原创 话说串行接口

串行接口

串行接口Serial Interface是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。

一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

由来

串口的出现是在1980年前后，数据传输率是115kbps～230kbps。串口出现的初期是为了实现连接计算机外设的目的，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem以及老式摄像头和写字板等设备。串口也可以应用于由于两台计算机（或设备）之间的互联及数据传输。由于串口（COM）不支持热插拔及传输速率较低目前部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口，目前串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。

接口划分标准　

 串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。

RS-232

      也称标准串口，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”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9），现在应用中25芯插头座已很少采用。

      RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

 1.电气特性

    EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

     在TxD和RxD上：

    逻辑1(MARK)=-3V～-15V

    逻辑0(SPACE)=+3～+15V

    在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

    信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V

   信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V

        以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3～+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(3～15)V之间。

       EIA RS-232C 与TTL转换：EIA RS-232C

是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA RS-232C

与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。

 针脚定义符号：

 9芯（DB9）：

                            1 载波检测 DCD 

                           2 接收数据 RXD

                           3 发送数据 TXD

                           4 数据终端准备好 DTR

                           5 信号地 SG  

                           6 数据准备好 DSR 

                           7 请求发送 RTS 

                           8 清除发送 CTS 

                           9 振铃提示 RIP

25芯（DB25）：

                          1 频蔽地线

                          2 发送数据 TXD

                          3 接收数据 RXD

                          4 请求发送RTS

                          5 允许发送 CTS

                          6 数据准备好 DSR

                          7 信号地 SG

                          8 载波检测 DCD

                          9 发送返回(+)

                          10 未定义

                          11 数据发送(-)

                          12~17 未定义

                          18 数据接收(+)

                          19 未定义

                          20 数据终端准备好 DTR

                          21 未定义

                          22 振铃 RI

                          23~24 未定义

                          25 接收返回(-)

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。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。其DB9连接器引脚定义。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（Slave），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）。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。

计算机侧 RS422 串行通信接口的插口是 25 针公插：

设备侧 RS-422 串行接口插头是 25 针母插：

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。

       RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12kΩ、S-422是4kΩ；由于S-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。

       RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s

对于DB9形式的 RS-232、RS-422、RS-485接口 有已下两个版本，这两个版本可以说明RS-485通讯可以自由定义！！！

 通用串行总线接口——USB

 USB,全称是Universal Serial Bus（通用串行总线），它是在1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999年，USB才真正被广泛应用。自从1994年11月11日发表了USB

V0.7以后，USB接口经历了六年的发展，现在USB已经发展到了3.0版本。

 1、USB总线特点

1）数据传输速率高。USB标准接口传输速率为12Mbps，最新的USB2.0支持最高速率达480Mbps。同串行端口比，USB大约快1000倍；同并行端口比，USB端口大约快50%。

2）数据传输可靠。USB总线控制协议要求在数据发送时含有3个描叙数据类型、发送方向和终止标志、USB设备地址的数据包。USB设备在发送数据时支持数据侦错和纠错功能，增强了数据传输的可靠性。

3）同时挂接多个USB设备。USB可通过菊花链的形式同时挂接多个USB设备，理论上可达127个。

4）USB接口能为设备供电。USB线缆中包含有两根电源线及两根数据线。耗电比较少的设备可以通过USB口直接取电。可通过USB口取电的设备又分低电量模式和高电量模式，前者最大可提供100毫安的电流，而后者则是500毫安。

5）支持热插拔。在开机情况下，可以安全地连接或断开设备，达到真正的即插即用。

    USB还具有一些新的特性，如：实时性（可以实现和一个设备之间有效的实时通信）、动态性（可以实现接口间的动态切换）、联合性（不同的而又有相近的特性的接口可以联合起来）、多能性（各个不同的接口可以使用不同的供电模式）。

SPI接口

SPI(Serial Peripheral Interface--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SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设置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（SCLK）、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SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。SPI接口

 　SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface",意为串行外围接口,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I2C总线要快,速度可达到几Mbps。

     SPI接口是以主从方式工作的,这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件,

接口包括以下四种信号：　　

    （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

    （4）/SS – 从器件使能信号,由主器件控制

    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。

    多个从器件硬件连接示意图

  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I2C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的下降沿上数据改变,同时一位数据被存入移位寄存器。

 串口通信方式 不是 SPI通信
这两种通信方式有些相同之处，还有些不同
相同：他们都是同步串行通讯.
不同的地方：

 串口通信：

        为同步移位寄存器的输入输出方式，主要用于扩展并行输入或是输出。是发送和接收均是8位数据，"低位在前，高位在后"。传输的速度与你的晶振有关时f/12。

SP通信接口: 

      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。外围设置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（SCLK）、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SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。
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。

 但是SPI通信也是串行通信的一种方式。

 与并口区别

      串口形容一下就是一条车道，而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。但是并不是并口快，由于8位通道之间的互相干扰。传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了。所以要比并口快。串口硬盘就是这样被人们重视的。i