【導讀】使用串行接口有許多不同的原因。常見的問題之一是在開發期間和/或在現場需要與 PC 連接。大多數（如果不是全部）PC 都具有某種可用於連接外圍設備的串行總線接口。對於必須與通用計算機連接的嵌入式係統，串行接口通常比 ISA 或 PCI 擴展總線更容易使用。

為什麼是串行接口
？

使用串行接口有許多不同的原因。常見的問題之一是在開發期間和/或在現場需要與 PC 連接。大多數（如果不是全部）PC 都具有某種可用於連接外圍設備的串行總線接口。對於必須與通用計算機連接的嵌入式係統
，串行接口通常比 ISA 或 PCI 擴展總線更容易使用。

串行通信的一個優點是引腳數少。串行通信隻需一個 I/O 引腳即可執行，而並行通信則需要八個或更多引腳。許多常見的嵌入式係統外設
，例如模數轉換器、數模轉換器

、LCD 和溫度傳感器
，都支持串行接口。

如果您願意的話
，串行總線還可以提供處理器間通信——網wang絡luo。這zhe使shi得de通tong常chang需xu要yao較jiao大da處chu理li器qi的de大da型xing任ren務wu可ke以yi通tong過guo多duo個ge廉lian價jia的de較jiao小xiao處chu理li器qi來lai處chu理li。串chuan行xing接jie口kou允yun許xu處chu理li器qi進jin行xing通tong信xin
，而er無wu需xu共gong享xiang內nei存cun和he信xin號hao量liang以yi及ji它ta們men可ke能neng產chan生sheng的de問wen題ti。

這並不是說並行總線沒有用處。對於操作讀取
、地址和數據總線以及其他微程序控製，並行總??線始終是明顯的贏家。“內存映射”外設是一種常用於具有地址和數據總線的係統的技術。這種趨勢允許並行訪問片外外設。然而，對於許多沒有可用於設計的外部地址/數據總線的 8 位微控製器（更不用說 8 引腳），存儲器映射不是一種選擇。

串行通信術語

在我們討論各個接口的細節之前
，我們應該定義幾個術語：

在異步總線上，數據的發送沒有定時時鍾。同步總線通過定時時鍾發送數據。

全雙工意味著數據可以同時發送和接收。半雙工是指可以發送或接收數據，但不能同時發送或接收數據。

主/從描述了一種總線，其中一個設備是主設備，其他設備是從設備。主/從總線通常是同步的，因為主總線通常為雙向發送的數據提供定時時鍾。

多主總線是一種可以有多個主設備的主/從總線。這些總線必須有一種仲裁方案
，可以在多個主設備同時控製總線時解決衝突。

點對點或對等接口是兩個設備彼此具有對等關係的接口；沒有主人或奴隸。對等接口通常是異步的。

術語“多點”描述了一種接口
，其中有多個接收器和一個發送器。

多點描述了其中有兩個以上對等收發器的總線。這與多點接口不同，因為它允許通過同一組電線進行雙向通信。

通信協議類型

RS-232協議

TIA/EIA-232-F（通常稱為 RS-232）是幾乎每台個人計算機上都可以找到的通用接口。RS-232 是一個完整的標準，不僅包括電氣特性

，還包括物理和機械特性，例如連接硬件、引腳排列和信號名稱。RS-232 是一種點對點接口，能夠以高達 20Kbps 的速度傳輸中等距離。雖然規範中沒有特別指出，但隻要連接較短且使用正確的接地

，速度可以超過 115.2Kbps。30 英尺的電纜長度很常見，並且可以使用低電容電纜獲得超過 200 英尺的電纜。

RS-232 總線是一種非平衡總線，能夠在兩個接收器/發送器對（稱為數據終端設備 (DTE) 和數據通信設備 (DCE)）之間進行全雙工通信。每個都有一個發送信號
，該信號連接到另一端的接收信號。因此
，兩側之間存在引腳差異。（您的 PC 是 DTE，而連接的外圍設備是 DCE。）

每個發射器通過改變線路上的電壓來發送數據。高於 3V 的電壓是二進製 0，而低於 –3V 的電壓是二進製 1。在這些電壓之間
，該值是不確定的。為了在邏輯電平（0 和 5V）與這些電平之間進行轉換

，可以使用 RS-232 轉換 IC
，例如 1488

、1489 或無處不在的 MAX232。

典型的 RS-232 通信由起始位
、數據位、奇偶校驗位（如果有）和停止位組成。與 PC 通信時，典型格式為 8 個數據位
、無奇偶校驗和 1 個停止位 (8N1)。七個數據位、偶校驗和一個停止位 (7E1) 也很常見。起始位通常是 0，停止位通常是 1，如圖 1 所示。規範沒有描述任何通信協議
，包括起始/停止位的使用。

RS-232 協議

圖 1：RS-232

許多使用 RS-232 總線的嵌入式係統與 PC 或 PC 外圍設備（例如調製解調器）連接。其他係統使用 RS-232，以便可以使用廉價的協議分析儀或配備兩個串行端口的 PC 輕鬆監控總線流量。

幾乎每個微控製器供應商都提供包含 RS-232 硬件支持的產品，稱為通用異步接收發送器 (UART)。UART 通常是中斷驅動的，速度高達 115.2Kbps，軟件開銷很小，盡管這因架構而異。

RS-422 和 RS-485協議

TIA/EIA-422-B（通常稱為 RS-422）和 TIA/EIA-485-A（通常稱為 RS-485）是平衡雙絞線接口，速度可達 10Mbps
，距離可達4,000 英尺。作為差分總線，每條總線都使用 1.5V 至 6V 的信號來傳輸數據。（使用差分平衡總線，與 RS-232 等類似的單端不平衡總線相比，抗噪能力得到了提高。）

RS-422 接口是一種多點接口，可通過一對電線從一個發射器到多個接收器（多 10 個單位負載 (UL)）進行單向通信。如果接收數據的設備希望與發送器進行通信，設計人員必須在每個接收器和發送器之間使用單獨的專用總線。（使用此返回總線將允許全雙工傳輸。）因此
，RS-422 很少在兩個以上的節點之間使用。

另一方麵
，RS-485 接口是多個收發器之間通過一對電線進行的雙向通信。規範規定總線多可包含 32 個 UL 收發器。許多製造商生產部分 UL 收發器，從而將設備的數量增加到遠超過 100 個。

RS-422 和 RS-485 接口通常使用與 RS-232 相同的起始位/數據/停止位格式。事實上

，有多種轉換器可以實現 RS-232 與 RS-485 之間的相互轉換。但請記住，RS-232 是全雙工接口，而 RS-485 是半雙工接口。

一些微控製器製造商提供了具有特殊 RS-485 功能的內置 UART。

I 2 C協議

內部集成電路總線（I 2 C）是飛利浦半導體開發的接口。（為了讓 IC 製造商在硬件中實現 I 2 C 總線，他們必須獲得 Philips 的許可。）

I 2 C 總線是半雙工、同步

、多主總線
，僅需要兩條信號線：數據 (SDA) 和時鍾 (SCL)。這些線通過上拉電阻拉高，並由硬件通過開漏驅動器控製，從而提供線與接口。

I 2 C 使用可尋址通信協議，允許主設備使用 7 位或 10 位地址與各個從設備進行通信。每個設備都有一個由飛利浦分配給設備製造商的地址。此外
，還存在一些特殊地址
，包括“通用調用”地址（對總線上的每個設備進行尋址）和高速啟動地址。

在與從設備通信期間，主設備生成用於與從設備之間的通信的所有時鍾信號。每次通信都以主機生成啟動條件、8 位數據字、確認位開始，然後是停止條件或重複啟動。每個數據位轉換均在 SCL 為低電平時發生，啟動和停止條件除外。啟動條件是 SCL 線為高電平時 SDA 線從高電平到低電平的轉換。停止條件是當 SCL 線為高電平時 SDA 線從低電平到高電平的轉換（參見圖 2）。確認位由消息接收器通過將 SDA 線拉低而生成，同時主設備釋放該線並允許其浮高。如果主機讀取確認位為高，I2C 協議。

圖 2：I 2 C

I 2 C 有一個相當有趣的功能，稱為時鍾拉伸，當從設備無法處理該位並希望有更多時間時會執行此操作。發生這種情況時，從設備會將 SCL 線拉低。由於信號表現為線與，因此當主器件釋放 SCL 線而從器件“拉伸”時鍾時，主器件應注意到該線保持低電平。看到這一點後，主設備會等待，直到從設備處理完數據位並釋放線路。一旦被從機釋放
，SCL 線就會浮回高電平
，向主機發出信號以發送下一個數據位。

I 2 C總線具有三種速度：慢速（低於100Kbps）、快速（400Kbps）和高速（3.4Mbps）
，每種速度都向下兼容。如果信號需要離開電路板，飛利浦指定了推薦的接線布置。

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