嵌入式技术与应用丛书 串行通信技术 面向嵌入式系统开发
作者： 周云波 编著
出版时间：2019年版
内容简介
　　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。
目录
第1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）
1．4 RS-232太阳城 （6）
1．5 RS-485太阳城 （7）
1．6 RS-422太阳城 （8）
1．7 RS-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）
2．1 Modbus入门 （12）
2．1．1 Modbus的几个特点 （13）
2．1．2 Modbus网络的三种传输模式 （13）
2．1．3 Modbus与串口的关系 （13）
2．1．4 Modbus与串行通信的区别 （14）
2．2 Modbus协议简介 （14）
2．2．1 Modbus协议简述 （14）
2．2．2 Modbus通信使用的主-从技术 （14）
2．2．3 查询-回应周期 （15）
2．3 Modbus的ASCII和RTU传输模式 （15）
2．3．1 ASCII模式 （16）
2．3．2 RTU模式 （17）
2．4 ASCII和RTU消息帧 （17）
2．4．1 ASCII帧 （17）
2．4．2 RTU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）
2．5．2 LRC检测 （20）
2．5．3 CRC检测 （20）
2．6 Modbus的功能码定义 （22）
2．6．1 功能码在Modbus RTU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）
2．7 Modbus的TCP传输模式 （25）
第3章 HART协议 （28）
3．1 HART协议概述 （29）
3．2 HART通信结构模型 （30）
3．2．1 HART协议物理层 （31）
3．2．2 HART协议数据链路层 （31）
3．2．3 HART协议应用层 （32）
3．2．4 各层间的功能关系 （33）
3．3 HART的消息帧结构 （33）
3．4 HART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）
4．1 RS-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）
4．5 RS-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）
4．5．3 RS-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）
4．7 RS-232转RS-485通信电路 （65）
4．7．1 RS-232转RS-485通信电路的设计 （65）
4．7．2 RS-232端口供电技术 （66）
4．8 无源RS-232数据采集器 （68）
4．8．1 LTC1290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）
5．1．2 IEEE 802系列 （74）
5．2 以太网串口服务器的发展 （75）
5．2．1 第一代产品：10 Mb/s以太网串口服务器 （76）
5．2．2 第二代产品：光电隔离100 Mb/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）
5．5 PC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）
5．6 PC设置和检测软件的演示操作 （86）
5．6．1 TCP→RS-232 （86）
5．6．2 RS-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）
6．1 Modbus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）
6．2．3 PC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）
6．3．3 Modbus测量模块的硬件设计 （109）
6．3．4 Modbus测量模块的内部单片机程序设计 （110）
6．3．5 Modbus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）
7．1 HART Modem的原理与应用 （123）
7．1．1 HART Modem的原理 （123）
7．1．2 A5191HRT的性能与引脚功能 （124）
7．1．3 A5191HRT的内部结构与工作原理 （125）
7．2 HART协议通信模块的设计 （126）
7．2．1 HART协议通信模块的硬件电路设计 （126）
7．2．2 HART协议通信模块的软件设计 （127）
7．3 RS-232与HART转换器的设计 （127）
7．3．1 RS-232与HART转换器的设计原理 （127）
7．3．2 DS8500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）
7．4．2 HART智能变送器设计及实现 （131）
7．5 HART温湿度智能变送器的设计 （134）
7．5．1 系统整体设计方案 （134）
7．5．2 Modem通信模块 （135）
7．5．3 HT2012在HART协议中的应用 （137）
7．5．4 MSP430与HT2012的接口设计 （139）
7．5．5 HT2012与外部接口 （139）
7．5．6 单片机MSP430性能 （141）
7．5．7 MSP430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）
8．2 USB信号的光电隔离 （151）
8．2．1 USB光电隔离器 （152）
8．2．2 USB光电隔离技术 （152）
8．2．3 USB信号线的有待改进之处 （153）
8．3 无须设置的USB共享器 （154）
8．3．1 USB共享器的使用 （154）
8．3．2 双USB共享的切换逻辑 （155）
8．3．3 USB共享器的硬件设计 （156）
8．3．4 USB共享器的单片机软件设计 （157）
8．4 USB数据采集器 （159）
8．4．1 USB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）
9．1 CAN总线介绍 （174）
9．1．1 CAN协议和CAN总线的特点 （175）
9．1．2 CAN协议数据帧格式 （175）
9．2 CAN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）
9．3 PC端配置和测试软件说明 （178）
9．3．1 串口参数设置 （179）
9．3．2 CAN参数设置 （179）
9．3．3 按钮说明 （181）
9．3．4 应用注意事项 （181）
9．3．5 CAN总线数据转发到串口示例 （182）
9．4 CAN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）
9．5．1 SPCOMM控件的安装 （185）
9．5．2 SPCOMM的属性、方法和事件 （185）
9．5．3 SPCOMM的使用 （185）
9．6 CAN232B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）