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1、通 信 接 口,UARTRS232CRS422RS485,I2CSPII2SUSB,CAN,UART,UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置，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，多数是16550AFN芯片。一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来与PC进行通信。,UART传输结构,UART帧结构,空闲位一般是高电位。传送数据，出现了低电位，就是起始位。数据传送结束后，奇偶校验位后面往往以停止位结束。是高电位。一帧以低电位开始
2、，以高电位结束。,波特率发生模块：接收器模块和发送器模块,接收器状态机,RS232C,1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进，出现了代替DB25的DB9接口，现在都把RS232接口叫做DB9。,9针串口,25针串口,中文串口针脚定义：,9针串口针脚定义,三线连接方式,T,R,GND,共模传输,RS23
3、2C的电气特性,最远距离是50英尺=15m双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps传送的数字量采用负逻辑，且与地对称逻辑1：-3-15V逻辑0：+3+15V 所以与单片机连接时常常需要加入电平转换芯片。,采用普通电话交换线,采用专用电话线通信,串口通信参数,波特率：RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。数据位：标准的值是5、7和8位。奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。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
4、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，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。,串口通信参数,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。,串口通信的传输格式,线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位。例如，对于
5、16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它的帧结构如下：55H=01010101B，取反后10101010B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为0101010101,aaH=10101010B，取反后01010101B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为0010101011。,串口通信的接收过程：异步,1）开始通信时，信号线为空闲（逻辑1）,当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。2）当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”，而不是干扰信号。3）接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一
6、次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1,作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。4）再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。.，直到全部数据位都输入。,串口通信的接收过程：异步,5）检测校验位P（如果有的话）。6）接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。7）本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。8）当信号再次变为低时，开始进入
7、下一幀的检测。,单片机常用11.0592M的的晶振,波特率为9600BPS每位位宽t1=1/9600s晶振周期t2=1/11.0592/1000000S单片机机器周期t3=12*t2t1/t3=96即对于9600BPS的串口，单片机对其以96倍的速率进行采样。如果单片机晶振用的不正确，会对串口接受产生误码。,波特率的计算公式,工作与不同的模式下，计算公式不同，现以自动加载功能模式为例，公式如下：,常用数据传输率设置方法,RS232接口的缺点,（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与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，波特
8、率为20Kbps；（3）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，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。,RS422,全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”；接收器采用高输入阻抗和发送驱动器具有比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。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。,计算机侧 RS-422 串行接口
9、的插口是 25 针,设备侧 RS-422 串行接口插头是 25 孔,四线连接方式,T+,T-,R+,R-,差动传输（平衡传输）,实际上还有一根信号地线，共5根线,RS422电气特性,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。,通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-26V，是另一个逻辑状态。当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正
10、逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。,RS422电气特性,Max422芯片,RS485,RS232无法实现联网，而RS422的驱动能力有限，因此推出方便联网的RS485；其基本特征与RS422接近，支持半双工操作；DB9。,RS-485的电气特性,逻辑“1”以两线间的电压差为+（26）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。接口信号电平比RS-232-C低，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。,RS485的连线方式,T+（D+）,R+,R-,差动传输（平衡传输）,4线或2线方
11、式,4线只能点对点，故很少使用,T-（D-）,RS485的电缆连接要求,低速、短距离、无干扰的场合：普通双绞线；高速、长线传输：采用阻抗匹配（一般为120）的RS485专用电缆（STP-120（for RS485&CAN）one pair 18 AWG）；干扰恶劣的环境：采用铠装型双绞屏蔽电缆（ASTP-120（for RS485&CAN）one pair 18 AWG）。,RS485性能参数,最高数据传输速率为10Mbps。RS-485最大的通信距离约为1219M；100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。一般最大支持32个节点，如果使用
12、特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。,Max485芯片,I2C,I2C（InterIntegrated Circuit）总线是由PHILIPS公司 1992 年开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。主要用于电压、温度监控，EEPROM数据的读写，光模块的管理等。,上拉电阻的取值,与I2C总线上所挂器件数量及I2C总线速率有关：一般是标准模式下R选择10kohm；快速模式下R选取1kohm；I2C总线上挂的I2C器件越多，就要求I2C的驱动能力越强，R的取值就要越小，实际设计中，一般是先选取4.
13、7kohm上拉电阻，然后在调试的时候根据实测的I2C波形再调整R的值。,I2C总线上最多能挂多少个I2C器件？,I2C总线上允许挂接I2C器件的数量由两个条件决定：I2C从设备的地址位数。I2C标准中有7位地址和10位地址两种。如果是7位地址，允许挂接的I2C器件数量为：27128，如果是10位地址，允许挂接的I2C器件数量为：2101024，一般I2C总线上挂接的I2C器件不会太多，所以现在几乎所有的I2C器件都使用7位地址。挂在I2C总线上所有I2C器件的管脚寄生电容之和。I2C总线规范要求，I2C总线容性负载最大不能超过470pF。,I2C总线特征,连线少：串行数据线SDA，串行时钟线S
14、CL；支持主从模式；一个真正的多主机总线，如果两个或更多主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏；串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s；连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电容400pF 限制。,I2C起始条件,起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件的某段时间后总线被认为再次处于空闲状态。SCL 线是高电平时，SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示起始条件；,SCL 线是高电平时，SDA 线由低电平向高电平切换。,I2C停止条件,
15、数据的有效性,逻辑0（低）和逻辑1（高）的电平不是固定的，它由电源VDD的相关电平决定，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲。在SCL处于高电平期间，SDA保持状态稳定的数据才是有效数据，只有在SCL处于低电平状态时，SDA才允许状态切换。,数据的有效性,发送到SDA 线上的每个字节必须为8 位，每次传输可以发送的字节数量不受限制。每个字节后必须跟一个响应位。首先传输的是数据的最高位（MSB），如果从机要完成一些其他功能后（例如一个内部中断服务程序）才能接收或发送下一个完整的数据字节，可以使时钟线SCL 保持低电平，迫使主机进入等待状态，当从机准备好接收下一个数据字节并释放时钟线SCL 后数据传
16、输继续。,I2C总线数据传输格式：字节格式,应答响应,数据传输必须带响应，相关的响应时钟脉冲由主机产生。在响应的时钟脉冲期间发送器释放SDA 线（高）。在响应的时钟脉冲期间，接收器必须将SDA 线拉低，使它在这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。,I2C总线数据传输和应答,I2C总线寻址方式,7位寻址10位寻址,带重复开始条件的7位地址格式,普通的7位地址格式,格式简介,第一个字节的头7 位组成了从机地址，最低位（LSB）是第8 位，它决定了传输的方向；第一个字节的最低位是“0”，表示主机会写信息到被选中的从机；“1”表示主机会向从机读信息；当发送了一个地址后，系统中的每个器件都在起始条件
17、后将头7 位与它自己的地址比较，如果一样，器件会判定它被主机寻址，至于是从机接收器还是从机发送器，都由R/W 位决定。,I2C总线10位地址格式,10地址格式简介,保留地址位1111XXX 有8 个组合，但只有4 个组合11110XX 用于10 位寻址，剩下的4个组合11111XX 保留给后续增强的I2C 总线。10 位从机地址是由在起始条件（S）或重复起始条件（Sr）后的头两个字节组成。第一个字节的头7 位是11110XX 的组合，其中最后两位（XX）是10 位地址的两个最高位（MSB）。,可扩展5通道i2c集线器,SPI,Serial Peripheral Interface-串行外设接口
18、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。三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR状态寄存器SPSR数据寄存器SPDR。,SPI特点,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；高速，全双工，同步的通信总线，只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便；缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据,SPI接口信号,MOSI 主器件数据输出，从器件数据输入 MISO 主器件数据输入，从器件数据输出 SCLK 时钟信号，由主器件产生/SS 从器件使能信号，由主器件控制
19、,SPI接口的应用场合,SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。,SPI工作原理示意图,SPI串口连接,基于SPI接口的大容量Flash扩展实现,I2S,InterIC Sound总线是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准；它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失
20、真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。该总线专责于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。,I2S 的3个主要信号,1.串行时钟SCLK，也叫位时钟（BCLK），即对应数字音频的每一位数据，SCLK都有1个脉冲。SCLK的频率=2采样频率采样位数。2.帧时钟LRCK，(也称WS)，用于切换左右声道的数据。LRCK为“1”表示正在传输的是左声道的数据，为“0”则表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。3.串行数据SDATA，就是用二进制补码表示的音频数据。有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Cl
21、ock），是采样频率的256倍或384倍。,I2S 的串行数据（SD）,I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCK变化（也就是一帧开始）后的第2个SCLK脉冲处。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。,I2S 的数据格式,根据SDATA数据相对于LRCK和SCLK的位置不同，分为：左对齐（较少使用）；I2S格式（即飞利浦规定的格式）；右对齐（也叫日本格式、普通格式）。,字
22、段（声道）选择（WS）,命令选择线表明了正在被传输的声道。WS=1，表示正在传输的是左声道的数据。WS=0，表示正在传输的是右声道的数据。,I2S电气规范,输出电压:VL 2.4V 输入电压 VIL=0.8V VIH=2.0V,对于系统而言，产生BCLK和LRCLK信号的信号端是主设备。I2S的数据线用于串行数据，当LRCLK变化（也就是左右通道的数据切换），在第二个BLCK处数据开始，按照高位在先低位在后的顺序进行传输。数据在BCLK的下降沿改变，在BCLK的上升沿进行数据的采样。,I2S时序,I2S时序,本图解释如下：,WM8731能够支持立体声采集和回放，图中将WM8731立体声采集回放
23、的左右声道分别拆分成2路独立单声道的采集回放通道使用。GM8180支持多种音频输入接口，包括1个AC97和2个I2S接口。,主控芯片AS3525,主控芯片AS3525,AS3525采用ARM922TDMI RISC CPU，有2.5Mb片内RAM和1Mb片内ROM，时钟速度最大250MHz。该芯片音频子系统接口提供两线串行控制主机和有双端口缓冲器RAM的I2S输入和输出，具有NAND闪存接口，MMC/SD接口和MS/MS Pro接口；显示器接口支持串行和并行控制器，同步串行接口支持8位和16位，I2S接口可选择SPDIF输入转换，有2线串行控制接口和GPIO接口,USB接口,USB是在1994
24、年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的，自1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本。,USB基本简介,USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB接口可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。,USB相关规范,1996年，USB1.0：1.5Mb/s；1998年，USB1.1：1.5Mb/s(低速)，12Mb/s(高速)；2003
25、年，USB2.0：1.5Mb/s，12Mb/s，480Mb/s(理论值)，320Mb/s（实际峰值）；2008年，USB3.0：4800Mb/s（理论值）。,USB主要优点,可以热插拔；携带方便：USB设备一般“小、轻、薄”标准统一：用一种接口连接各种外设，如硬盘、鼠标、打印机等等。可以连接多个设备：最高可连接至127个设备。,USB接口引线,引脚定义,MiniUSB 接口,MiniUSB引脚定义,上方为USB2.0，下方为USB3.0,从左到右依次为：MiniUSB公口(A型插头)、MiniUSB公口(B型插头)、USB公口(B型插头)、USB母口(A型插座)、USB公口(A型插头),USB
26、接口器,华擎的880GMH/USB3主板，装有USB3.0接口,ARM处理器与USB接口连接实例,在此，想通过两个图片，使同学们了解ARM芯片最基本的外围电路，并熟悉与USB接口的连接方式。,CAN总线：基本概念,CAN 是Controller Area Network 的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。,CAN总线：开发背景,汽车具有安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，而且要求越来越高；于是开发出了各种各样的
27、电子控制系统；系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加，增加了互联互通的复杂性与不稳定性。开发统一的总线传输系统十分必要。,CAN总线应用场合,由于其高性能和可靠性，被广泛地应用于：汽车；工业自动化；船舶；医疗设备；工业设备等方面。现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网。,CAN 的主要优点,低成本 极高的总线利用率 很远的数据传输距离(长达10 公里)高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）可根据报文的ID 决定接收或屏蔽该报文 可靠的错误处理和检错机制 发送的信息遭到破坏后可自动重发 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 报
28、文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功 能信息优先级,CAN的报文格式：标准格式,CAN的报文格式：扩展格式,CAN总线应用实例,汽车用CAN总线网关控制器作用：连接汽车内的高速与低速CAN总线,总体原理框图,ARM7系列单片机 LPC2119,硬件原理图之一：处理器最小系统,硬件原理图之二：复位电路,复位芯片SP706,数据缓冲芯片74HC125,硬件原理图之三：时钟电路,硬件原理图之四：程序烧写口,硬件原理图之五：主电源,开关电源AP1509，输出5V，其12V电源由汽车上的12v电源提供,硬件原理图之六：芯片电源,主芯片电源3.3v,主芯片电源1.8v,硬件原理图之七：防电磁干扰,由于CAN总线现场的电磁干扰非常强，所以需要对CAN电源进行单独隔离，避免干扰处理器的正常运行。主要就是采用一个隔离芯片,硬件原理图之八：CAN收发电路,CAN电路部分与处理器部分需要通过光耦进行电气隔离。高速光耦芯片TLP113。CAN收发器芯片采用TJA1050,
