(單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)9點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信

(單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)9點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信本實(shí)驗(yàn)介紹了單片機(jī)下的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信的基礎(chǔ)概念、通信原理與協(xié)議、硬件實(shí)現(xiàn)以及多個(gè)設(shè)備間通信等內(nèi)容，達(dá)到了為學(xué)生開發(fā)面向工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域及軍事通信中的應(yīng)用軟件的目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x掌握點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信的基本原理。理解擴(kuò)展串行通信的原理。掌握串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式及協(xié)議。了解單片機(jī)在通信中的應(yīng)用現(xiàn)狀。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信原理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)連接方式兩個(gè)設(shè)備之間構(gòu)成一條物理連接。串行通信協(xié)議通過通信協(xié)議將數(shù)據(jù)位、數(shù)據(jù)格式等信息打包同步傳遞。數(shù)據(jù)傳輸方式有效地利用時(shí)序，在單數(shù)據(jù)線上完成傳輸。基于單片機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信1通信模塊的選擇從芯片層面選定主芯片和通信模塊2通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)含啟動(dòng)位、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位在內(nèi)的協(xié)議實(shí)現(xiàn)。3通信硬件的設(shè)計(jì)確定通信控制器的接口信號(hào)描述及其功能。串行通信的硬件實(shí)現(xiàn)1串行通信接口將通信引腳拼接在單一接口上方便編譯器的訪問。2通信芯片集成電路完成串行通信協(xié)議，對(duì)編程人員來說隱藏底層細(xì)節(jié)。3位移寄存器實(shí)現(xiàn)從Tx端口向Rx端口的數(shù)據(jù)傳輸過程。實(shí)驗(yàn)器材及軟件環(huán)境介紹硬件設(shè)備Keil開發(fā)板、單片機(jī)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信電路、USB轉(zhuǎn)TTL串口模塊。編程軟件KeilμVision5集成環(huán)境、c51C語(yǔ)言編譯器。實(shí)驗(yàn)工具虛擬示波器、示波器探頭、手機(jī)App等。實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計(jì)電路圖單片機(jī)與串行通信電路、LED等外設(shè)的連接示意圖。面包板圖實(shí)際硬件連接呈現(xiàn)。操作流程圖將電路圖抽象為具有流程性的操作步驟。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)程序框架位移寄存器、數(shù)據(jù)緩存、波特率設(shè)定等模塊的初始化及配置。循環(huán)結(jié)構(gòu)及條件語(yǔ)句的實(shí)現(xiàn)。程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的接受與處理、數(shù)據(jù)的打包處理、數(shù)據(jù)的發(fā)送、錯(cuò)誤處理。字節(jié)位、ASCII碼及十六進(jìn)制代碼的轉(zhuǎn)換。程序調(diào)試及運(yùn)行注意事項(xiàng)1逐步調(diào)試從每一條語(yǔ)句開始排錯(cuò)，逐行執(zhí)行檢查程序錯(cuò)誤。2輸出信息將所需查看的變量值通過虛擬示波器或串口傳輸輸出。3頻率設(shè)置匹配兩端通信頻率，保證信息傳輸過程的穩(wěn)定性。傳輸速率的檢測(cè)和優(yōu)化速率檢測(cè)通過壓縮測(cè)試、速率檢測(cè)等方式測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?shù)據(jù)緩存優(yōu)化使用FIFO緩存、循環(huán)存儲(chǔ)等方式提高數(shù)據(jù)傳輸效率?；诖型ㄐ诺亩鄠€(gè)設(shè)備之間的通信1主從通信模式通信的雙方劃分為主設(shè)備和從設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多方互通的目的。2擴(kuò)展串行通信通過一條串行通信線路傳輸多類信息，如風(fēng)速、溫度、濕度等。3總線通信方式對(duì)驗(yàn)證、選擇、初始化、釋放和查詢等步驟進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性，縮短全局?jǐn)?shù)據(jù)總線速率。串行通信與并行通信的比較串行通信數(shù)據(jù)流方向固定，利用時(shí)間復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多方數(shù)據(jù)傳輸。接線簡(jiǎn)單，不易產(chǎn)生干擾，傳輸距離長(zhǎng)。速度較慢，不適合大批量數(shù)據(jù)。并行通信多個(gè)數(shù)據(jù)流并行傳輸，傳輸速度快。接線復(fù)雜，易產(chǎn)生干擾，不適合傳輸距離較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)。不易擴(kuò)展，不適合大規(guī)模應(yīng)用。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信應(yīng)用舉例紅外線遙控器利用紅外線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式實(shí)現(xiàn)遙控器功能，如電視、空調(diào)、音響、洗衣機(jī)等。伺服電機(jī)控制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置和速度的精確控制，并適用于注塑機(jī)、膜伸展機(jī)、食品包裝機(jī)、自動(dòng)編織機(jī)等。無線打印機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線打印任務(wù)和數(shù)據(jù)的傳輸，便捷快速。串行通信的發(fā)展歷程11965IBM公司研制出最早的串行通信協(xié)議SDLC。21983計(jì)算機(jī)業(yè)內(nèi)推出USART，DSR和DTR線介紹了數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備協(xié)議。31996USB接口技術(shù)出現(xiàn)，速度極快，替代了串行SCSI技術(shù)。42000RS-232最終確定了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，為通信技術(shù)帶來了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)本。常見串行通信協(xié)議的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍AUTOBUS個(gè)人電腦與語(yǔ)音設(shè)備之間的通信，如modemUSB數(shù)字視頻設(shè)備、閃存硬盤、數(shù)字相機(jī)、PDA/MP3/MP4等的數(shù)據(jù)傳輸RS-232個(gè)人電腦和模擬設(shè)備間通信，如串口打印機(jī)SPI短距離高速同步串行通信串行通信安全與保密性加密技術(shù)使用DES、AES、RSA等加密措施進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性，以防止信息泄露。實(shí)現(xiàn)策略基于硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)安全等要素逐層設(shè)計(jì)，構(gòu)成完整的系統(tǒng)解決方案。未來串行通信發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)特點(diǎn)與存儲(chǔ)、計(jì)算、通信、變電等技術(shù)的融合、智能化，形成更多未來應(yīng)用場(chǎng)景。功能屬性隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、強(qiáng)人工智能的普及，趨于多種協(xié)議融合，更新出更強(qiáng)有力的應(yīng)用功能。單片機(jī)在通信中的應(yīng)用現(xiàn)狀智能家居通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信，從家居智能控制到遠(yuǎn)程監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)智能家居。交通運(yùn)輸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信下的數(shù)據(jù)獲取和控制，在交通安全、信息宣傳等方面得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療設(shè)備在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信技術(shù)下智能化及網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)和信息的安全及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。串行通信技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用CAN總線適用于成本低、帶寬要求不高、可靠性調(diào)節(jié)嚴(yán)格。ASI總線應(yīng)用于自動(dòng)化產(chǎn)品的數(shù)字化控制及伺服控制模式的升級(jí)，如德國(guó)西門子PLC等。PROFIBUS適用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人和制造技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、橋接操作、提高性能。串行通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用1智能家居通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能生活；2實(shí)物配套商品管理從規(guī)則定制、金融支付等方面實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。3工業(yè)生產(chǎn)及維護(hù)領(lǐng)域通過大型企業(yè)、設(shè)備間便捷的數(shù)據(jù)交換維護(hù)制造優(yōu)勢(shì)。串行通信技術(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用傳感器技術(shù)基于串行通信方式的拓展，可以很容易的構(gòu)建海量傳感器測(cè)量點(diǎn)與控制中心間的(遠(yuǎn)程)數(shù)據(jù)傳輸通路。遙測(cè)技術(shù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)多類傳感器數(shù)據(jù)信息的及時(shí)采集與應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖行業(yè)等。串行通信技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用1電子病歷系統(tǒng)通過串口等方式和不同的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高病人診治效率。2遠(yuǎn)程醫(yī)療診治在移動(dòng)醫(yī)療、專業(yè)遠(yuǎn)程醫(yī)療、居家遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等方向中得到廣泛應(yīng)用。3醫(yī)療計(jì)量?jī)x表基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信技術(shù)，從各種醫(yī)療儀器的驗(yàn)后調(diào)試、實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸、流程調(diào)控等方面體現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。串行通信技