(单片机原理与应用实验)实验9点对点串行通信

(单片机原理与应用实验)实验9点对点串行通信本实验介绍了单片机下的点对点串行通信的基础概念、通信原理与协议、硬件实现以及多个设备间通信等内容，达到了为学生开发面向工业控制、物联网领域及军事通信中的应用软件的目的。实验目的及意义掌握点对点串行通信的基本原理。理解扩展串行通信的原理。掌握串行通信数据传输方式及协议。了解单片机在通信中的应用现状。点对点通信原理点对点拓扑网络连接方式两个设备之间构成一条物理连接。串行通信协议通过通信协议将数据位、数据格式等信息打包同步传递。数据传输方式有效地利用时序，在单数据线上完成传输。基于单片机的点对点通信1通信模块的选择从芯片层面选定主芯片和通信模块2通信协议的实现含启动位、停止位、数据位、校验位在内的协议实现。3通信硬件的设计确定通信控制器的接口信号描述及其功能。串行通信的硬件实现1串行通信接口将通信引脚拼接在单一接口上方便编译器的访问。2通信芯片集成电路完成串行通信协议，对编程人员来说隐藏底层细节。3位移寄存器实现从Tx端口向Rx端口的数据传输过程。实验器材及软件环境介绍硬件设备Keil开发板、单片机、点对点串行通信电路、USB转TTL串口模块。编程软件KeilμVision5集成环境、c51C语言编译器。实验工具虚拟示波器、示波器探头、手机App等。实验电路图设计电路图单片机与串行通信电路、LED等外设的连接示意图。面包板图实际硬件连接呈现。操作流程图将电路图抽象为具有流程性的操作步骤。单片机程序设计程序框架位移寄存器、数据缓存、波特率设定等模块的初始化及配置。循环结构及条件语句的实现。程序实现数据的接受与处理、数据的打包处理、数据的发送、错误处理。字节位、ASCII码及十六进制代码的转换。程序调试及运行注意事项1逐步调试从每一条语句开始排错，逐行执行检查程序错误。2输出信息将所需查看的变量值通过虚拟示波器或串口传输输出。3频率设置匹配两端通信频率，保证信息传输过程的稳定性。传输速率的检测和优化速率检测通过压缩测试、速率检测等方式测量数据传输的速率。数据缓存优化使用FIFO缓存、循环存储等方式提高数据传输效率。基于串行通信的多个设备之间的通信1主从通信模式通信的双方划分为主设备和从设备，实现多方互通的目的。2扩展串行通信通过一条串行通信线路传输多类信息，如风速、温度、湿度等。3总线通信方式对验证、选择、初始化、释放和查询等步骤进行了标准化，增加系统的可扩展性和兼容性，缩短全局数据总线速率。串行通信与并行通信的比较串行通信数据流方向固定，利用时间复用技术实现多方数据传输。接线简单，不易产生干扰，传输距离长。速度较慢，不适合大批量数据。并行通信多个数据流并行传输，传输速度快。接线复杂，易产生干扰，不适合传输距离较远的数据。不易扩展，不适合大规模应用。点对点串行通信应用举例红外线遥控器利用红外线的点对点传输方式实现遥控器功能，如电视、空调、音响、洗衣机等。伺服电机控制点对点控制伺服电机，实现位置和速度的精确控制，并适用于注塑机、膜伸展机、食品包装机、自动编织机等。无线打印机点对点串行通信协议实现无线打印任务和数据的传输，便捷快速。串行通信的发展历程11965IBM公司研制出最早的串行通信协议SDLC。21983计算机业内推出USART，DSR和DTR线介绍了数据终端设备和数据通信设备协议。31996USB接口技术出现，速度极快，替代了串行SCSI技术。42000RS-232最终确定了标准化协议，为通信技术带来了规范和标准化的蓝本。常见串行通信协议的特点和应用范围AUTOBUS个人电脑与语音设备之间的通信，如modemUSB数字视频设备、闪存硬盘、数字相机、PDA/MP3/MP4等的数据传输RS-232个人电脑和模拟设备间通信，如串口打印机SPI短距离高速同步串行通信串行通信安全与保密性加密技术使用DES、AES、RSA等加密措施进行数据保护。检验数据验证数据的真实性和完整性，以防止信息泄露。实现策略基于硬件、软件和网络安全等要素逐层设计，构成完整的系统解决方案。未来串行通信发展趋势技术特点与存储、计算、通信、变电等技术的融合、智能化，形成更多未来应用场景。功能属性随着云计算、大数据、强人工智能的普及，趋于多种协议融合，更新出更强有力的应用功能。单片机在通信中的应用现状智能家居通过点对点串行通信，从家居智能控制到远程监管，实现智能家居。交通运输点对点串行通信下的数据获取和控制，在交通安全、信息宣传等方面得到广泛应用。医疗设备医疗设备在点对点串行通信技术下智能化及网络化，实现了对数据和信息的安全及实时监测。串行通信技术在工业控制中的应用CAN总线适用于成本低、带宽要求不高、可靠性调节严格。ASI总线应用于自动化产品的数字化控制及伺服控制模式的升级，如德国西门子PLC等。PROFIBUS适用于工业自动化、机器人和制造技术领域，实现以太网、桥接操作、提高性能。串行通信技术在物联网领域的应用1智能家居通过点对点串行通信的方式，实现自动化智能生活；2实物配套商品管理从规则定制、金融支付等方面实现物联网的数据传输。3工业生产及维护领域通过大型企业、设备间便捷的数据交换维护制造优势。串行通信技术在远程监控和数据采集中的应用传感器技术基于串行通信方式的拓展，可以很容易的构建海量传感器测量点与控制中心间的(远程)数据传输通路。遥测技术点对点串行通信技术的突破，实现多类传感器数据信息的及时采集与应用，如农业养殖行业等。串行通信技术在医疗设备中的应用1电子病历系统通过串口等方式和不同的医疗设备进行数据传输，提高病人诊治效率。2远程医疗诊治在移动医疗、专业远程医疗、居家远程监护等方向中得到广泛应用。3医疗计量仪表基于点对点串行通信技术，从各种医疗仪器的验后调试、实时信号传输、流程调控等方面体现应用价值。串行通信技