串口通信调试助手设计

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1、串口通信调试助手设计学 生： （ 宋体五号居中） 指导教师： （宋体五号居中） （楷体五号居中）1发展历史和由来串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps230kbps。串口出现 的初期 是为了实现连接计算机外设的目的，初期串口一般用来连接鼠标和外置 Modem以及老式摄像头和写字板等设备。串口也可以应用于两台计算机（或设备） 之间的互联及数据传输。由于串口（COM）不支持热插拔及传输速率较低，目前 部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口。目前串口多用于工控和测量设 备以及部分通信设备中。2串口通信划分种类串口通信的两种最基本的方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。同步串

2、行是指SPI （Serial Peripheral in terface）的缩写，顾名思义就是串行外 围设备接口。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围 设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM450是SPI接口。异步串行是指 UART （Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异 步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。 UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。TTL电平是3.3V的，而RS232 是负逻辑电平，它定义+5+12V为低电平，而-12-5V为高电平，MDS

3、2710、MDS SD4、EL805 等是 RS232 接口，EL806 有 TTL 接口。串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、 RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协 议。3 各类串口协议简介3.1 各类串口的比较从其发展历史、各自特点来介绍各种协议，RS232和RS485的区别和接法。 首先是发展历史。最开始出现的串口通信协议是RS232, 1962年发布的。由于其 传输速度、单向传递、传输距离短等多方面的制约，因此使用受到限制。于是人 们在RS232的基础上做了相应的改进，提高了相应的传

4、输速度、传输距离，于是 出现了 RS422的雏形，并在工业上得到了相应的应用。但由于任然是单向传输的， 使构成的网络只能是单向的。既只能是主机给从机发送指令或数据，从机只能接 受并处理相应的消息，不能反映相应的结果。于是人们又做了相应的调整。最后 于1983年发布了 RS485通信协议。正如前面所说的。RS232协议是一种简单的串口通信协议，也是最基本的。一般用在实验室等短距离、对传输速度等 要求不高的场合，并且与TTL电平不兼容。RS422有了相应的提高。是一种单机发送，多机接收的平衡通信协议接口，传输速度最高可以达到10Mbps， 传输距离最远可达到4000英尺，并且在这条平衡总线上能最多

5、带10个从机，但 是任然是单向的传输。RS485是一种多点，双向通信的平衡通信协议接口。再RS422的基础上增加了网络中接点（多机）的数量和双向通信能力，同时 还增加了驱动器的传输能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。传输速度最 高可以达到10Mbps，标准距离可以达到4000英尺，实际能达到3000米，并且 在这条线上最多可以带128个收发器。RS232和RS485的区别：1.传输速度不同。RS485可以达到10Mbps，高于RS232的速度。 2.电气特性不 同。RS485采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合。RS485是输出的是差分信 号，抗共模干扰能力强。逻辑“ 1”是两输出信号的+

6、（26）V, “0”是-（26） V表示。电气信号低于RS232的电气信号，不容易损坏接口芯片，并且与TTL电 平兼容。3.传输距离不同。RS485标准距离为4000英尺，实际可以达到3000米。远远大于RS232的距离。4.接收器数量不同。RS485接收器最多可以达到128个，即多站能力。而RS232只能是一个，即单站接点。5.RS232是全双工的通信协议，RS485是半双工的通信协议。接口方法：一般RS232和RS485都采用屏蔽双绞线传输RS485和RS232都采用DB9的接头3.2 各类串口的协议串行通信协议:计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通信 和串行通信。并行通信

7、指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快，但占用的通信线多，传输数据的可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据 传送。串行通信是指在单根数据线上将数据一位一位地依次传送。发送过程中，每发送完一个数据，再发送第二个，依此类推。接受数据时，每次从单根数据线 上一位一位地依次接受，再把它们拼成一个完整的数据。在远距离数据通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低等优点。1、串行通信的基本概念(1)同步和异步通信方式串行通信有两种最基本的通信方式：同步串行通信方式和异步串行通信方 式。同步串行通信方式是指在相同的数据传送速率下，发送端和接受端的通信频 率保持严格同步。由于不需要

8、使用起始位和停止位，可以提高数据的传输速率， 但发送器和接受器的成本较高。异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波特 率下不需要严格地同步，允许有相对的时间时延，即收、发两端的频率偏差在 10%以内，就能保证正确实现通信。异步通信在不发送数据时，数据信号线上总 是呈现高电平状态，称为空闲状态(又称MARK状态)。当有数据发送时，信号 线变成低电平，并持续一位的时间，用于表示发送字符的开始，该位称为起始位， 也称SPACE状态。起始位之后，在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据， 并且按照先低位后高位的顺序逐位发送。采用不同的字符编码方案，待发送的每 个字符的位数不同，在5、6、7或8位之间选

9、择。数据位的后面可以加上一位奇 偶校验位，也可以不加，由编程指定。最后传送的是停止位，一般选择1位、1.5 位或2位。数据传送方式 单工方式。单工方式采用一根数据传输线，只允许数据按照固定的方向传 送。图8(a)中A只能作为发送器，B只能作为接收器，数据只能从A传送到B， 不能从B传送到A。 半双工方式。半双工方式采用一根数据传输线，允许数据分时地在两个方 向传送，但不能同时双向传送。图8(b)中在某一时刻，A为发送器，B为接收器， 数据从A传送到B；而在另一个时刻，A可以作为接收器，B作为发送器，数据 从B传送到A。 全双工方式。全双工方式采用两根数据传输线，允许数据同时进行双向传 送。图8

10、(c)中A和B具有独立的发送器和接收器，在同一时刻，既允许A向B 发送数据，又允许B向A发送数据。波特率波特率是指每秒内传送二进制数据的位数，以b/s和bps(位/秒)为单位。它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参数。计算机通信 中常用的波特率是：110，300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps。(4)串行通信的检错和纠错在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程中出现差错。因此在串行通信中对数据进行 校验是非常重要的，也是衡量通信系统质量的重要指标。检错，就是如何发现数 据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后，如何采取措施

11、纠正错误。误码率 误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之 比。在计算机通信中，一般要求误码率达到 10-6 数量级。误码率与通信过程中 的线路质量、干扰、波特率等因素有关。奇偶校验奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数 据位最后一位添加一位奇偶校验位（0 或 1），以保证数据位和奇偶校验位中 1 的总和为奇数或偶数。若采用偶校验，则应保证 1 的总数为偶数；若采用奇校验， 则应保证1的总和为奇数。在接受数据时，CPU应检测数据位和奇偶校验位中1 的总数是否符合奇偶校验规则，如果出现误码，则应转去执行相应的错误处理服 务程序，进行后续纠错。纠错 在基本通信规程中一般采用奇

12、偶校验或方阵码检错，以重发方 式进行纠错。在高级通信中一般采用循环冗余码（CRC）检错，以自动纠错方式 来纠错。一般说来，附加的冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信效率也 就越低。2、串行通信接口标准串行通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。RS-232、 RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是 近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。（1）RS-232 串行接口目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在 低速率串行通信中增加通信

13、距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通 信。脚定义RS-232物理接口标准可分成25芯和9芯D型插座两种，均有针、孔之分。其中TX（发 送数据）、RX （接受数据）和GND （信号地）是三条最基本的引线，就可以实现简单的全双 工通信。DTR （数据终端就绪）、DSR （数据准备好）、RTS （请求发送）和CTS （清除发送） 是最常用的硬件联络信号。RS-232接口定义及连线RS-232/ 串口/异步口 /com（通信）口严格的讲RS-232接口是DTE（数据终端设备）和DCE（数据通信设备）之间的一个接口。 远程通信终端设备 DTE （ Date Terminal Eq

14、uipment ）数据通信设备 DCE （ Data Communcation Equipment ）DTE包括计算机、终端、串口打印机等。（针输出）DCE通常有调制解调器（MODEM）和某些交换机com 口。（孔输出） RS-232C标准中提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE立场立场上。1. 电气特性TxD RxD逻辑 1（MARK）= -3v -15v 逻辑 0（MARK）= +3v +15v RTS CTS DSR DTR DCD 等信号有效（接通， ON 状态，正电压）= +3v +15v 信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3v -15v与 TTL 以高低平表示逻辑状态的规定

15、不同。因此，为了能同计算机接口或终端的 TTL 器件连接，必须进行电平和逻辑关系的变换。广泛采用集成电路转换器件， MC1488、SN75150（TTL-EIA）、 MAX232（TTLEIA）。2. 连接器的机械特性DB-9连接器：AT机以后，不支持20MA电流环接口，使用DB-9,作为提供多若功能 I/O 卡或主板上 COM1/COM2 两个串口的连接器。 电缆长度：通信速率低 于20kb/s时，RS-232C直接连接最大15m。最大传输距离：若不使用MODEM,码元畸变小于 4%的情况下，最大 15m。3.RS-232C 的接口信号 常用的只 有9根，标准25根， 4条数据、1 1条控制

16、线、3条定时、7条备用。远距离通信1采用MODEM（DCE）和电话网通信连接发送数据，只要通信链路已建立，就可传送信号。RTS/CTS可只用于半工发送/接收切换。DTE获CTS,通过TxD线向DCE发出串行信号。计算机向DCE “数据输出寄存器”传送新的数据。当 对方DCE收到载波信号后，向对方DTE发出DCD信号。2.采用专用电话通信：只使用2-8号信号线，不需要Rl、DTR。近距离通信1. 零MODEM（3线制） RTS与CTS互联:只要请示，立即得到允许。DTR与DSR互联：只要本端准备好，立即认为本端可以接收。2. 零MODEM标准连接当甲方DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方