可實(shí)現(xiàn)主從模式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。RS-485與RS-232的區(qū)別RS-485RS-485是平衡傳輸，抗干擾能力強(qiáng)。支持多點(diǎn)通信，可連接多臺(tái)設(shè)備。傳輸距離遠(yuǎn)，可達(dá)1.2公里。數(shù)據(jù)傳輸速率較低，一般為10kbps至10Mbps。RS-232RS-232是非平衡傳輸，抗干擾能力弱。只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，只能連接兩臺(tái)設(shè)備。傳輸距離短，一般為15米。數(shù)據(jù)傳輸速率較高，一般為300bps至115.2kbps。RS-485接口的連接與配置連接器類型RS-485接口通常使用DB-9或DB-25連接器。接線方式使用終端塊連接RS-485接口，確保正確連接信號(hào)線和電源線。配置參數(shù)設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等參數(shù)，確保與其他設(shè)備兼容。網(wǎng)絡(luò)配置在多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)中，需要配置地址和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。USB標(biāo)準(zhǔn)USB標(biāo)準(zhǔn)是一種通用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備。USB接口提供了一種簡(jiǎn)單、靈活且易于使用的連接方式，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，例如鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、掃描儀、外部硬盤等。USB接口的版本及特點(diǎn)USB1.0第一代USB標(biāo)準(zhǔn)，速度較低，僅為1.5Mbps。USB2.0第二代USB標(biāo)準(zhǔn)，速度提升至480Mbps，支持熱插拔。USB3.0第三代USB標(biāo)準(zhǔn)，速度大幅提升至5Gbps，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和供電。USB3.1第四代USB標(biāo)準(zhǔn)，速度更快，可達(dá)10Gbps，支持USBType-C接口。USB接口的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)USB接口采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易用，適合連接多個(gè)外設(shè)。主機(jī)通過一個(gè)根集線器與多個(gè)外設(shè)連接。外設(shè)可以級(jí)聯(lián)，即通過多個(gè)集線器連接。集線器可用于擴(kuò)展連接數(shù)量，方便連接更多外設(shè)。USB接口支持熱插拔功能，無需關(guān)閉主機(jī)即可連接或斷開外設(shè)。USB通信過程主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求主機(jī)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，指示目標(biāo)設(shè)備執(zhí)行特定的操作，例如讀取數(shù)據(jù)或執(zhí)行命令。設(shè)備接收請(qǐng)求設(shè)備收到主機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求，并根據(jù)請(qǐng)求內(nèi)容進(jìn)行處理。設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)備處理完請(qǐng)求后，將結(jié)果數(shù)據(jù)返回給主機(jī)。主機(jī)接收數(shù)據(jù)主機(jī)接收來自設(shè)備的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行后續(xù)操作。USB設(shè)備的枚舉識(shí)別設(shè)備主機(jī)通過發(fā)送枚舉請(qǐng)求識(shí)別連接的USB設(shè)備，獲取設(shè)備信息。配置設(shè)備主機(jī)根據(jù)設(shè)備信息分配資源，配置設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和工作模式。分配地址主機(jī)為每個(gè)設(shè)備分配唯一的地址，用于后續(xù)通信。建立連接主機(jī)完成設(shè)備枚舉后，就可以與設(shè)備建立通信連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。USB接口的連接與配置連接USB接口連接簡(jiǎn)單，將USB設(shè)備插入計(jì)算機(jī)上的USB端口。配置連接USB設(shè)備后，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序。某些設(shè)備可能需要手動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備管理器可以使用設(shè)備管理器來管理和配置已連接的USB設(shè)備。設(shè)置可以根據(jù)需要調(diào)整USB端口的電源管理、中斷和數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)置。I2C總線標(biāo)準(zhǔn)I2C（Inter-IntegratedCircuit）總線是一種串行通信協(xié)議，適用于短距離通信。它由飛利浦公司于1982年推出，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。I2C總線的工作原理1起始條件主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)，表明數(shù)據(jù)傳輸開始。2設(shè)備地址發(fā)送主機(jī)發(fā)送器件的7位地址，并發(fā)送讀/寫信號(hào)。3數(shù)據(jù)傳輸主機(jī)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)后都有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)確認(rèn)。4停止條件主機(jī)發(fā)送停止信號(hào)，表明數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。I2C通信過程1起始條件主機(jī)發(fā)送起始條件信號(hào)2設(shè)備地址發(fā)送主機(jī)發(fā)送設(shè)備地址，包含讀寫位3設(shè)備應(yīng)答設(shè)備應(yīng)答，確認(rèn)收到地址4數(shù)據(jù)傳輸主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)5停止條件主機(jī)發(fā)送停止條件信號(hào)I2C總線是一種雙向串行通信協(xié)議，允許多個(gè)設(shè)備共享同一總線進(jìn)行通信。整個(gè)通信過程由一個(gè)主機(jī)設(shè)備控制，其他設(shè)備為從機(jī)設(shè)備。I2C接口的連接與配置1I2C連接I2C總線使用兩根信號(hào)線：SDA和SCL。SDA用于數(shù)據(jù)傳輸，SCL用于時(shí)鐘信號(hào)。I2C設(shè)備通過SDA和SCL連接到I2C總線上。2地址分配每個(gè)I2C設(shè)備都有一個(gè)唯一的7位地址，用于識(shí)別設(shè)備。3上拉電阻在SDA和SCL線上添加上拉電阻，以確?？偩€在空閑狀態(tài)下保持高電平。4配置寄存器使用I2C協(xié)議的特定命令，配置I2C設(shè)備的寄存器，以控制設(shè)備的行為。SPI總線標(biāo)準(zhǔn)SPI(SerialPeripheralInterface)總線是一種同步串行通信協(xié)議，用于微控制器和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。SPI總線簡(jiǎn)單易用，廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，例如傳感器、存儲(chǔ)器和顯示器。SPI總線的工作原理1主設(shè)備發(fā)起通信主設(shè)備發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，從設(shè)備接收數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)。2數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸采用同步方式，主設(shè)備控制時(shí)鐘信號(hào)，雙方同步進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3從設(shè)備響應(yīng)從設(shè)備接收數(shù)據(jù)信號(hào)后，在下一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。SPI通信過程數(shù)據(jù)發(fā)送主設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送至從設(shè)備。數(shù)據(jù)接收從設(shè)備接收主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)通過SPI總線進(jìn)行傳輸。時(shí)鐘同步主設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，確保數(shù)據(jù)同步傳輸。數(shù)據(jù)校驗(yàn)主設(shè)備可以利用校驗(yàn)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。SPI接口的連接與配置連接方式SPI接口通常使用4根線進(jìn)行通信，包括時(shí)鐘信號(hào)線、數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸出線和片選信號(hào)線。配置參數(shù)配置參數(shù)包括時(shí)