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  • 通信接口与协议

    千次阅读 2018-05-28 09:42:08
    单片机小白学步系列(十八) 单片机/计算机系统概述:通信接口与协议2014年11月12日 19:30:19阅读数:1987前面说了信息数据的概念,这里要说的是之关系密切的问题——通信通信何为通信?在英文中,通信用...
    单片机小白学步系列(十八) 单片机/计算机系统概述:通信接口与协议

    前面说了信息与数据的概念,这里要说的是与之关系密切的问题——通信。

    通信

    何为通信?在英文中,通信用Communication表示,这个词也有交流的意思。实际上,通信和交流确实是一样的意思。不过在汉语中,交流常用来表示人与人之间的交流;而通信一般用于比较专业正式的场合,也就是所谓的术语。

    人与人之间的交流,是信息交换的过程;微机系统或模块之间的通信,就是数据传输的过程了。

    接口

    人在用语言交谈时,需要用嘴说话,用耳朵听,通过空气来传播。信息的传递依赖嘴巴和耳朵来进行发送和接收。

    微机系统的通信,则利用电、光等媒介。最常用的是电,表现在数字电路中,就是高低电平的变化。单片机的IO口能实现高低电平的收发,认为它是一种通信接口。接口是通信所依赖的实体。

    协议

    人在说话时,通过声带振动、口型的变化发出不同的声音。这些声音按照一定的规则,承载了我们所要表达的思想和信息,这套规则称为语言。两个人对话,需要使用两个人都能理解的语言进行,一个只懂中文和另一个只懂英文的人,根本没法用语言交流(当然可以用其他方式,比如面部表情、肢体语言等)。

    同样,微机系统通信时,也要有这样一套双方都遵从的规定,而这个规定被称为协议。通信协议和接口都可以有多种,并且两者之间存在一定的关联。

    接口的种类

    在微机系统中,为了更快速、更准确、更方便的传输数据,往往会有各种接口。

    数字接口/模拟接口

    这里主要讨论电子形式的接口。可分为数字接口和模拟接口,数字接口用二进制高低电平表示数据,模拟接口则可以用电压电流表示信息。模拟形式的接口,最常见的就是音频接口,也就是耳机插座。数字形式的接口,例如我们熟悉的USB接口,前面提到单片机程序烧写所用的串口等都是。数字接口又有很多分类,下面进行介绍。

    串行口/并行口

    数字接口传输的是二进制数据,通常每8位二进制数字组成一个字节。并行口用八根线同时传输8位数据;而串行口则一位一位的传输。每隔一段时间,接口上的电平按照要传输的下一位数据改变。

    同样的电平切换时间间隔下,显然并行口更快。早期技术不够,很多设备使用并行口通信以提高速度,例如并口打印机、并口的IDE硬盘等。后来技术进步了,串行口传输速度提上去了,由于接线少,更加方便可靠,并行口就逐步被淘汰了,USB就是串行口。

    备注:此处“行”的发音和“行走”中“行”的发音一致。

    同步/异步接口

    这个概念留到后面具体讲通信协议的时候再做介绍。

    模拟接口/硬件接口

    在51单片机中,传输数据主要利用32个IO口管脚。作为数字接口,串口以及后面要介绍的I2C等,本质都是通过IO口的高低电平实现的。如果对串口的协议有了解,可以给单片机写程序,将任意两个IO口做成串口,和电脑进行通信。但是事实上用到串口的时候,很少有人会这么做。

    用程序实现串口的方法,一般叫做模拟串口,或者软件串口;而实际上常用到的是硬件串口。串口是一种很基本的接口,单片机一般都有硬件串口。

    使用软件模拟串口需要消耗很多CPU资源(也就是说CPU需要花很多时间处理串口相关的数据收发工作)。

    而硬件串口根据串口协议设计好并集成在单片机中,也就是一个模块,大大简化了串口通信的软件编程。串口发送数据需要一位一位的进行,有了硬件串口,在软件上只需把要发送的一个字节数据放到硬件串口相关的寄存器中,硬件就会自动一位一位的把数据发送出去。CPU的全部工作就是执行软件程序,这样就大大减轻了CPU的负担。接收数据也是类似的道理。

    这里又体现了模块化设计中模块可代换的特点,甚至是软硬件之间也可以互相代换或补偿。读者或许对此感到不可思议,学到原理篇就能慢慢理解这里的原因了。

    ADC/DAC 模数/数模转换器

    既然接口有数字和模拟形式的,那么他们之间也应该能互相转换。例如电脑听音乐时,CPU、存储器都是数字器件,结果却能输出模拟的声音信号。

    能把模拟信号转换成数字信号的器件叫做模数转换器(ADC=Analog To Digital Converter),反过来,数字转模拟就是数模转换器了(DAC=Digital-to-Analog Converter)。

    ADC/DAC也是两种常见的微机系统模块。在STC89C52RC单片机中没有内置的ADC/DAC,但是可以使用外置的转换芯片,而在STC的其他一些型号51单片机或430等单片机中往往会有内置的转换模块。

    接口是单片机学习很重要的知识。本篇关于通信接口和协议的介绍就结束了,其中的很多细节会在后面的具体学习中涉及到。

    =======================================================

    《单片机小白学步》系列教程(原名《单片机入门指南》)介绍

    本系列教程从最基本的入门知识开始,逐步深入介绍单片机系统设计,内容包括:
    1、入门篇:单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
    2、思想篇:单片机/计算机系统设计的工程思想
    3、学习篇:单片机学习过程、方法和技巧,以51单片机为例介绍,并推广到其他单片机
    4、应用篇:遵循规范的工程方法,设计单片机系统实例(计划设计的系统有:计算器、电子表、密码锁、简易手机,具体看有没有时间再确定)
    5、原理篇:从模拟电路、数字电路开始,逐步深入介绍单片机/计算机系统原理,并自行设计简易的CPU(由于个人水平有限,这部分没有把握写好,具体内容视情况而定)

    教程特点

    1、技术知识点全面,从入门到精通

    包含了各种基本知识,尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等,在很多同类书籍教程中都被忽略了。同时也包含了一些深入的知识,包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍,有助于深入理解单片机。

    本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识,我会再把430进行简要介绍,尤其是对比两者之间的优缺点,让大家很快感受到430的巨大优势,而学习51正好为快速了解430打下了坚实的基础。

    2、除了单片机知识,还有思想、方法、技巧的介绍

    本系列教程中,介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇,而学习篇只是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧,如何理解一些模块功能,怎么看时序图,严格遵守工程思想进行编程,程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会总体介绍很多重要的思想,为后面的学习做好准备工作。

    3、知识先后顺序的设计

    单片机学习过程中,涉及大量的知识,而且很多知识之间相互依赖,关联很强。

    本系列教程对知识的先后顺序进行比较明确的规划,尽最大可能符合人的认知过程。但是实际规划时发现,无论怎么调整知识的顺序,总有一些知识之间相互依赖,关系复杂。例如开始讲IO口的时候肯定会提到寄存器,而寄存器这个词的理解,需要深厚的背景知识。但是这些背景知识在没有进行实践的时候也很难理解。

    初学者常常就会在这样的地方感觉疑惑不解,不知所措。而每次遇到类似这样的知识,我会向初学者指出,应该如何对待。这个知识是应该自己去学习补充,还是等到学完原理篇再做理解,而现在又应该怎么去看待这个名词。

    另外,在整个教程的学习前,需要掌握一定的C语言等基础知识,具体可参考教程第〇篇《序》中的相关说明
    http://www.hainter.com/mcu-primer-0

    4、语言通俗易懂

    本系列教程力求语言通俗易懂,而不会用一堆新手不懂的词语去解释另一个不懂的词语。但是受限于个人语言表达能力,可能有些地方表述的比较繁琐,或者不清楚,希望大家能够帮忙指出。

    其他问题

    如果觉得我写的对你有帮助,欢迎多多反馈,包括写的不正确、不合理、不太明白都可以指出来,这样方便我对其进行完善。

    更多可参见:《如何以学习单片机为契机,逐步成为优秀的工程师》
    http://www.hainter.com/mcu-engineer

    本系列教程首发于我的个人主页,欢迎访问(由于是国外服务器,速度稍微有点慢):
    http://www.hainter.com/category/hacker/mcu-primer

    同时会将其转发到CSDN、电子发烧友等站点,欢迎关注。
    CSDN专栏网址 http://blog.csdn.net/column/details/mcu-introduction.html
    电子发烧友论坛 http://bbs.elecfans.com/zhuti_mcu_1.html

    转载来源:http://www.hainter.com/mcu-primer-18

    版权声明:本文为博主原创文章,转载请注明原文链接。 https://blog.csdn.net/jzj1993/article/details/41048585
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  • 接口与通信技术原理应用

    热门讨论 2013-02-25 14:59:07
    系统地讲解了单片机单片机机之间、单片机PC之之间,PCPC之间以 及单片机多机通信中的各种常用通信接口技术。
  • SPI接口与通信协议

    2019-04-26 10:11:52
    SPI接口主要应用在 EEPROM、FLASH、传感器、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,是一种全双工同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。...

    一、SPI概述

    SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROMFLASH、传感器、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,是一种全双工同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。

    SPI是一个环形总线结构,由MOSIMISOSCLKCS构成,其时序其实很简单,主要是在SCLK的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。

    1MOSI – (master output slave input) 主器件数据输出,从器件数据输入;

    2MISO – (master input slave output) 主器件数据输入,从器件数据输出;

    3SCLK – (Serial clock) SPI时钟信号,由主器件产生;

    4CS – (Chip select) 从器件使能信号,由主器件控制。

    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。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。

    优点:

    1)支持全双工,push-pull的驱动性能相比open-drain信号完整性更好;

    2)支持高速(100MHz以上);

    3)协议支持字长不限于8bits,可根据应用特点灵活选择消息字长;

    4)硬件连接简单;

    缺点:

    1)相比IIC多两根线,没有寻址机制,只能靠片选选择不同设备;

    2)没有从设备接受ACK,主设备对于发送成功与否不得而知;

    3)典型应用只支持单主控;

    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的上升沿上数据改变,同时一位数据被存入移位寄存器。

    二、硬件电路

    SPI电路中只能有一个主机,也就是只是单主模式,可以支持单主单从和单主多从电路。

    1、单主单从

    2、单主多从,通过多个片选信号和菊花链的方式实现

    四、SPI通信协议

    1SPI4种模式

    spi四种模式由SPI的时钟相位(CPHA)和时钟极性(CPOL)决定,分别可以为01,对应的4种组合构成了SPI4种模式(mode)

    CPOL: (Clock Polarity), 时钟极性

    CPOL0,时钟空闲时电平为低;

    CPOL1,时钟空闲时电平为高;

    CPHA:(Clock Phase), 时钟相位

    CPHA0,时钟周期的上升沿采集数据,时钟周期的下降沿输出数据;

    CPHA1,时钟周期的下降沿采集数据,时钟周期的上升沿输出数据;

    Mode 0 : CPOL=0, CPHA=0 

    Mode 1 : CPOL=0, CPHA=1

    Mode 2 : CPOL=1, CPHA=0 

    Mode 3 : CPOL=1, CPHA=1

    四种模式如下图所示:

    SD卡的spi常用的是mode 0 mode 3,这两种模式的相同的地方是都在时钟上升沿采样传输数据,区别这两种方式的简单方法就是看空闲时,时钟的电平状态,低电平为mode 0 ,高电平为mode 3

    2SPI读写协议

    SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致,有2层意思:其一,主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定;其二,二者的配置应该保持一致,即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致,主设备的SDI同从设备的SDI配置一致。因为主从设备是在SCLK的控制下,同时发送和接收数据,并通过2个双向移位寄存器来交换数据。

    SPI读写为例

    片选---读指令---地址---数据读出

    片选---读指令---地址---数据写入

    展开全文
  • wifi探针服务器通信接口协议

    千次阅读 2018-01-08 20:44:23
    wifi探针服务器通信接口协议   版本号 修改内容 修改人 修改时间 v1.0 创建 许军 2015/8/6 v1.1 补充 许军 2015/8/24 v1.2 ...

    wifi探针与服务器通信接口协议

     

    版本号

    修改内容

    修改人

    修改时间

    v1.0

    创建

    许军

    2015/8/6

    v1.1

    补充

    许军

    2015/8/24

    v1.2

    更改通信协议

    许军

    2015/12/10

     

    名词解释

    wifi探针:802.11probe request frames

    项目简介

    wifi探针,可以感知wifi覆盖范围内的用户设备MAC地址(终端不用连接wifi),充分挖掘路由器的潜能,采集的是用户的线下行为轨迹。

     

    802.11协议要求每个AP每隔一定时间(几十毫秒到几秒不等)向周围的staAP广播beacon帧,告诉周围的staAP:我是xxxxbssid),快来连我!我是xxxxbssid),快来连我!每个sta(可以理解为手机、笔记本)除了默默监听周围AP发送的beacon帧以外,还会偷偷发送probe帧:我是xxxxmac地址),我能连你吗?我是xxxxmac地址)我能连你吗?

    在覆盖无线局域网的地方,开着WIFI的手机周期性地发出信号,无线局域网访问点(AP)接收到信号后,将信号传送给服务器。服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出手机的位置,并通过电子地图显示具体位置。

    主动抓取用户数据,不需要用户连接我们的路由器,当顾客路过我们路由器的时候,路由器抓取顾客MAC和路过的时间以及RSSI强度。

    路由器采集附近出现的手机MAC和时间,保存第一次出现的时间和最后一次出现的时间

    每隔一段时间(由云平台下发)上报一次出现过的MAC地址手机的RSSI值

    系统构架

    本文档主要涉及路由器和服务器之间的交互,和手机等客户端关联不大,使用http作为通信协议,json为数据格式。交互通过http协议,主要使用POSTGET方法上报和获取数据。

    WIFI探针

    服务器

    例如http://r.idianjia.com/router/wifi_sense

    请求参数

    {

     "flag":"request_server",

      "mac":"6440f4538af6",

    "requestId":"ebc329a3-37fe-42ba-b581-d005af9801a8", --随机值, 所有请求中唯一. 用于鉴别请求, 支持的字符 a-zA-Z0-9_-}

    服务器返回参数

    {

     "flag":"request_server",

      "mac":"6440f4538af6",

         "requestId":"ebc329a3-37fe-42ba-b581-d005af9801a8", --随机值, 所有请求中唯一. 用于鉴别请求, 支持的字符 a-zA-Z0-9_-,

    "server_time":"1449736849",UTC时间,距1970-01-01的秒数

    "report_interval":"60",上报周期,每60秒上报一次数据

    }

    示例

     {

     "flag":"request_server",

      "mac":"6440f4538af6",

         "requestId":"ebc329a3-37fe-42ba-b581-d005af9801a8",

     "server_time":"1449736849",

     "report_interval":"60"

    }

     

    功能描述

    "rssiinfo":[ , , ]手机mac | 最大rssi出现时间 | 最大rssi | 最小rssi出现时间 | 最小rssi

    服务器

    例如http://r.idianjia.com/router/wifi_sense

    请求参数

    {

     "flag":"report_rssi",

      "mac":"6440f4538af6",

    "requestId":"ebc329a3-37fe-42ba-b581-d005af9801a8", --随机值, 所有请求中唯一. 用于鉴别请求, 支持的字符 a-zA-Z0-9_-}

    "rssiinfo":[ , , ]手机mac | 最大rssi出现时间 | 最大rssi | 最小rssi出现时间 | 最小rssi

     

    服务器返回参数

    示例

     {"flag":"report_rssi","mac":"6440f4538af6","requestId":"ebc329a3-37fe-42ba-b581-d005af9801a8", "rssiinfo": [ "f025b756a1a9 | 1449736848 | -35 | 1449736855 | -48", "8c34fdd70cf3 | 1449736849 | -45 | 1449736849 | -50", "1499e2a66bce | 1449736856 | -68 | 1449736856 | -68", "ae1ba938f852 | 1449736857 | -74 | 1449736857 | -74", "0c1daf5de132 | 1449736857 | -59 | 1449736899 | -75", "24fd5285c397 | 1449736859 | -72 | 1449736859 | -72", "78d75f442a2b | 1449736862 | -37 | 1449736862 | -37", "d05349198818 | 1449736866 | -71 | 1449736866 | -71", "38b1db08d511 | 1449736867 | -69 | 1449736867 | -69", "9cf3872f0326 | 1449736870 | -51 | 1449736870 | -73", "ac387086d519 | 1449736870 | -71 | 1449736870 | -73", "949426f30f8b | 1449736873 | -59 | 1449736873 | -59", "8c34fd4eb2c9 | 1449736876 | -75 | 1449736876 | -75", "847a886dc0f2 | 1449736877 | -35 | 1449736877 | -36", "38bc1a1c0e5e | 1449736882 | -44 | 1449736887 | -47", "247703ce6dac | 1449736884 | -73 | 1449736884 | -73", "24fd521999ba | 1449736885 | -72 | 1449736885 | -72", "44d4e03a8b62 | 1449736886 | -37 | 1449736886 | -47", "b0df3ab4f3c9 | 1449736888 | -42 | 1449736888 | -45", "041e64f0cbfb | 1449736890 | -71 | 1449736890 | -71", "24050f65462f | 1449736903 | -40 | 1449736903 | -40" ] }

     

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  • C# USB接口与设备通信

    千次阅读 2019-01-14 14:38:46
    这是我第一次直接使用USB接口与设备进行通信,第一反应就是打开指定设备,配置设备,读取数据,关闭设备备。事后发现确实如此。在网上查看一番之后,花了金币下载了一些代码,但是似乎都有点不太对路。当然,底层的...

    USB通信

    这是我第一次直接使用USB接口与设备进行通信,第一反应就是打开指定设备,配置设备,读取数据,关闭设备备。事后发现确实如此。在网上查看一番之后,花了金币下载了一些代码,但是似乎都有点不太对路。当然,底层的东西还是能用的,我就是通过调用前辈(自己去看代码中的注释)的一些接口(免去了安装Libusbdot, CyUSB等)实现了与USB设备的交互。好了,接下来便说说。

    打开指定设备

    通过度娘,打开指定设备是通过设备的vid和pid来实现的,这哥俩是16进制的,因此我把方法的输入参数定义成16进制字符串:

    /// <summary>
            /// 基于vid和pid打开指定设备
            /// </summary>
            /// <returns></returns>
            public bool OpenDevice(string vid,string pid)
            {
                bool is_opened = false;
                if (myHid.Opened == false)
                {
                    UInt16 myVendorID = Convert.ToUInt16(vid, 16);// 0x1234;
                    UInt16 myProductID = Convert.ToUInt16(pid, 16); //0x5678;
                    
                    if ((int)(myHidPtr = myHid.OpenDevice(myVendorID, myProductID)) != -1)
                    {
                        //MessageBox.Show("open drive success");                    
                        is_opened = true;
                    }
                    else
                    {
                        is_opened = false;
                    }
                }
                else
                {
                    is_opened = true;
                }
                return is_opened;
            }
    

    配置设备

    在打开设备之后就可以进行对设备进行操作了。但不是所有的设备都需要进行配置,我所用的设备配置,是可有可无的,这个需要根据设备的通信协议。

    读取数据

    这一步操作也是需要根据通信协议进行。我所用的设备需要上位机下发16进制数据才可以获取数据,因此输入的参数仍然是用16进制字符串,以空格作为间隔,如 B3 56。

    		public double Send(string hexString)
            {
                is_data_received = false;
                
                Byte[] data = HexStringToByte(hexString);
                byte[] db = new byte[2];
                double ddB = 0.0;
                report r = new report(0, data);
                if (myHid.Opened)
                {
                    myHid.Write(r);
                    int i = 0;
                    while (!is_data_received && i<10)
                    {
                        System.Threading.Thread.Sleep(50);
                        i++;
                    }
                    if (is_data_received)
                    {
                        db[0] = RecDataBuffer[1];
                        db[1] = RecDataBuffer[0];
                        ddB = (System.BitConverter.ToUInt16(db, 0)) / 10.0; 
                    }
                }
                is_data_received = false;
                return ddB;
            }
    

    重点来了哈,那就是数据是怎么来的:根据调用的类,需要订阅数据接收事件。

    		myHid.DataReceived += new EventHandler<HID.report>(myhid_DataReceived); //订阅DataRec事件
    		//数据到达事件
    		protected void myhid_DataReceived(object sender, report e)
            {
                RecDataBuffer = e.reportBuff;
                is_data_received = true;
            }
    

    关闭设备

    好了,不适用设备了,那就关闭它吧

            public void CloseDevice()
            {
                if(myHid.Opened)
                    myHid.CloseDevice(myHidPtr);            
            }
    

    示例

    我这个只是与设备做简单的通信,但可以把它改改,用于与其它设备通信。至于获取U盘数据,这个没有研究,也许哪天有空了再去查查。
    链接: 示例代码.

    示例界面

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空空如也

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