串行通信接口详细描述

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我是靠谱客的博主欣喜纸飞机，最近开发中收集的这篇文章主要介绍串行通信接口详细描述，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、串口通信是什么？

串口，可以称为串行接口或者串行通信接口，它是一种可以将接收来自CPU的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给CPU的器件。一般完成这种功能的电路，我们称为串行接口电路。
串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式。

二、串口通信的基本原理？

串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。
它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；
而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

三、串口通信的通信方式？

1、单工模式（Simplex Communication）通信的数据传输是单向的。通信双方中、一方固定为发送端，一方固定为接收端。信息只能沿一个方向传输，使用一根线传输。

2、半双工模式（Half Duplex）通信使用同一个传输线，即可以发送数据又可以接收数据，但不能同时发送和接收。数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在任何时刻
只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。半双工通信中每端需要有一个收发切换电子开关，
通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为又切换，所以会产生时间延迟，信息传输效率低一些。

3、全双工模式（Full Duplex）通信允许数据同时在两个方向传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，他要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力
。在全双工模式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传输线，信息传输效率高。

四、串口通信的参数描述？

1、波特率
这是一个衡量符号传输速率的参数。指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传送240个字符，
而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。

一般调制速率大于波特率，比如曼彻斯特编码）。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。

2、数据位
这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据往往不会是8位的，标准的值是6、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。
扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。
由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。

3、停止位
用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。
因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

4、奇偶校验位
在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），
用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位。
高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

五、串行通信接口类型标准？

1、RS232
（1）简介
RS-232接口符合美国电子工业联盟（EIA）在1962年制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232，RS232）。
它被广泛用于计算机串行接口外设连接。连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。
RS232以全双工的方式工作，需要地线、发送线和接收线三条线。RS232只能实现点对点的通信方式。
（2）RS232特点
1、接收信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。RS232接口任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3 — -15V；逻辑“0”：+3 — +15V，噪声容限为2V。
即要求接收器能识别高于+3V的信号作为逻辑“0”，低于-3V的信号作为逻辑“1”，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负。与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
2、传输速率较低，在异步传输时，比特率为20Kbps；因此在51CPLD开发板中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。
3、抗干扰能力较差。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
4、传输距离有限，一般在15m以内。最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。
5、只能实现点对点的通讯方式。
（3）电脑DB9针接口定义
电脑DB9针接口是常见的RS232串口，其引脚定义如下：2号脚：RXD(接收数据)，3号脚：TXD(发送数据)、5号脚：SG或GND(信号地)。

2、RS422
（1）RS422简介
RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。下图是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。
即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。
RS232以全双工的方式工作，

（2）RS422特点
RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。
RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。

3、RS485
（1）RS485简介
RS-485接口符合美国电子工业联盟（EIA）在1983年制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-485（简称RS485）。
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，
其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。

（2）RS485特点
（1）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差+2V—+6V表示，逻辑“0”以两线间的电压差-6V— -2V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不容易损坏接口电路芯片，
且该电平与TTL电平兼容，刻方便与TTL电路连接。
（2）数据最高传输速率为：10Mbps
（3）RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，最大传输距离为4000英尺（约1219米），即抗噪声性能好。
（4）RS-232-C接口在总线上只允许连接一个收发器，即单站能力；而RS-485接口在总线上只允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立设备网络。
（5）RS485有两线制和四线制两种接线。采用四线制时，只能实现点对多的通讯(即只能有一个主设备，其余为从设备)。四线制现在很少采用，现在多采用两线制接线方式。
（6）两线制RS485只能以半双工方式工作，收发不能同时进行。
（7）因RS485接口具有良好的抗干扰能力，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。