【大學課件】單片機串行口的應用

單片機串行口的應用本課程將深入探討單片機串行口的應用，涵蓋從基礎概念到高級應用的全面知識。我們將學習串行通信的原理、協(xié)議和實際應用。什么是串行通信？定義串行通信是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)按位順序傳送。原理數(shù)據(jù)位通過單一數(shù)據(jù)線一位一位地傳輸。應用廣泛應用于計算機、通信和嵌入式系統(tǒng)中。串行通信的特點和優(yōu)勢特點數(shù)據(jù)按位傳輸，使用較少的導線。傳輸距離可以很長，抗干擾能力強。優(yōu)勢成本低，實現(xiàn)簡單。適用于長距離傳輸?？煽啃愿撸子跀U展。單片機的串行接口UART通用異步收發(fā)器，最常見的串行接口。SPI串行外設接口，用于高速同步通信。I2C雙線式串行總線，用于低速設備通信。串行通信的硬件連接RS-232接口常見于PC機和一些工業(yè)設備中。TTL電平接口單片機常用的直接連接方式。USB轉(zhuǎn)串口適配器方便PC與單片機進行串口通信。異步串行通信協(xié)議1空閑狀態(tài)線路保持高電平。2起始位一個低電平位，表示數(shù)據(jù)傳輸開始。3數(shù)據(jù)位通常為5-8位，包含實際傳輸?shù)男畔ⅰ?校驗位可選，用于錯誤檢測。5停止位1-2個高電平位，表示傳輸結(jié)束。異步串行通信的幀結(jié)構起始位1位，固定為低電平。數(shù)據(jù)位5-8位，最常用的是8位。校驗位0-1位，用于檢測傳輸錯誤。停止位1-2位，固定為高電平。單片機串行口編程基礎初始化串口設置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)。接收數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。中斷處理處理發(fā)送完成和接收到數(shù)據(jù)的中斷。單片機串行口初始化1設置波特率2配置數(shù)據(jù)格式3使能發(fā)送和接收4配置中斷5使能串口單片機串口發(fā)送數(shù)據(jù)1準備數(shù)據(jù)2檢查發(fā)送緩沖區(qū)3寫入數(shù)據(jù)4等待發(fā)送完成單片機串口接收數(shù)據(jù)1檢查接收標志確認是否有新數(shù)據(jù)到達。2讀取數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。3處理數(shù)據(jù)根據(jù)應用需求處理接收到的數(shù)據(jù)。4清除接收標志準備接收下一個數(shù)據(jù)。單片機串口中斷處理發(fā)送中斷當發(fā)送緩沖區(qū)為空時觸發(fā)。可以繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。接收中斷當接收到新數(shù)據(jù)時觸發(fā)?？梢粤⒓醋x取和處理數(shù)據(jù)。單片機串口輪詢接收檢查接收標志循環(huán)檢查是否有新數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)如有數(shù)據(jù)，立即讀取。處理數(shù)據(jù)根據(jù)應用需求處理數(shù)據(jù)。繼續(xù)檢查返回檢查新數(shù)據(jù)。串行口通信常見問題及解決波特率不匹配確保發(fā)送和接收設備的波特率設置相同。數(shù)據(jù)格式錯誤檢查數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位的設置。硬件連接問題檢查線路連接，確保TX和RX正確對應。緩沖區(qū)溢出及時讀取數(shù)據(jù)，或增加緩沖區(qū)大小。串行通信在單片機中的應用數(shù)據(jù)記錄將傳感器數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)接嬎銠C。調(diào)試通過串口輸出調(diào)試信息，方便程序開發(fā)?？刂平邮湛刂泼?，實現(xiàn)遠程控制功能。單片機與PC機之間的串行通信UART轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換器常用于連接單片機和現(xiàn)代PC。串口調(diào)試軟件在PC上用于發(fā)送和接收串口數(shù)據(jù)。通信協(xié)議定義數(shù)據(jù)格式，確保PC和單片機正確解析數(shù)據(jù)。單片機與顯示設備的串行通信LCD顯示器通過串口控制字符LCD顯示器，顯示狀態(tài)信息。OLED屏幕使用SPI或I2C接口與OLED屏幕通信，顯示圖形界面。單片機與傳感器的串行通信溫度傳感器通過I2C接口讀取溫度數(shù)據(jù)。加速度計使用SPI接口獲取運動信息。GPS模塊通過UART接口接收位置數(shù)據(jù)。單片機與執(zhí)行器的串行通信接收命令單片機通過串口接收控制命令。解析命令解析接收到的命令內(nèi)容。控制執(zhí)行器根據(jù)命令控制電機、舵機等執(zhí)行器。反饋狀態(tài)將執(zhí)行結(jié)果通過串口反饋。單片機與無線模塊的串行通信藍牙模塊通過UART與藍牙模塊通信，實現(xiàn)短距離無線連接。WiFi模塊使用UART或SPI與WiFi模塊通信，連接互聯(lián)網(wǎng)。ZigBee模塊通過UART與ZigBee模塊通信，構建無線傳感網(wǎng)絡。串行口在工業(yè)自動化中的應用數(shù)據(jù)采集從傳感器收集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)。設備控制向執(zhí)行機構發(fā)送控制命令。人機接口與操作面板進行通信。系統(tǒng)監(jiān)控實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)。異步串行通信在工業(yè)網(wǎng)絡中的應用1ModbusRTU廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。2PROFIBUS用于工廠自動化的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。3DeviceNet用于連接工業(yè)設備的開放網(wǎng)絡標準。同步串行通信協(xié)議及其應用SPI(串行外設接口)高速、全雙工通信，常用于與存儲器、傳感器通信。I2C(內(nèi)部集成電路)雙線式串行總線，適用于短距離通信，如EEPROM、LCD等。I2C總線通信原理及應用雙線通信使用SDA（數(shù)據(jù)線）和SCL（時鐘線）。主從架構一個主設備控制多個從設備。地址尋址每個設備有唯一地址，支持多設備通信。應用領域傳感器、EEPROM、實時時鐘等。SPI總線通信原理及應用SCLK時鐘信號，同步數(shù)據(jù)傳輸。MOSI/MISO主設備輸出/從設備輸出，實現(xiàn)全雙工通信。SS從設備選擇信號，控制通信對象。CAN總線通信原理及應用多主控制允許多個節(jié)點作為主設備。廣播通信所有節(jié)點接收所有消息。優(yōu)先級仲裁通過標識符決定消息優(yōu)先級。錯誤檢測強大的錯誤檢測和處理機制。以太網(wǎng)通信在單片機中的應用網(wǎng)絡連接通過以太網(wǎng)接口連接局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。遠程控制實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控和控制。數(shù)據(jù)傳輸高速傳輸大量數(shù)據(jù)，如視頻流。物聯(lián)網(wǎng)應用將設備接入物聯(lián)網(wǎng)平臺。串行通信在物聯(lián)網(wǎng)中的應用1設備層2網(wǎng)關層3云平臺層4應用層串行通信在各層之間起著關鍵作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制。串行通信在嵌入式系統(tǒng)中的應用智能手機與各種傳感器和外圍設備通