各種標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口.ppt

1、第二，各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，第三，MCS-51單片機(jī)雙機(jī)串行通信接口，第一，復(fù)習(xí)第七章MCS-51串行通信技術(shù)知識(shí)，第四，MCS-51單片機(jī)多機(jī)串行通信接口，第五，PC機(jī)與MCS-51之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信接口，第六，PC機(jī)與多個(gè)MCS-51單片機(jī)之間的串行通信接口第十三章MCS-51串行通信技術(shù)，MCS-51單片機(jī)串行通信接口技術(shù)13為了提高串行通信的可靠性，增加串行通信的距離，采用了標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，如RS-232、RS-422A和RS-485。13.1.1各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，1。RS-232C接口，2。RS-422A接口，3。RS-485接口，4。20mA電流回路串行接口，電平轉(zhuǎn)換，電氣特

2、性，傳輸特性，5。各種串行接口的性能比較，RS-232是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)定義的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。13.1.1各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，1。RS-232C接口。圖13-1是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間使用調(diào)制解調(diào)器和電話線進(jìn)行長(zhǎng)距離串行通信的示意圖。數(shù)字電視是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，DCE的典型代表是調(diào)制解調(diào)器。圖13-2是RS-232C的“d”9針插頭的針腳定義。1.電氣特性RS-232C上傳輸?shù)臄?shù)字量采用負(fù)邏輯，與地面對(duì)稱。邏輯“1”:315伏；邏輯“0”:315伏。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)淖畲箅娎|長(zhǎng)度為30m，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20k比特/秒.2.電平轉(zhuǎn)換

3、由于TTL電平和RS-232C電平互不兼容，電平轉(zhuǎn)換必須在對(duì)接時(shí)進(jìn)行。常用的轉(zhuǎn)換芯片有MAX232C、MC1488和MC1489。盡管不同制造商生產(chǎn)的芯片不同，但它們的原理是相似的。以美國(guó)MAXIM公司的產(chǎn)品MAX232為例。它是一個(gè)RS-232C雙工發(fā)射機(jī)/接收機(jī)接口電路芯片。其外部引腳如圖13-3所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部元件如圖13-4所示。由于芯片內(nèi)部有自升壓電平倍增器電路，5V轉(zhuǎn)換為-10V- 10V，滿足RS-232C邏輯“1”和邏輯“0”的電平要求。操作只需要一個(gè)5V電源。芯片上有兩個(gè)發(fā)射機(jī)和兩個(gè)接收機(jī)，具有TTL信號(hào)輸入/RS-232C輸出和RS-232C輸入/TTL輸出功能。該芯

4、片兼容TTL/CMOS電平，使用方便。用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換電路，如圖13-5所示。2: TXD，3: RXD，3。RS-232C接口的問(wèn)題(1)傳輸距離短，傳輸速率低。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的限制，使用時(shí)傳輸距離一般不超過(guò)15m(線路條件好時(shí)不超過(guò)幾十米)。最大傳輸速率為20Kbps。(2)帶電平偏移的RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)射器和接收器共享同一接地。當(dāng)通信距離較大時(shí)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的地電位差較大，信號(hào)地將會(huì)有較大的地電流和電壓降。(3)抗干擾能力差RS-232C在電平轉(zhuǎn)換中采用單端輸入輸出，在傳輸過(guò)程中干擾和噪聲混在正常信號(hào)中。為了提高信

5、噪比，RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)必須采用相對(duì)較大的電壓擺幅。第二，雖然RS-422A接口RS-232C被廣泛使用，但它引入較早，暴露了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的明顯缺點(diǎn)：傳輸速率低、通信距離短、接口處信號(hào)容易串?dāng)_。因此，環(huán)境影響評(píng)價(jià)制定了RS-422A標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C不僅是一個(gè)電氣標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)物理接口功能標(biāo)準(zhǔn)，而RS-422A只是一個(gè)電氣標(biāo)準(zhǔn)。PC機(jī)沒(méi)有RS-422A接口，所以需要用RS-232/RS-422A轉(zhuǎn)換器將RS-232C接口轉(zhuǎn)換成RS-422A接口。1.電氣特性RS-422A和RS-232C之間的主要區(qū)別在于發(fā)射器和接收器的信號(hào)地不再共享，并且RS-422A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的方法

6、。當(dāng).的時(shí)候其最大傳輸速率為10兆位/秒，在此速率下，允許電纜長(zhǎng)度為12米。如果采用較低的傳輸速率，最大傳輸距離可達(dá)1200米。RS-422A電路由發(fā)射機(jī)、平衡連接電纜、電纜終端負(fù)載和接收機(jī)組成。在電路中，只允許一個(gè)發(fā)射器，并且可能有多個(gè)接收器。該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動(dòng)器輸出為26V，差分接收器能夠檢測(cè)的輸入信號(hào)電平可以低至200mV。如果在傳輸期間干擾和噪聲(以共模的形式)混合在信號(hào)中，則由于差分接收器的作用，可以識(shí)別有用信號(hào)，并且可以正確接收傳輸?shù)男畔ⅲ⑶腋蓴_和噪聲可以相互抵消。2.常用芯片：SN75174、MC3487等。其將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-422A電平。用于將RS-422A電平轉(zhuǎn)換為TT

7、L電平的常用芯片：SN75175和MC3486。SN75174和SN75175是具有三態(tài)輸出的單片四差分驅(qū)動(dòng)器和接收器，由5V電源供電。圖13-6和圖13-7示出了電平轉(zhuǎn)換芯片SN75174和SN75175的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖。TTL電平和RS-422A電平轉(zhuǎn)換電路如圖13-8所示。3.485接口是422的變體。RS-422A和RS-422A的區(qū)別在于RS-422a是全雙工的，采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線；而RS-485是半雙工的，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線。RS-485非常便于多站互聯(lián)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)允許多達(dá)32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和32個(gè)接收器并聯(lián)。電氣特性RS-485信號(hào)傳輸使用兩條線之間的電壓來(lái)表示邏輯“1

8、”和邏輯“0”，因?yàn)榘l(fā)射器和接收器需要兩條傳輸線。數(shù)據(jù)以差分方式傳輸，因此干擾抑制效果良好。由于沒(méi)有接地問(wèn)題，傳輸距離可達(dá)1200米，傳輸速率可達(dá)10兆比特/秒。匹配電阻(約1000)連接在總線兩端，驅(qū)動(dòng)負(fù)載為54。驅(qū)動(dòng)器的輸出電平在低于1.5V時(shí)為邏輯“1”，高于1.5V時(shí)為邏輯“0”.接收器輸入電平低于0.2V時(shí)為邏輯“1”，高于0.2V時(shí)為邏輯“0”.普通pc機(jī)一般沒(méi)有RS485接口，所以應(yīng)該使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。TTL/RS-485的電平轉(zhuǎn)換可由芯片MAX485完成。2.電平轉(zhuǎn)換RS-422A標(biāo)準(zhǔn)中使用的驅(qū)動(dòng)器和接收器芯片可以在RS-485中使用。除了RS-422A電平轉(zhuǎn)換

9、中列出的驅(qū)動(dòng)器和接收器之外，還有一個(gè)收發(fā)器SN75176芯片，它集成了一個(gè)差分驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)差分接收器，如圖13-9所示。SN75176的功能見表13-4。RS-485點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信電路如圖13-10所示。4，20mA電流環(huán)串行接口是目前串行通信中廣泛使用的接口電路，但還沒(méi)有形成正式的標(biāo)準(zhǔn)。該接口比RS-232C接口簡(jiǎn)單得多，它只有四條線：發(fā)送正極、發(fā)送負(fù)極、接收正極和接收負(fù)極，構(gòu)成一個(gè)輸入電流回路和一個(gè)輸出電流回路。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)的邏輯1和邏輯0，回路將定期開啟和關(guān)閉，即回路中無(wú)電流表示邏輯0，20mA電流表示邏輯1。工作原理如圖13-11所示。20mA電流環(huán)串行通信接口的最大優(yōu)點(diǎn)是低電阻傳

10、輸線對(duì)電噪聲不敏感，易于實(shí)現(xiàn)光電隔離。因此，它在長(zhǎng)距離傳輸方面優(yōu)于RS-232C。當(dāng)電流環(huán)低速傳輸時(shí)，傳輸距離可達(dá)1000米。由于20mA電流回路是異步串行接口標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)必須以無(wú)電流開始為每個(gè)字符的起始位，接收端檢測(cè)到起始位后開始接收字符數(shù)據(jù)。圖13-12是由集成芯片組成的20mA電流回路接口的電路圖。發(fā)送者，接收者，距離可以達(dá)到1000米。五、各種串行接口的性能比較表13-5列出了RS-232C、RS-422A、RS-485和20mA電流回路各串行接口的性能，以供比較。P343。1.雙機(jī)通信硬件接口設(shè)計(jì)根據(jù)MCS-51的通信距離和抗干擾要求，串行數(shù)據(jù)傳輸可選擇TTL級(jí)傳輸或RS-232

11、C、RS-422A和RS485串行接口。，13.1.2 MCS-51單片機(jī)串行通信接口，1TTL級(jí)通信接口如果兩臺(tái)MCS-51單片機(jī)相距在幾米以內(nèi)，它們的串口可以直接連接，從而直接采用TTL級(jí)傳輸方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信。如圖13-13所示。2RS-232C雙機(jī)通信接口如果兩臺(tái)機(jī)器之間的距離在30m以內(nèi)，可以使用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙機(jī)通信。接口電路如圖13-14所示。3RS-422A雙機(jī)通信接口為了增加通信距離，減少信道和電源干擾，通信線路可以采用光電隔離的方法，可以采用RS-422A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙機(jī)通信。接口電路如圖13-15所示。在圖13-15中，每個(gè)通道的接收端連接有三個(gè)電阻R1、R2

12、和R3。其中R1為傳輸線的匹配電阻，取值范圍為501千，另外兩個(gè)電阻為匹配電阻，用于解決第一個(gè)數(shù)據(jù)的誤碼。為了起到隔離和抗干擾的作用，在圖13-15中，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的兩端必須使用兩個(gè)獨(dú)立的電源。RS-485雙機(jī)通信接口RS-422A雙機(jī)通信需要四核傳輸線，這對(duì)于長(zhǎng)距離通信來(lái)說(shuō)非常不經(jīng)濟(jì)。因此，在工業(yè)領(lǐng)域，通常采用雙絞線傳輸?shù)腞S-485串行通信接口。該接口可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。圖13-16顯示了其RS- 485雙機(jī)通信接口電路。從圖13-16可以看出，RS-485以雙向和半雙工的方式實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)通信。在8031系統(tǒng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)之前，應(yīng)先打開75176的發(fā)送門或接收門。當(dāng)P1.0=1時(shí)，發(fā)送

13、門打開，接收門關(guān)閉。當(dāng)P1.0=0時(shí)，接收門打開，發(fā)送門關(guān)閉。2.為雙機(jī)通訊軟件編程P345，了解通訊協(xié)議和握手協(xié)議。校驗(yàn)和？第七章介紹了利用串口實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的工作原理。首先介紹了多機(jī)通信的接口設(shè)計(jì)。1.TTL級(jí)多機(jī)串行通信當(dāng)一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)之間的距離很近時(shí)，TTL級(jí)可以直接用于多機(jī)通信。多機(jī)通信的連接方式如圖13-17所示。由于8031單片機(jī)的P3端口可以承載4個(gè)LSTTL，圖13-17中n的取值范圍應(yīng)為N4。如果是N4，應(yīng)該在P3港增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。13.1.3、MCS-51單片機(jī)多機(jī)串行通信接口，2。20mA電流環(huán)多機(jī)串行通信接口當(dāng)采用TTL電平進(jìn)行多機(jī)通信時(shí)，有效通信距離約為幾米，在

14、實(shí)踐中往往不能滿足要求。20mA電流回路可用于多機(jī)通信，不僅提高了抗干擾能力，而且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離通信。20mA電流回路串行多機(jī)通信的主電路如圖13-18所示。首先，硬件接口設(shè)計(jì)如上所述。通常，pc機(jī)配有RS-232C串行標(biāo)準(zhǔn)接口，有效通信距離短。RS-232C接口應(yīng)轉(zhuǎn)換為RS-422A/RS-485接口，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。圖13-19顯示了該轉(zhuǎn)換的電路原理圖。13 . 1 . 4PC機(jī)與MCS-51之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信接口，pc機(jī)的RS-232RS-422接口，返回，圖13-19可以完成從RS-232C到RS-422A的轉(zhuǎn)換，也可以完成從RS-232C到RS-485的轉(zhuǎn)換。當(dāng)選擇RS-422A輸出

15、模式時(shí)，3和4短路；當(dāng)選擇RS-485輸出模式時(shí)，1和2短路，5和6短路，7和8短路。在圖13-19中，R1和R2是為消除第一次數(shù)據(jù)傳輸誤差而設(shè)置的匹配電阻。電阻器的尺寸可由設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況選擇。VCC和VEE都是5V，但它們不是同一個(gè)電源。VCC和VEE應(yīng)該是隔離的電源，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)電氣隔離。1.硬件接口電路是由一臺(tái)IBM-PC機(jī)和幾臺(tái)MCS-51單片機(jī)組成的小型分布式測(cè)控系統(tǒng)，如圖13-20所示。13 . 1 . 5pc機(jī)與多個(gè)MCS-51單片機(jī)之間的串行通信接口，以及RS-485之間的串行通信接口電路分布式系統(tǒng)最明顯的特點(diǎn)是可靠性高，一個(gè)子系統(tǒng)的故障不會(huì)影響其他子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一

16、臺(tái)PC機(jī)可與一個(gè)80C31單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或多個(gè)80C31單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通信。它可以近也可以遠(yuǎn)。單片機(jī)與PC機(jī)通信時(shí)，其硬件接口技術(shù)主要包括電平轉(zhuǎn)換、控制接口設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)近通信接口的不同處理技術(shù)。在DOS操作環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與微機(jī)的通信，只需直接操作微機(jī)接口的通信芯片8250的端口地址。在WINDOWS環(huán)境下，由于系統(tǒng)硬件的無(wú)關(guān)性，用戶不再被允許直接操作串行地址。如果用戶想串行通信，可以調(diào)用WINDOWS的API接口函數(shù)，但它的使用比較復(fù)雜，使用VB通信控件(Mscomm)可以很容易地解決這個(gè)問(wèn)題。VB是視窗圖形工作環(huán)境和Basic語(yǔ)言編程簡(jiǎn)單性的完美結(jié)合。它簡(jiǎn)單、易用、實(shí)用。VB提供了一個(gè)名為MSCOMM32的通信控件。OCX，具有基本的串行通信能力：通過(guò)串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm控件有很多屬性，主要如下：通信端口：設(shè)置并返回通信端口號(hào)；設(shè)置：以字符串形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位；端口打開：設(shè)置并返回端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口；輸入：返回字符并從接收緩沖區(qū)刪除字符；輸出：向傳輸緩沖區(qū)寫入一個(gè)字符。單片機(jī)程序列表如下：org 3000h main: movtmod，# 20h在11.0592兆赫茲時(shí)，串行端口movt1的波特