串行通信技术 面向嵌入式系统开发

  

本书主要介绍面向嵌入式开发的串行通信技术，从芯片和电路板入手介绍硬件，从源代码入手介绍软件，以便读者可以将这些技术嵌入自己的设计中。本书既包括理论基础，也包含实际产品设计方案。首先介绍串行通信协议、Modbus协议、HART协议，然后介绍RS-485串行通信的组网技术和通信转换器产品等内容，接着重点介绍以太网串口服务器的硬件和软件设计，以便读者进行嵌入式系统的开发。本书公开了实用的Modbus串口协议转换器和Modbus数据采集模块的全套设计资料，以及几种HART智能变送器的全套设计方案，作者还将自己的多项USB专利技术在本书中予以公开，如USB光纤传输技术、USB共享器、USB数据采集器、USB网络隔离器等。本书既有串行通信技术理论知识介绍，又有产品开发的实战讲解，还给出了程序开发的源代码，可作为高等院校相关专业的教材或教学参考书，也适合相关行业的工程师和嵌入式开发爱好者阅读。

周云波，男，1966年10月出生，现居武汉。华中科技大学教师，博士。曾经在北京航天研究院学习和工作。从事过军工测控系统的研发、数字电路的教学与科研，串口通信的研究与开发，获得国家专利十多项，在靠前外杂志发表论文十多篇。

章串行通信协议（1）
1.1串行通信简史（1）
1.2为什么要组成通信网（2）
1.3什么是串行通信（3）
1.3.1串行通信的概念和特点（3）
1.3.2串行通信的分类（3）
1.3.3串行通信的工作模式（4）
1.3.4串行通信参数（5）
1.4RS-232标准（6）
1.5RS-485标准（7）
1.6RS-422标准（8）
1.7RS-232与RS-485的区别（8）
1.8单片机的串口多机通信（10）
第2章Modbus协议（12）
2.1Modbus入门（12）
2.1.1Modbus的几个特点（13）
2.1.2Modbus网络的三种传输模式（13）
2.1.3Modbus与串口的关系（13）
2.1.4Modbus与串行通信的区别（14）
2.2Modbus协议简介（14）
2.2.1Modbus协议简述（14）
2.2.2Modbus通信使用的主-从技术（14）
2.2.3查询-回应周期（15）
2.3Modbus的ASCII和RTU传输模式（15）
2.3.1ASCII模式（16）
2.3.2RTU模式（17）
2.4ASCII和RTU消息帧（17）
2.4.1ASCII帧（17）
2.4.2RTU帧（17）
2.4.3地址域（18）
2.4.4功能域（18）
2.4.5数据域（18）
2.4.6错误检测域（19）
2.4.7字符的连续传输（19）
2.5错误检测方法（19）
2.5.1奇偶校验（20）
2.5.2LRC检测（20）
2.5.3CRC检测（20）
2.6Modbus的功能码定义（22）
2.6.1功能码在ModbusRTU信息帧中的位置（23）
2.6.2常用功能码（23）
2.6.3全部功能码的作用（24）
2.7Modbus的TCP传输模式（25）
第3章HART协议（28）
3.1HART协议概述（29）
3.2HART通信结构模型（30）
3.2.1HART协议物理层（31）
3.2.2HART协议数据链路层（31）
3.2.3HART协议应用层（32）
3.2.4各层间的功能关系（33）
3.3HART的消息帧结构（33）
3.4HART的操作命令（36）
3.4.1通用命令（37）
3.4.2普通命令（37）
3.4.3特殊命令（38）
第4章RS-485串行通信技术（39）
4.1RS-485/RS-422多机通信的组网方式（39）
4.1.1典型的RS-485总线式通信方式（39）
4.1.2菊花链式多机通信方式（40）
4.1.3星形RS-485多机通信方式（40）
4.1.4单环自愈RS-485多机通信方式（41）
4.2串口光纤多机通信的组网方式（41）
4.2.1简单的一对一串口光纤通信方式（42）
4.2.2总线式串口光纤多机通信方式（42）
4.2.3环形串口光纤多机通信方式（43）
4.2.4对串式串口光纤多机通信方式（43）
4.3串行通信的VB程序（44）
4.4地址串口转换的实现（51）
4.4.1地址串口转换器的使用（51）
4.4.2地址串口转换器的硬件设计（53）
4.4.3地址串口转换的纯软件实现（55）
4.5RS-485的节点数和距离极限（57）
4.5.1带中继功能的串口转换器（58）
4.5.2突破RS-485节点数和距离极限的布线方式（59）
4.5.3RS-485多机通信节点数的极限（59）
4.5.4无数据丢失的RS-485传输距离的理论极限（60）
4.5.5无误码的RS-485传输距离的理论极限（60）
4.5.6其他介质和其他总线的理论极限（60）
4.6串口波特率转换的实现（61）
4.6.1串口波特率转换器的使用（61）
4.6.2串口波特率转换器的硬件设计和单片机软件（62）
4.6.3串口波特率转换的纯软件实现（64）
4.7RS-232转RS-485通信电路（65）
4.7.1RS-232转RS-485通信电路的设计（65）
4.7.2RS-232端口供电技术（66）
4.8无源RS-232数据采集器（68）
4.8.1LTC1290芯片描述（68）
4.8.2硬件电路设计及QBASIC程序（69）
4.8.3数据采集器产品及VB程序（71）
第5章以太网串口服务器（73）
5.1以太网通信帧格式（73）
5.1.1以太网第二版（V2）（73）
5.1.2IEEE802系列（74）
5.2以太网串口服务器的发展（75）
5.2.1代产品：10Mb/s以太网串口服务器（76）
5.2.2第二代产品：光电隔离100Mb/s以太网串口服务器（76）
5.2.3对以太网虚拟串口的评论（77）
5.3以太网串口服务器的使用（78）
5.4以太网串口服务器的设计（81）
5.5PC设置和检测软件的参数配置操作（82）
5.5.1分配IP地址（82）
5.5.2配置设备参数（84）
5.6PC设置和检测软件的演示操作（86）
5.6.1TCP→RS-232（86）
5.6.2RS-232→TCP（87）
5.7内部单片机的软件开发设计（87）
5.7.1软件要实现的功能目标（88）
5.7.2软件流程图（88）
5.7.3各类API接口函数（90）
5.7.4内部单片机的程序代码（92）
第6章Modbus串行通信技术（94）
6.1Modbus调试精灵软件（94）
6.2将普通串口设备接入Modbus（95）
6.2.1安装与性能（95）
6.2.2通信格式及软件使用（96）
6.2.3PC的VB选地址程序（97）
6.2.4模块的硬件设计（103）
6.2.5模块的内部单片机程序（104）
6.3超小的Modbus测量模块（107）
6.3.1安装及性能（107）
6.3.2通信格式及软件使用（108）
6.3.3Modbus测量模块的硬件设计（109）
6.3.4Modbus测量模块的内部单片机程序设计（110）
6.3.5Modbus测量模块的外接PC程序设计（112）
6.3.6外接A/D转换芯片的Modbus测量模块的设计（119）
第7章HART智能变送器（122）
7.1HARTModem的原理与应用（123）
7.1.1HARTModem的原理（123）
7.1.2A5191HRT的性能与引脚功能（124）
7.1.3A5191HRT的内部结构与工作原理（125）
7.2HART协议通信模块的设计（126）
7.2.1HART协议通信模块的硬件电路设计（126）
7.2.2HART协议通信模块的软件设计（127）
7.3RS-232与HART转换器的设计（127）
7.3.1RS-232与HART转换器的设计原理（127）
7.3.2DS8500的基本工作原理（128）
7.3.3用DS8500实现的RS-232与HART转换器（130）
7.4一种HART智能变送器的设计（130）
7.4.1设计原理图（131）
7.4.2HART智能变送器设计及实现（131）
7.5HART温湿度智能变送器的设计（134）
7.5.1系统整体设计方案（134）
7.5.2Modem通信模块（135）
7.5.3HT2012在HART协议中的应用（137）
7.5.4MSP430与HT2012的接口设计（139）
7.5.5HT2012与外部接口（139）
7.5.6单片机MSP430性能（141）
7.5.7MSP430与D/A转换芯片AD421的接口设计（141）
7.5.8智能变送器的软件设计（142）
第8章USB通信技术应用（146）
8.1通过光纤传输USB信号（147）
8.1.1实现原理（147）
8.1.2将USB信号转换为便于光纤传输的信号（147）
8.1.3信号的处理方式（149）
8.1.4用光纤实现USB远程通信的其他方案（150）
8.2USB信号的光电隔离（151）
8.2.1USB光电隔离器（152）
8.2.2USB光电隔离技术（152）
8.2.3USB信号线的有待改进之处（153）
8.3无须设置的USB共享器（154）
8.3.1USB共享器的使用（154）
8.3.2双USB共享的切换逻辑（155）
8.3.3USB共享器的硬件设计（156）
8.3.4USB共享器的单片机软件设计（157）
8.4USB数据采集器（159）
8.4.1USB微型数据采集器的使用（160）
8.4.2数据采集器硬件电路设计（160）
8.4.3数据采集软件设计（162）
8.5采用USB私有协议的网络隔离器（169）
8.5.1网络隔离方案特征（169）
8.5.2网络隔离的具体实施方式（170）
8.5.3网络安全文件交换器（172）
第9章CAN串口转换器（174）
9.1CAN总线介绍（174）
9.1.1CAN协议和CAN总线的特点（175）
9.1.2CAN协议数据帧格式（175）
9.2CAN串口转换器CAN232B的使用（177）
9.2.1产品概述（177）
9.2.2性能指标（177）
9.2.3典型应用（178）
9.2.4配置说明（178）
9.3PC端配置和测试软件说明（178）
9.3.1串口参数设置（179）
9.3.2CAN参数设置（179）
9.3.3按钮说明（181）
9.3.4应用注意事项（181）
9.3.5CAN总线数据转发到串口示例（182）
9.4CAN串口转换器CAN232B的硬件电路设计（182）
9.4.1电路PCB设计（182）
9.4.2电路原理图设计（183）
9.5在Delphi中用SPCOMM实现PC端串口编程（183）
9.5.1SPCOMM控件的安装（185）
9.5.2SPCOMM的属性、方法和事件（185）
9.5.3SPCOMM的使用（185）
9.6CAN232B的PC端程序源代码（187）
9.7内部单片机的软件开发设计（199）
参考文献（218）