《单片机技术与应用》串行通信（2）（举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《单片机技术与应用》串行通信-讲义 1. 了解RS232、RS485(RS422)硬件接口及协议； 2. 了解USB通信接口的基础知识； 3. 理解串口调试工具的使用方法； 知识点一 RS232、RS485(RS422)硬件接口及协议 一、RS232接口及协议 1. 概念 RS232是美国电子工业协会（EIA）制定的一种串行通信接口标准，全称为EIA-RS-232C。它适用于计算机与外部设备之间的串行通信。 2. 硬件接口 （1）信号线：RS232接口通常包含以下信号线： TXD（发送数据线） RXD（接收数据线） GND（地线） RTS（请求发送） CTS（清除发送） DTR（数据终端就绪） DSR（数据设备就绪） DCD（数据载波检测） RI（振铃指示） （2）连接器：常见的RS232连接器有DB9和DB25两种。 协议 （1）电气特性：RS232采用负逻辑，即逻辑“1”为-3V至-15V，逻辑“0”为+3V至+15V。 （2）数据格式：包括起始位、数据位（通常为7位或8位）、奇偶校验位（可选）、停止位（通常为1位、1.5位或2位）。 （3）波特率：表示每秒传输的位数，常见的波特率有9600、19200、38400等。 （4）通信方式：支持全双工通信，即可以同时发送和接收数据。 二、RS485（RS422）接口及协议 1. 概念 RS485和RS422都是EIA制定的串行通信接口标准。RS485适用于多点通信，而RS422适用于点对点通信。 RS422全双工（点对点）接线方式： 2. 硬件接口 （1）信号线：RS485和RS422接口通常包含以下信号线： A（非反向信号线） B（反向信号线） GND（地线） （2）连接器：RS485和RS422接口的连接器与RS232类似，如DB9、DB25等。 3. 协议 （1）电气特性：RS485和RS422采用差分信号传输，具有更强的抗干扰能力。差分信号的正负极性表示逻辑“1”和“0”。 （2）数据格式：与RS232类似，包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。 （3）波特率：与RS232相同，可根据实际需求选择合适的波特率。 （4）通信方式：RS485支持半双工通信，即同一时刻只能发送或接收数据；RS422支持全双工通信。 总结：RS232、RS485和RS422是单片机通信中常用的接口标准。RS232适用于点对点通信，而RS485和RS422适用于多点通信。在实际应用中，应根据通信距离、抗干扰能力和通信速率等需求选择合适的接口标准。 1. (单项选择题)下列关于RS232接口的说法，错误的是？（ ） A. RS232是一种串行通信接口标准 B. RS232接口采用正逻辑 C. RS232接口可以实现全双工通信 D. RS232接口的信号线包括TXD和RXD 【答案】B 【解析】RS232接口采用负逻辑，即逻辑“1”为负电压，逻辑“0”为正电压。 【要点】考查RS232接口的电气特性。 1. (单项选择题)下列关于RS485接口的说法，正确的是？（ ） A. RS485接口适用于点对点通信 B. RS485接口采用单端信号传输 C. RS485接口支持半双工通信 D. RS485接口的信号线只有A线 【答案】C 【解析】RS485接口适用于多点通信，采用差分信号传输，支持半双工通信。 【要点】考查RS485接口的通信方式和电气特性。 2. (单项选择题)下列关于串行通信波特率的说法，错误的是？（ ） A. 波特率表示每秒传输的位数 B. 波特率越高，通信速率越快 C. RS232、RS485和RS422的波特率必须相同 D. 波特率与传输距离无关 【答案】D 【解析】波特率与传输距离有关，传输距离越远，波特率应适当降低以保证通信质量。 【要点】考查串行通信波特率的概念及其影响因素。 3. (判断题)RS232接口的信号线中，TXD用于发送数据，RXD用于接收数据。（ ） 【答案】√ 【解析】RS232接口的信号线中，TXD（发送数据线）用于发送数据，RXD（接收数据线）用于接收数据。 【要点】考查RS232接口信号线的功能。 1. (判断题)RS485和RS422接口都支持全双工通信。（ ） 【答案】× 【解析】RS485接口支持半双工通信，而RS422接口支持全双工通信。 【要点】考查RS485和RS422接口的通信方式。 2. (填空题)RS232接口采用的逻辑是________逻辑，而RS485和RS422接口采用________信号传输。 【答案】负；差分 【解析】RS232接口采用负逻辑，RS485和RS422接口采用差分信号传输。 【要点】考查不同接口的电气特性。 3. (填空题)在串行通信中，数据格式包括________位、________位、________位和________位。 【答案】起始位；数据位；奇偶校验位；停止位 【解析】串行通信的数据格式包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。 【要点】考查串行通信数据格式的组成。 · 串行通信接口标准：RS232、RS485和RS422是常见的串行通信接口标准，它们在单片机与外部设备或多个设备之间的通信中发挥着重要作用。 · 电气特性和通信方式：RS232采用负逻辑和单端信号传输，适用于点对点通信；RS485采用差分信号传输，支持半双工通信，适用于多点通信；RS422支持全双工通信，同样采用差分信号传输。 · 数据格式和波特率：串行通信的数据格式包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位，而波特率表示每秒传输的位数，是影响通信速率的关键因素。 · 接口信号线功能：在RS232、RS485和RS422接口中，信号线如TXD、RXD、RTS、CTS等具有特定的功能，如发送数据、接收数据、请求发送和清除发送等，这些信号线共同保证了串行通信的顺利进行。 知识点二 USB通信接口的基础知识 1. USB概述 USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种外部总线标准，用于规范计算机与外部设备之间的数据传输。 USB具有以下特点： 传输速度快：USB 1.1版本的数据传输速率为12Mbps，USB 2.0版本可达480Mbps，USB 3.0版本更是达到了5Gbps。 支持热插拔：用户可以在计算机运行过程中插拔USB设备，而无需重启计算机。 即插即用：操作系统自动识别USB设备，并为其分配资源。 可连接多个设备：USB采用菊花链式连接方式，一个USB主控制器可以连接多个设备。 2. USB通信模型 USB通信模型主要包括以下几部分： USB主机（Host）：负责管理USB总线上的数据传输，如计算机。 USB设备（Device）：连接到USB总线上的外部设备，如U盘、鼠标等。 USB集线器（Hub）：用于扩展USB接口，可连接多个USB设备。 USB线缆：用于连接主机与设备，或设备与集线器。 3. USB设备类型 USB设备分为以下几种类型： USB主设备：如计算机，负责控制数据传输。 USB从设备：如U盘、鼠标等，受USB主设备控制。 USB集线器：用于扩展USB接口，同时具备主设备和从设备的特点。 4. USB数据传输类型 USB数据传输类型包括： 控制传输：用于设备请求和配置，数据量较小，可靠性高。 批量传输：用于大量数据传输，如U盘、移动硬盘等。 中断传输：用于周期性数据传输，如鼠标、键盘等。 同步传输：用于实时数据传输，如USB摄像头、USB音频设备等。 5. USB通信协议 USB通信协议包括以下几层： 事务层：负责处理USB事务，包括令牌包、数据包、握手包等。 数据链路层：负责数据包的封装与解封，以及错误检测。 物理层：负责电信号与传输介质的传输。 6. USB接口电路 USB接口电路主要包括以下部分： USB控制器：负责实现USB协议，管理数据传输。 USB收发器：实现电信号与传输介质的转换。 USB连接器：用于连接USB线缆。 1. (单项选择题)下列关于USB通信接口的说法，错误的是？（ ） A. USB接口支持热插拔功能 B. USB 3.0版本的数据传输速率低于USB 2.0版本 C. USB设备可以通过集线器扩展接口数量 D. USB接口可以连接多种类型的设备 【答案】B 【解析】USB 3.0版本的数据传输速率高于USB 2.0版本。 【要点】考查USB通信接口的基本特性。 1. (单项选择题)以下哪种USB数据传输类型适用于实时数据传输？（ ） A. 控制传输 B. 批量传输 C. 中断传输 D. 同步传输 【答案】D 【解析】同步传输适用于实时数据传输，如USB摄像头、USB音频设备等。 【要点】考查USB数据传输类型的应用场景。 2. (单项选择题)下列关于USB集线器的说法，正确的是？（ ） A. USB集线器只能连接一个USB设备 B. USB集线器不具备主设备和从设备的特点 C. USB集线器可以扩展USB接口数量 D. USB集线器无法提高数据传输速率 【答案】C 【解析】USB集线器用于扩展USB接口数量，可以连接多个USB设备。 【要点】考查USB集线器的功能。 3. (判断题)USB 1.1版本的数据传输速率可达480Mbps。（ ） 【答案】× 【解析】USB 1.1版本的数据传输速率为12Mbps，USB 2.0版本可达480Mbps。 【要点】考查USB不同版本的数据传输速率。 1. (判断题)USB控制器负责实现USB协议，管理数据传输。（ ） 【答案】√ 【解析】USB控制器确实负责实现USB协议，管理数据传输。 【要点】考查USB控制器的功能。 2. (填空题)USB通信模型主要包括USB主机、USB设备、USB集线器和______。 【答案】USB线缆 【解析】USB通信模型主要包括USB主机、USB设备、USB集线器和USB线缆。 【要点】考查USB通信模型的组成部分。 3. (填空题)USB数据传输类型中，______传输用于设备请求和配置，数据量较小，可靠性高。 【答案】控制 【解析】控制传输用于设备请求和配置，数据量较小，可靠性高。 【要点】考查USB数据传输类型的特点。 · USB的通用性和便捷性：USB接口因其通用性、高速传输能力和支持热插拔的特点，成为了计算机与外部设备之间数据传输的标准化解决方案，极大地便利了用户的使用体验。 · USB的版本与传输速率：USB技术不断发展，从USB 1.1到USB 3.0甚至更高版本，数据传输速率显著提升，满足了不同应用场景对传输速度的需求。 · USB通信模型的组成：USB通信模型包括USB主机、USB设备、USB集线器和USB线缆等组件，这些组件共同构成了USB数据传输的完整体系。 · USB数据传输类型：USB支持多种数据传输类型，包括控制传输、批量传输、中断传输和同步传输，不同类型的数据传输适用于不同的应用需求，保证了数据传输的效率和可靠性。 知识点三 串口调试工具的使用方法 1. 串口通信基础 串口概念：串口（Serial Port）是计算机与外部设备进行数据通信的一种接口。在单片机中，串口通常用于数据传输、程序烧写、调试等功能。 通信参数：包括波特率（Baud Rate）、数据位（Data Bits）、停止位（Stop Bits）、校验位（Parity）等。 波特率：数据传输速率，单位为bps（比特每秒）。 数据位：通常为7位或8位，表示每个数据帧中数据位的数量。 停止位：用于数据帧的结束，通常为1位或2位。 校验位：用于错误检测，可以是无校验、奇校验或偶校验。 2. 串口调试工具介绍 工具选择：常见的串口调试工具有SecureCRT、Putty、HyperTerminal（Windows系统）、minicom（Linux系统）等。 功能特点：串口调试工具可以发送和接收数据，设置串口参数，支持数据格式化显示，有的还支持脚本编程。 3. 使用方法 3.1 配置串口参数 打开串口调试工具，进入配置界面。 设置串口号（COM1、COM2等）。 设置波特率，与单片机的串口通信波特率保持一致。 设置数据位、停止位和校验位，需与单片机的设置相匹配。 3.2 数据发送与接收 发送数据：在调试工具的发送区域输入要发送的数据，可以是十六进制或ASCII码形式。 接收数据：单片机通过串口发送的数据会在调试工具的接收区域显示。 数据格式：可以设置接收数据的显示格式，如文本、十六进制等。 3.3 调试与监控 实时监控：串口调试工具可以实时显示单片机发送的数据，便于监控程序运行状态。 数据记录：部分调试工具支持将接收到的数据保存到文件中，便于后续分析。 3.4 故障排查 通信异常：通过串口调试工具可以检查通信是否正常，如数据是否正确接收。 程序调试：利用串口输出调试信息，帮助开发者定位程序中的问题。 4. 注意事项 确保单片机的串口参数与调试工具设置一致。 在发送数据时，注意数据格式，避免发送错误的数据。 使用串口调试工具时，应确保单片机串口处于空闲状态，避免数据冲突。 1. (单项选择题)下列关于串口通信的说法，错误的是？（ ） A. 串口通信是一种按位顺序传输数据的通信方式 B. 串口通信的数据传输速率由波特率决定 C. 串口通信中，数据位只能是8位 D. 串口通信需要设置相同的通信参数以保证数据正确传输 【答案】C 【解析】串口通信中，数据位可以是7位或8位，不是只能是8位。 【要点】考查串口通信的基本参数设置。 1. (单项选择题)在使用串口调试工具时，以下哪项不是必须设置的参数？（ ） A. 串口号 B. 波特率 C. 数据位 D. 电脑操作系统版本 【答案】D 【解析】电脑操作系统版本与串口调试工具的设置无关。 【要点】考查串口调试工具的基本配置。 2. (单项选择题)以下关于串口调试工具的说法，正确的是？（ ） A. 串口调试工具只能用于发送数据 B. 串口调试工具可以实时监控串口数据 C. 串口调试工具不支持数据格式化显示 D. 串口调试工具无法保存接收到的数据 【答案】B 【解析】串口调试工具可以用于发送和接收数据，并实时监控串口数据。 【要点】考查串口调试工具的功能。 3. (判断题)串口调试工具的波特率设置必须与单片机的波特率设置一致。（ ） 【答案】√ 【解析】波特率不一致会导致数据传输错误。 【要点】考查串口调试工具与单片机通信参数的匹配。 1. (判断题)在使用串口调试工具时，发送数据前不需要先打开串口。（ ） 【答案】× 【解析】使用串口调试工具前，需要先打开并配置串口。 【要点】考查串口调试工具的使用步骤。 2. (填空题)串口通信中，用于错误检测的参数是________。 【答案】校验位 【解析】校验位用于检测数据在传输过程中是否发生错误。 【要点】考查串口通信的校验位功能。 3. (填空题)在使用串口调试工具时，若要发送十六进制数据，应在发送区域选择________格式。 【答案】十六进制 【解析】发送十六进制数据时，需要在调试工具中选择相应的数据格式。 【要点】考查串口调试工具的数据发送格式设置。 · 串口调试工具是单片机开发中不可或缺的工具，用于实现与单片机的数据通信和程序调试。 · 串口通信参数设置是使用串口调试工具的关键，包括波特率、数据位、停止位和校验位，这些参数必须与单片机的串口配置相匹配。 · 串口调试工具不仅能够发送和接收数据，还能实时监控数据流，有助于开发者检查通信是否正常，并可用于程序调试过程中的信息输出。 · 在使用串口调试工具时，需要注意数据格式的选择（如文本、十六进制等），以及确保在发送数据前正确打开并配置串口。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$