电子信息技术进展通信协议类

（信息技术南子信息技术

进展通信协议类

多年的企业咨询硕问经验，经过实战验证可以落地执行的卓越管理方案，值得您下我拥有

中南大学

电子信息技术进展课程报告

指导老师：丁家峰

课题名称：通信接口

电信1005班艾娟1404100718

电信1005班郭阳1404100721

电信1005班张景迪1404100513

电信1004班崔彬1404100507

电信1005班杨素利1404100709

电信1005班何艳红1404100728

序言

通信接口（communicationinterface）是指中央处理器和标准通信子系

统之间的接口。如：RS232接口。RS232接口就是串口，电脑机箱后方的9

芯插座，旁边一般有样标识。

一般机箱有两个，新机箱有可能只有一个。笔记本电脑有可能没有。

有很多工业仪器将它作为标准通信端口。通信的内容与格式一般附在仪器的用户

说明书中。

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行

通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输

时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双

方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。

RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它

是在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。它的全名是"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。

以往，PC与智能设备通讯多借助RS232、RS485、以太网等方式，主要取

决于设备的接口规范。但RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层,

如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都

不能符合ISO/OSI的规范，只能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程

序不具备通用性。在RS232或RS485设备联成的设备网中，如果设备数量超过

2台，就必须使用RS485做通讯介质，RS485网的设备间要想互通信息只有通

过"主（Master设备中转才能实现，这个主设备通常是PC,而这种设备网

中只允许存在一个主设备，其余全部是从（Slave）设备。而现场总线技术是以

ISO/OSI模型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检

测、链路维护等问题.。

本文主要介绍了通信接口的设备有RS-232接口（串口UARTXUSB接口

（通用串行总线接口\IrDA（InfraRedDataAssociation-红外线接口\SPI

（串行外围设备接口\I2C、CAN总线接口、蓝牙接口（Bluetooth\WiFi、

Ethernet（以太网接口）IEEE1394接口和通用可编程接口GPIO。通过简要介

绍这些接口设备的基本概念、特点和应用，体现各接口在计算机领域的应用和发

展。

目录

序言......................................................................1

目录.....................................................................3

第一章RS-232接口（串口UART）.....................................................................8

1.1RS232接口定义及引脚介绍............................................8

1.2RS232工作原理...................................................9

1.3RS232接口设置..................................................11

1.4RS232的缺点....................................................13

第二章USB接口（通用串行总线接口）....................................14

2.1USB接口定义....................................................14

2.2发展历程........................................................14

2.3接口引脚介绍....................................................16

2.4USB种类........................................................17

2.5USB优点........................................................19

第三章IrDA（红外线接口）...............................................20

3.1IrDA接口定义...................................................20

3.2IrDA协议分析...................................................20

3.3IrDA建立连接的过程.............................................22

3.4IrLAP协议分析..................................................24

3.5红外通讯电路标准方案............................................24

第四章SPI（串行外围设备接口）.........................................26

4.1SPI接口的定义...................................................26

4.2SPI简介........................................................26

4.3SPI的特点......................................................27

4.4SPI的通信原理..................................................28

4.5原理图..........................................................30

4.6工作模式........................................................30

4.7例子............................................................30

第五章I2C、CAN总线接口..............................................31

5.112c的作用......................................................32

5.212c总线特点....................................................32

5.312c总线工作原理总线的构成及信号类型............................32

5.412c总线操作....................................................34

5.5USB212c功能特点...............................................36

5.6CAN简介.......................................................36

5.7CAN的基本概念.................................................37

5.8CAN的优势.....................................................37

5.9特点............................................................39

5.10数据错I期佥测....................................................40

5.11CAN错误处理...................................................42

第六章蓝牙接口(Bluetooth)、WiFi...................................................................46

6.1蓝牙的叫......................................................46

6.2蓝牙通信技术特点................................................47

6.3蓝牙技术协议....................................................49

6.4Wi-Fi简介......................................................51

6.5Wi-Fi定义......................................................51

6.6Wi-Fi模块......................................................52

6.7Wi-Fi特性......................................................54

第七章Ethernet（以太网接口）..........................................61

7.1Mil接口分析....................................................61

7.2RMU接口分析...................................................69

7.3SMH接口分析...................................................71

7.4GMII接口分析..................................................73

7.5RGMU接口分析..................................................78

7.6TBI接口分析....................................................80

第八章IEEE1394接口和通用可编木鞭口GPIOGPIO.....................................................83

8.1IEEE1394概述...................................................83

8.2IEEE1394总线的主要技术特征....................................84

8.3IEEE1394总线技术应用特点.......................................87

8.4IEEE1394接口的物理特质.........................................89

8.5IEEE1394的版本.................................................91

8.6IEEE1394总线的应用............................................92

8.7IEEE1394总线技术应用的缺点.....................................93

8.8USB与IEEE1394接口的比较......................................93

8.9GPIO接口简介..................................................94

8.10GPIO接口的定义.................................................95

8.11GPIO应用开发方法..............................................96

8.12GPIO接口开发实例..............................................99

结束语.................................................................102

第一章RS-232接口（串口UART）

RS232接口是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。它的全名是

"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。

1.1RS232接口定义及引脚介绍

DB25引脚说明（左上角为1,右下角为25）:

引脚号引脚说明引脚号引脚说明

1屏蔽地线11数据发送（一）

2TXD发送数据12-17未定义

3RXD接收数据18数据接收（+）

4RTS请求发送19未定义

5CTS允许发送20数据终端准备好DTR

6DSR数据准备好21未定义

7SG信号地22振铃RI

8DCD载波检测23-24未定义

9发送返回（+）25接收返回（一）标准的细节

10未定义

DB9引脚说明（左上角为1,右下角为9）:

引脚号引脚号

1DCD载波检测6DSR数据准备好

2RXD接收数据7RTS请求发送

3TXD发送数据8CTS允许发送

4DTR数据终端准备好9RI振铃提示

5SG信号地

DB25转DB9接口方式

25芯接口23456782022

9芯接口327865149

1.2RS232工作原理

在RS-232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）

方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式

是异步起停(asynchronousstart-stop)格式，它使用一个起始比特后面紧跟

7或8个数据比特(bit),然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比

特。所以发送一个字符至少需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输

速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高

级数据链路控制协议(HDLC工

在RS-232标准中定义了逻辑1和逻辑0电压级数，以及标准的传输速率和

连接器类型。信号大小在正的和负的3-15v之间。RS-232规定接近0的电平

是无效的，逻辑1规定为负电平，有效负电平的信号状态称为传号marking,

它的功能意义为OFF,逻辑0规定为正电平,有效正电平的信号状态称为空号

spacing,它的功能意义为ON。根据设备供电电源的不同，±5、±10、±12和

±15这样的电平都是可能的。

mark和space是从电传打字机中来的术语。电传打字机原始的通信是一个

简单的中断直流电路模式，类似与圆转盘电话拨号的中的信号。Marking状态

是指电路是断开的，spacing状态就是指电路是接通的。一个space就表明有

一个字符要开始发送了，相应的停止的时候，停止位就是marking,当线路中

断的时候，电传打字机不打印任何有效字符，周期性的连续收到全0信号

RS-232设计之初是用来连接调制解调器做传输之用，也因此它的脚位意义

通常也和调制解调器传输有关。RS-232的设备可以分为数据终端设备(DTE,

DataTerminalEquipment,Forexample,PC)和数据通信设备(DCE,Data

CommunicationEquipment)两类，这种分类定义了不同的线路用来发送和

接受信号。一般来说，计算机和终端设备有DTE连接器，调制解调器和打印机

有DCE连接器。但是这么说并不是总是严格正确的，用配线分接器测试连接,

或者用试误法来判断电缆是否工作，常常需要参考相关的文件说明。

RS-232指定了20个不同的信号连接，由25个D-sub（微型D类）管脚

构成的DB-25连接器。很多设备只是用了其中的一小部分管脚，出于节省资金

和空间的考虑不少机器采用较小的连接器特别是9管脚的D-sub或者是DB-9

型连接器被广泛使用绝大多数自IBM的AT机之后的PC机和其他许多设备上。

DB-25和DB-9型的连接器在大部分设备上是雌型，但不是所有的都是这样。

最近，8管脚的RJ-45型连接器变得越来越普遍，尽管它的管脚分配相差很大。

EIA/TIA561标准规定了一种管脚分配的方法，但是由DaveYost发明的被广泛

使用在Unix计算机上的Yost串连设备配线标准（"YostSerialDeviceWiring

Standard"）以及其他很多设备都没有采用上述任一种连线标准。

1.3RS232接口设置

串行通信在软件设置里需要做多项设置，最常见的设置包括波特率（Baud

Rate1奇偶校验（ParityCheck）和停止位（StopBit1

1、波特率（又称鲍率）：是指从一设备发到另一设备的波特率，即每秒钟多

少比特（）典型的波特率是

bitspersecondbit/so300,1200,2400,9600,

15200,19200等bit/s。一般通信两端设备都要设为相同的波特率，但有些设备

也可以设置为自动检测波特率。

2、奇偶校验（Parity）:是用来验证数据的正确性。奇偶校验一般不使用，

如果使用，那么既可以做奇校验（OddParity）也可以做偶校验（EvenParity1

奇偶校验是通过修改每一发送字节（也可以限制发送的字节）来工作的。如果不

作奇偶校验，那么数据是不会被改变的。在偶校验中，因为奇偶校验位会被相应

的置1或0（一般是最高位或最低位）,所以数据会被改变以使得所有传送的数

位（含字符的各数位和校验位）中"V的个数为偶数；在奇校验中，所有传送

的数位（含字符的各数位和校验位）中"V的个数为奇数。奇偶校验可以用于

接受方检查传输是否发送生错误—如果某一字节中"V的个数发生了错误，

那么这个字节在传输中一定有错误发生。如果奇偶校验是正确的，那么要么没有

发生错误要么发生了偶数个的错误。如果用户选择数据长度为8位，则因为没有

多余的比特可被用来作为同比特，因此就叫做"无位元（NonParity上

3、停止位：是在每个字节传输之后发送的，它用来帮助接受信号方硬件重

同步。

RS-232在传送数据时，并不需要另外使用一条传输线来传送同步信号，就

能正确的将数据顺利传送到对方，因此叫做“异步传输"，简称UART（Universal

AsynchronousReceiverTransmitter）,不过必须在每一笔数据的前后都加上同

步信号，把同步信号与数据混和之后，使用同一条传输线来传输。比如数据

11001010被传输时，数据的前后就需加入Start（Low）以及Stop（High）等两个

比特，值得注意的是,Start信号固定为一个比特，但Stop停止比特则可以是1、

1.5或者是2比特，由使用RS-232的传送与接收两方面自行选择，但需注意传

送与接受两者的选择必须一致。在串行通信软件设置中D/P/S是常规的符号表

示。8/N/1（非常普遍）表明8bit数据，没有奇偶校验，lbit停止位。数据位

可以设置为7、8或者9,奇偶校验位可以设置为无（NI奇（。）或者偶（E）,

奇偶校验可以使用数据中的比特（bit）,所以8/E/1就表示一共8位数据位，其

中一位用来做奇偶校验位。停止位可以是1、1.5或者2位的（1.5是用在波特

率为60wpm的电传打字机上的X

4、流量控制：当需要发送握手信号或数据完整性检测时需要制定其他设置。

公用的组合有RTS/CTS,DTR/DSR或者XON/XOFF(实际中不使用连接器管脚

而在数据流内插入特殊字符X

接受方把XON/XOFF信号发给发送方来控制发送方何时发送数据，这些信

号是与发送数据的传输方向相反的。XON信号告诉发送方接受方准备好接受更

多的数据，XOFF信号告诉发送方停止发送数据直到知道接受方再次准备好。

XON/XOFF一般不赞成使用推荐用RTS/CTS控制流来代替它们。XON/XOFF

是一种工作在终端间的带内方法，但是必须两端都支持这个协议，而且在突然启

动的时候会有混淆的可能。XON/XOFF可以工作于3线的接口。RTS/CTS最

初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的，每次它只能一方调制解

调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信

号。尽管RTS/CTS是通过硬件达到握手，但它有自己的优势。

ASR(AutomaticSendReceive)电传打字机有一个纸带读卡机。当读卡

机读数据的时候字符被发提交去。ASR电传打字机里收到一个XOFF字符就关

掉纸带读卡机收到一个XON字符就启动纸带读卡机。当远端系统有必要降低发

送放的速率时就发出XOFF。在原始的系统中，消息要用纸带事先准备好，传送

的时间才能被缩短。那时的带宽非常有限并且昂贵，有时候传输不得不推迟到晚

上进行，这也正推动了简明电报表达的发展。在有些早期的小型机中，ASR纸

带读卡机和纸带穿孔器也是唯一的恢复程序的方法。

1.4RS232的缺点

(1)接口的信号电平值较高，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"V,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，波特率为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。

第二章USB接口(通用串行总线接口)

2.1USB接口定义

通用串行总线(英文：UniversalSerialBus,简称USB)是连接外部装置

的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛，但也可以用在机顶盒和游戏机上,

补充标准On-The-G。(OTG)使其能够用于在便携装置之间直接交换资料。

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

接口即插即用和热插拔功能。USB接口可连接127种外设，如鼠标和键盘等。

USB是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后，已成功替代串

口和并口，已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。USB版本经历了多年

的发展，到如今已经发展为3.0版本。

2.2发展历程

2.2.1USB1.0

USB1.0是在1996年出现的,速度只有1.5Mb/s(位每秒);1998年升级

为USB1.1,速度也大大提升到12Mb/s,在部分旧设备上还能看

到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范，其高速方式的传输速

率为12Mbps，低速方式的传输速率为L5Mbps（b是Bit的意思），b/s一般

表示位传输速度,bps表示位传输速率，数值上相等。B/s与b/s,BPS（字节每

秒）与bps（位每秒）不能混淆。IMB/s（兆字节/秒）=8Mbps（兆位/秒）,

12Mbps=1.5MB/s,大部分MP3为此类接口类型。[2]

2.2.2USB2.0

USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps,

折算为MB为60MB/S,足以满足大多数外设的速率要求。USB2.0中的“增强

主机控制器接口"（EHQ）定义了一个与USB1.1相兼容的架构。它可以用USB

2.0的驱动程序驱动USB1.1设备。也就是说，所有支持USB1.1的设备都可以

直接在USB2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题，而且像USB线、插头等

等附件也都可以直接使用。

使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升，USB接口提供

了12Mbps的连接速度，相比并口速度提高达到10倍以上，在这个速度之下打

印文件传输时间大大缩减。USB2.0标准进一步将接口速度提高到480Mbps,

是普通USB速度的20倍，更大幅度降低了打印文件的传输时间。

2.2.3USB3.0

由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB

3.0PromoterGroup宣布，该组织负责制定的新一代USB3.0标准已经正式完

成并公开发布。USB3.0——也被认为是SuperSpeedUSB——为那些与PC

或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。从键盘到高吞吐量磁

盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，

用户基本不用花太多心思在上面。新的USB3.0在保持与USB2.0的兼容性的

同时，还提供了下面的几项增强功能：

•极大提高了带宽——高达5Gbps全双口USB2.0则为480Mbps半双工）

•实现了更好的电源管理

•能够使主机为器件提供更多的功率，从而实现USB——充电电池、LED照

明和迷你风扇等应用。

•能够使主机更快地识别器件

•新的协议使得数据处理的效率更高

USB3.0可以在存储器件所限定的存储速率下传输大容量文件（如HD电影工

例如，一个采用USB3.0的闪存驱动器可以在15秒钟将1GB的数据转移到一

个主机，而USB2.0则需要43秒。

2.3接口引脚介绍

USB是一种常用的pc接口，他只有4根线，两根电源两根信号，故信号是

串行传输的,usb接口也称为串行口，usb2.0的速度可以达到480Mbps。可以

满足各种工业和民用需要.USB接口的输出电压和电流是：+5V500mA实际

上有误差，最大不能超过+/-0.2V也就是4.8-5.2V。usb接口的4根线一般是

下面这样分配的，需要注意的是千万不要把正负极弄反了，否则会烧掉usb设

备或者电脑的南桥芯片：黑线：gnd红线:vcc绿线：data+白线：data-

USB接口定义图

USB接口定义（颜色）一般的排列方式是：红白绿黑从左到右

定义：

红色-USB电源:标有-VCC、Power.

5V、5VSB字样

白色-USB数据线：（负）-DATA-、

USBD-、PD-、USBDT-

绿色-USB数据线：（正）-DATA+、USBD+、PD+、USBDT+

黑色-地线:GND、Ground

2.4USB种类

随着各种数码设备的大量普及，特别是MP3和数码相机的普及，我们周围

的USB设备渐渐多了起来。然而这些设备虽然都是采用了USB接口，但是这些

设备的数据线并不完全相同。这些数据线在连接PC的一端都是相同的，但是在

连接设备端的时候，通常出于体积的考虑而采用了各种不同的接口。下面简单介

绍Mini类型sub接口的各种应用。

2.4.1MiniB型5Pin

这种接口可以说是最常见的一种接口了，这种接口由于防误插性能出众，体

积也比较小巧，所以正在赢得越来越多的厂商青睐，如今这种接口广泛出如今读

卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。

2.4.2MiniB型4Pin

这种接口常见于以下品牌的数码产品：奥林巴斯的C系列和E系列，柯达的

大部分数码相机三星的MP3产品（如Yepp）SONY的DSC系列康柏的IPAQ

系列产品

MiniB型4Pin还有一种形式,那就是MiniB型4PinFlat.顾名思义，这

种接口比MiniB型4Pin要更加扁平，在设备中的应用也比较广泛。

2.4.3MiniB型8PinRound

这种接口和前面的普通型比起来，就是将原来的D型接头改成了圆形接头,

并且为了防止误插在一边设计了一个凸起。

这种接头可以见于一些Nikon的数码相机，CoolPix系列比较多见。虽然

Nikon一直坚持用这种接口，但是在一些较新的机型中，例如D100和CP2000

也都采用了普及度最高的MiniB型5Pin接口。

2.4.4MiniB型8Pin2x4

这种接口也是一种比较常见的接口了，例如我们熟悉的iRiver的著名的MP3

系列，其中号称"铁三角"的180TC,以及

该系列的很多其他产品采用的均是这种接口。

这种接口的应用范围也还算是广，不过从

iRiver自3XX系列全面换成MiniB型5Pin

的接口后，这种规格明显没有MiniB型5Pin抢眼了。

2.4.5MicroUSB

MicroUSB是USB2.0标准的一个便携版本，比部分手机使用的MiniUSB

接口更小，Micro-USB[4]是Mini-USB的下一代规格，由USB标准化组织美国

USBImplementersForurrXUSB-IF厅2007年1月4日制定完成。Micro-USB

支持OTG,和Mini-USB一样，也是5pin的。Micro系列的定义包括标准设备

使用的Micro-B系列插槽；OTG设备使用的Micro-AB插槽；Micro-A和

Micro-B插头,还有线缆。Micro系列的独特之处是他们包含了不锈钢外壳，万

次插拔不成问题。

2009年10月26日在瑞士日内瓦举办的国际电联ITU-T第五研究组(SG5)

全会上完成了"通用移动终端及其它ICT设备的电源适配器和充电器方案''框架

标准讨论并通过，并申请进入报批程序。这实际意味着全球都将统一手机充电器

标准。

2.5USB优点

1、可以热插拔。就是用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，

而是在电脑工作时，直接将USB插上使用。

2、携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄"见长，对用户来说，随身携

带大量数据时，很方便。当然USB硬盘是首要之选了。

3、标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打

印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人

电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。

4、可以连接多个设备。USB在个人电脑上往往具有多个接口，可以同时连

接几个设备，如果接上一个有四个端口的USBHUB时，就可以再连上；四个

USB设备，以此类推，尽可以连下去，将你家的设备都同时连在一台个人电脑

上而不会有任何问题(注：最高可连接至127个设备)。

第三章IrDA(红外线接口)

3.1IrDA接口定义

IrDA是红外数据组织(InfraredDataAssociation)的简称，目前广泛采

用的IrDA红外连接技术就是由该组织提出的.到目前为止，全球采用IrDA技术

的设备超过了5000万部。IrDA已经制订出物理介质和协议层规格，以及2个支

持IrDA标准的设备可以相互监测对方并交换数据。初始的IrDAl.O标准制订了

一个串行,半双工的同步系统，传输速率为2400bps到115200bps，传输范围

1m，传输半角度为15度到30度。最近IrDA扩展了其物理层规格使数据传输率

提升到4Mbps。PXA27x就是使用了这种扩展了的物理层规格。

3.2IrDA协议分析

IrDA数据协议由物理层，链路接入层和链路管理层三个基本层协议组成,

另外，为满足各层上的应用的需要,IrDA栈支持IrLARIrLMRIrlAS,IrlAPJrLPT,

IrCOMMJrOBEX和IrLAN等。

3.2.1IrDA红外串行物理层协议：

IrPHY定义了4Mb/s以下速率的半双工连接标准。在IrDA物理层中，将数

据通信按发送速率分为三类：、和串行红外（）的速率覆盖了

SIRMIRFIR0SIR

RS-232端口通常支持的速率（9600bps~1152KbpsXMIR可支持0.576Mbps

和1.152Mbps的速率；高速红外（FIR）通常用于4Mbps的速率，有时也可用

于高于SIR的所有速率。4Mb/s连接使用4PpM编码，1.152Mb/s连接使用归

零OOK编码，编码脉冲的占空比为0.25。115.2kb/s以及以下速率的连接使用

占空比为0.1875的归零OOK编码。

3.2.2IrLAP红外链路接入协议：

IrLAP定义了链路初始化、设备地址发现、建立连接（其中包括比特率的统

一）、数据交换、切断连接、链路关闭以及地址冲突解决等操作过程。它是从异

步数据通信标准高级数据链路控制（HDLC）协议演化而来的。IrLAP使用了

HDLC中定义的标准祯类型，可用于点对点和点对多的应用。IrLAP的最大特点

是，由一种协商机制来确定一个设备为主设备，其他设备为从设备。主设备探测

它的可是范围，寻找从设备，然后从那些相应它的设备中选择一个并试图建立连

接。在建立连接的过程中，两个设备彼此协调，按照它们共同的最高通信能力确

定最后的通信速率。以上所说的寻找和协调过程都是在9.6kbps的波特率下进行

的。

3.2.3IrLMP红外链路管理协议：

IrLMP是IrLAP之上的一层链路管理协议，主要用于管理IrLAP所提供的链

路连接中的链路功能和应用程序以及评估设备上的服务，并管理如数据速率、

BOF的数量（帧的开始）及连接转换向时间等参数的协调、数据的纠错传输等。

3.2.4IrIAS,IrLPT,IrCOMM,IrOBEX,IrLAN是建立在IrLAP之上的应用。

3.3IrDA建立连接的过程

当IrDA被建立时，它为自己设置下列目标："建立可互操作的，廉价的红外

线资料互连标准能维持无连接的，定向无线电传送的使用者模型，能适应活动

的宽带的的要连接到外围设备和主机的应用。"

IrDA选择短射程的、无连接的、点对点定向的红外线通信模型有两主要的

原因。

1.第一，它初始的目标市场为支持IrDA的设备将是可移动的

2.第二,IrDA选择这个通信模型因为它最低的价格。

IrDA建立连接通信分四个阶段

1.设备发现和地址解析

发现过程是IrDA设备查明在通讯范围是否有其它设备的过程。在此情况

下，发现范围内所有设备的地址，也就是IrLAP操控的设备序号，也有的是由

IrLMP层指定的。哪个设备的发现程序占有时间槽，那个设备就控制发现过程。

当范围内有多个设备时，这种分槽的办法减少了冲突的可能性。在等待560ms

后（普通断开方式规则），初始设备在每个时间槽的头部开始发现过程，并广播

帧标记。当听到初始发现槽时，设备将随机选择一个响应。当设备接收到它选

择槽的帧标记时，传送一个发现响应帧。在发现过程中所有的帧都采用HDLC

的无编号的交换标识（XID）类型。如果参加发现过程的设备有重复的地址，那

就需启动地址解析过程。地址解析过程与发现过程相似，它用探测地址冲突来

启动过程，仅解析有冲突的地址。初始设备向冲突的地址传送地址解析XID命

令，这个地址的设备选择另一个随机地址和槽响应。初始这像以前一样传送槽

标记，而原先地址冲突的设备选择恰当的槽响应。一旦过程结束，每个设备将

有唯一地址。如果仍有冲突，此过程反复进行。

2.链接建立

一旦发现和地址解析过程完成后,应用层可以决定它希望连接到哪一个被发

现的设备。应用层将发一个连接请求，它最终选择调用适当的IrLAP服务原语。

IrLAP层连接远程设备是采用发送带轮换查询位（pollbit）的设置正常响应模

式（SNRM）的命令帧。假设远程的设备能接受连接，它将发送一个带中止位

的无编号应答响应帧，指示连接已经被接受。在正常环境下，启动连接的设备

（发送SNRM）是主设备，其它设备是从设备。

3.信息交换和链接复位

信息交换过程的操作实在主从模式下进行的，就是主设备控制从设备的访

问。主设备发出命令帧，从设备响应。为了保证在同一时间里只有一个设备能

传送帧，一个传送许可令牌在主、从设备间交换。一个传送许可令牌在主、从

设备间交换。主设备通过发送带轮换查询位的控制帧传递一个传送许可令牌给

从设备，从设备通过带结束位的响应帧返回令牌。传送数据时，从设备保留令

牌，一旦数据传输结束或达到最长转换时间，它必须将令牌返回主设备。当然,

主设备也受最长传送时间的限制，但没有数据传送时，主设备允许保留令牌。

4.链接终止

一旦数据传输完，主、从设备之一将断开链接。如果主设备希望断开链接，

它将发送带轮询位的断开命令给从设备。从设备返回带终止位的未编号确认帧应

答。两个设备将都处于正常断开模式，采用其参数（9600bps1

一旦两个设备处于正常中断模式，传输媒介对于任何设备都是空闲的，都可

以开始设备发现，地址解析，连接建立过程。

3.4IrLAP协议分析

IrDA提供的服务分为两大类，即面向连接的服务和无连接的服务。具体分

为4种：

-Request由上层协议送达，用来激活服务

-Indication用于将服务初始化请求通知上层应用

-Response上层协议用于接受服务请求

-ConfirmIrLAP层报告服务结果

另外也是InfraRedDataAssociation的缩写，即红外线接口

3.5红外通讯电路标准方案

红外发射电路由红外线发射管L2和限流电阻R2组成。当主板红外接口的

输出端IRTX输出调制后的电脉冲信号时，红外线发射管将电脉冲信号转化为红

外线光信号发射出去。电阻R2起限制电流的作用，以免过大的电流将红外管损

坏。当R2的阻值越小，通过红外管的电流就越大，红外管的发射功率也随电流

的增大而增大，发射距离就越远，但R2的阻值不能过小，否则会损坏红外管或

主板红外接口！

红外通信电路标准方案

红外接收电路由红外线接收管L1和取样电阻R1组成。当红外接收管接收

到红外线光信号时，其反向电阻会随光信号的强弱变化而相应变化，根据欧姆定

律可以得知通过红外接收管L1和电阻R1的电流也会相应变化，而在取样电阻

两端的电压也随之变化，此变化的电压经主板红外接口的输入端IRRX输入主

机。由于不同的红外接收管的电气参数不同，所以取样电阻R1的阻值要根据实

际情况作一定范围的调整。

第四章SPI（串行外围设备接口）

4.1SPI接口的定义

SPI（SerialPeripheralInterface一串行外设接口）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。SPI

有三个寄存器分别为:控制寄存器，状态寄存器，数据寄存器

SPCRSPSRSPDRO

外围设备包括FLASHRAM,网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU

等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口

一般使用4条线：串行时钟线（SCLK1主机输入/从机输出数据线MISO,主

机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS（有的SPI接口

芯片带有中断信号线INL有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线

）

MOSIo

4.2SPI简介

SPI接口的全称是

"SerialPeripheral......•]

MOU

MatwrMr$oSteve

Interface",意为串行外IfJ

围接口，是Motorola首先

在其MC68HCXX系列处理器上定义的。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12c总线要快，速度可达到几Mbps。

4.3SPI的特点

SPI一共有11位有用信号，每位信号差分成两个信号用来提高传输抗干扰

性，在物理连接上用标准25芯D型插头座(DB25)传输，因此连线多且复杂，

传输距离短，容易出现故障。而ASI(异步串行接口)用串行传输，只需要一根

同轴电缆线，连线简单，传输距离长。

(1)MOSI-主器件数据输出，从器件数据输入

(2)MISO-主器件数据输入，从器件数据输出

(3)SCLK-时钟信号，由主器件产生，最大为fPCLK/2,从模式频率最大

为fCPU/2

(4)NSS-从器件使能信号，由主器件控制，有的IC会标注为CS(Chip

select)

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得

简单高效。

在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比12c系

统要稍微复杂一些。

SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，

在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。

如下图所示，在SCLK的上升沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。

多介从器件硬件连接示意图

通讯时序图

4.4SPI的通信原理

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和

一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时\也是

所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入）,SDO（数据输出），SCK

（时钟），CS（片选\

（l）SDO-主设备数据输出，从设备数据输入

（2）SDI-主设备数据输入，从设备数据输出

（3）SCLK-时钟信号,由主设备产生

（4）CS-从设备使能信号，由主设备控制

其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信

号时（高电位或低电位）,对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接

多个SPI设备成为可能。

负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串

行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原

因，由SCK提供时钟脉冲，SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出

通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿

被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号

的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在

一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方

式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8

位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由

主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设

备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协

议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。

不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时

钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信,显得简单

高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C

系统要稍微复杂一些。

最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到

数据。

AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK.MOSI.MISO

及/SS,其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSLMISO作为主机，

从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO是主机的输

入,从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件,

/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信

系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单