串行通信接口規範與標準（嵌入式係統經典叢書） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Louis，E.，Frenzel，Jr 著，林賜 譯

圖書標籤:

• 串行通信
• 接口規範
• 嵌入式係統
• 通信協議
• 硬件設計
• 數據傳輸
• 工業控製
• 電子工程
• 單片機
• 技術標準

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302471233

版次：1

商品編碼：12113361

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：448

字數：306000

正文語種：中文

産品特色

編輯推薦

閱讀本手冊，你將瞭解：
◆ 應用廣泛的串行接口
◆ 如何為特定應用或設計
選擇科學的串行接口
◆ 數據速率和距離(長度
或範圍)之間的權衡
◆ 串行數據傳輸的操作及
優點
◆ 串行數據傳輸的較常用
媒介的實時操作係統

內容簡介

　 本手冊編目瞭當前且常用的串行接口，並提供瞭這些接口的標準和詳細的規格信息，使你能夠為新設計選擇閤適的接口或驗證接口是否正常工作。本手冊的每一章都針對不同的接口，並且以易於理解的標準格式編寫。

作者簡介

Louis E. Frenzel Jr是Electronic Design 雜誌的特約編輯，負責無綫、通信、網絡和測試/測量領域。作為一名工程師，Louis在地理、航空航天和計算機領域擁有超過25年的電子行業經驗。在加入Electronic Design 雜誌之前，他是一位大學教授，講授電子和半導體製造課程，並為NSF資助的幾個項目工作。他撰寫瞭24本關於通信的書。

目錄

第1章 串行I/O通信簡介 1
第2章 串行I/O入門：簡要介紹數據通信和
網絡 5
第3章 選擇適當的接口 37
第Ⅰ部分 低速接口(0~10Mb/s)
第4章 單總綫 43
第5章 執行器傳感器接口(AS-i) 49
第6章 位總綫 55
第7章 C總綫 59
第8章 控製器局域網(CAN) 63
第9章 DMX512 69
第10章 FlexRay 75
第11章 基金會現場總綫 79
第12章 高速可尋址遠程傳感器通信協議
(HART) 85
第13章 內部集成電路(I2C)總綫 91
第14章 IO-Link 97
第15章 集成電路內置音頻(I2S)總綫 101
第16章 本地互聯網絡(LIN) 105
第17章 儀錶總綫(M-Bus) 109
第18章 Microwire總綫 113
第19章 樂器數字接口(MIDI) 117
第20章 MIL-STD-1553 121
第21章 Modbus 125
第22章 車載自動診斷係統(OBD) II 129
第23章 電源管理總綫(PMBus) 135
第24章 過程現場總綫 139
第25章 RS-232 145
第26章 RS-422 151
第27章 RS-423 155
第28章 RS-485 159
第29章 係統管理總綫(SMB) 163
第30章 T1/E1 167
第Ⅱ部分 中速接口(10Mb/s到1Gb/s)
第31章 以太網 173
第32章 火綫(FireWire) 177
第33章 聯閤測試行動小組(JTAG) 183
第34章 麵嚮媒體的係統傳輸(MOST) 187
第35章 串行外設接口(SPI) 191
第36章 通用串行總綫(USB) 195
第Ⅲ部分 高速接口(1Gb/s到100Gb/s)
第37章 100G以太網連接單元接口(CAUI) 203
第38章 通用電氣接口– 28G(CEI-28G) 207
第39章 通用公共無綫電接口(CPRI) 211
第40章 顯示接口(DP) 215
第41章 韆兆以太網(GE) 219
第42章 光縴通道(FC) 225
第43章 高清多媒體接口(HDMI) 231
第44章 超傳輸(HT總綫) 237
第45章 無限帶寬技術(IB) 241
第46章 JESD204 247
第47章 Kandou總綫 251
第48章 閃電接口 253
第49章 低壓差分信號(LVDS) 257
第50章 移動産業處理器接口(MIPI) 261
第51章 移動高清鏈接(MHL) 265
第52章 光傳輸網絡(OTN) 269
第53章 PCIe總綫 273
第54章 無源光網絡(PON) 277
第55章 RapidIO 281
第56章 串行連接SCSI(SAS) 285
第57章 串行ATA接口規範(SATA) 289
第58章 串行數字接口(SPI) 293
第59章 同步光網絡(SONET)和同步數字
體係(SDH) 297
第60章 雷電 303
第61章 10G和40G以太網連接單元接口
(XAUI和XAUI) 307
第62章 測試的考慮因素 311
第Ⅳ部分 寬帶接口
第63章 寬帶接口概念 319
第64章 有綫電纜數據服務接口規範
(DOCSIS) 331
第65章 數字用戶綫路(DSL) 337
第66章 G3-PLC 343
第67章 G.hn 347
第68章 傢庭插電(HP) 351
第69章 多媒體同軸電纜聯盟(MoCA) 355
第70章 電力綫智能計量演化(PRIME) 359
第71章 X10接口 363
第Ⅴ部分 無綫接口
第72章 無綫接口 369
第73章 802.15.4 379
第74章 藍牙(BT) 383
第75章 數字增強無繩電信(DECT) 387
第76章 易能森(EnOcean) 391
第77章 ISA100-11a 395
第78章 工業科學醫療(ISM)無綫接口 399
第79章 近場通信(NFC) 403
第80章 超寬帶(UWB) 407
第81章 Wi-Fi 411
第82章 無綫HART 415
第83章 ZigBee 419
第84章 Z-Wave 423
術語錶 427

前言/序言

　　使用微控製器或任何其他電子設備都涉及接口的使用，接口就是將一颱設備連接到另一颱設備進行通信的電子電路。如果你正在設計電子設備，那麼你可能已經接觸過一個或多個接口。例如，最常見的有綫接口是消費類設備中的USB和HDMI，以及工業設備中的RS-232/RS-485。但是，有綫接口還有數十種其他類型，其中一些不為人們所熟知。多年來，為達到特定目的，人們開發齣瞭許多新的串行接口。本書試圖對所有比較常見的有綫和無綫接口進行編目。本書可以作為選擇、比較和使用串行接口的指南。

　　其中幾章旨在簡要介紹相關的數據通信和網絡技術。這些章涵蓋瞭有綫基帶接口、寬帶基礎以及無綫理論與技術。你也許已經擁有瞭必要的技術背景來使用這本書，但是即使你還未擁有相應的技術背景，這些章也會給你帶來關於這些基礎知識的一個簡要課程。其餘章專門描述各個接口和協議。為瞭使讀者能夠方便比較各個接口，本書采用一種標準的格式來描述接口。

　　請注意，接口描述很簡短，隻描述瞭一些你需要知道的關鍵數據。每個接口的詳細信息和相關協議未包含在本手冊中。接口總結有助於你為瞭達到比較的目的，聚焦於主要的規範和應用。如果需要更多細節，可以去查看標準的原始來源或一些可用的圖書。

　　本書分成幾個重點部分。前三部分涵蓋瞭有綫基帶接口，按照數據速率列齣瞭接口：慢速、中速和高速。為瞭高效地使用這些章，當聚焦於實際應用時，可以先估計實際應用所需的數據速率，然後到相關的部分查看可用的接口。在每部分，接口是按照字母順序排列的。每個接口都是簡短的一章。然後，你就可以為項目選擇最適閤的接口瞭。

　　另一部分重點介紹瞭采用調製技術的寬帶接口。在這部分，本手冊迴顧瞭最常用的調製方法。最後，有一章專門介紹瞭無綫的基礎知識，這一章講解瞭閱讀無綫接口章節所需的基礎知識。

　　關於接口列錶，其中一個關鍵點就是：在描述接口時，隻使用瞭OSI模型的物理層和數據鏈路層(參見第2章)。有些情況下，可能會簡要介紹一下相關的高層協議。有時，幾種不同的協議使用瞭一個通用的物理接口。由於這些協議變體的復雜性，本書隻是簡單提到而沒有完全描述這些協議。

　　本書不打算詳細介紹每個接口標準。大多數接口規範有幾十甚至幾百頁長，在一本書中不可能涵蓋它們的方方麵麵。許多接口是專有的，或要求具有某個組織的成員資格，纔可以訪問。因此，本書總結瞭最常見的接口，讓你能夠橫嚮比較，找到自己所需的最適閤接口。我可能錯過瞭一些可用的接口。如果你知道本書需要囊括的任何接口，請通知我，我將在未來的版本中包括它們。

　　我希望你能發現這本書是你的良師益友。我非常樂意接受來自你可能希望提交的任何更正，或本書應該添加任何接口或特徵的反饋。

　　祝萬事如意！

　　LouisE.FrenzelJr

　　作於德剋薩斯州奧斯汀市

　　2015年

《嵌入式係統經典叢書》之《串行通信接口規範與標準》 一、 引言 在飛速發展的嵌入式係統領域，高效、可靠的數據傳輸是實現係統功能和擴展性的基石。而串行通信，憑藉其靈活、經濟的特點，在嵌入式係統中扮演著至關重要的角色。從微控製器之間的低速數據交換，到傳感器與處理器的數據采集，再到復雜的網絡通信，串行通信的身影無處不在。然而，不同設備、不同應用場景下的串行通信需求韆差萬彆，如何確保不同硬件、不同軟件之間能夠順暢地進行數據交互，就成為一個亟待解決的關鍵問題。 《串行通信接口規範與標準》一書，正是聚焦於這一核心技術挑戰，為廣大嵌入式係統工程師、硬件設計者、軟件開發者以及相關專業的學生，提供瞭一本係統、深入、實用的參考指南。本書並非簡單羅列各種串行通信協議，而是從原理、規範、標準、實現和應用等多個維度，全麵剖析瞭串行通信的精髓，旨在幫助讀者深入理解串行通信的底層機製，掌握主流串行通信接口的設計與應用，並能根據實際需求，靈活選擇和配置最閤適的通信方案。 本書的編寫，力求做到內容的嚴謹性、理論的深度以及實踐的可操作性相結閤。我們深入挖掘瞭串行通信的理論基礎，詳細闡述瞭各種關鍵參數和工作原理，並通過大量的實例和圖示，將抽象的概念具象化，便於讀者理解。同時，本書緊密結閤當前的嵌入式係統發展趨勢，重點介紹瞭在實際項目中應用最為廣泛的串行通信接口和標準，並提供瞭詳細的硬件接口設計指導和軟件驅動開發示例。我們希望通過這樣一本集理論與實踐於一體的著作，能夠真正賦能讀者，讓他們在麵對復雜的嵌入式係統設計挑戰時，能夠遊刃有餘，創造齣更加智能、高效的嵌入式産品。 二、 內容概覽 《串行通信接口規範與標準》一書，共分為若乾章節，循序漸進地引導讀者進入串行通信的廣闊天地。 第一章 緒論 串行通信的定義與重要性： 詳細闡述串行通信的基本概念，為何它在嵌入式係統中如此普遍，以及它所帶來的優勢（如節省引腳、成本低廉、易於擴展等）。 串行通信與並行通信的比較： 通過對比，明確串行通信的適用場景和局限性，幫助讀者在設計初期做齣明智的選擇。 嵌入式係統中的串行通信應用場景： 列舉各種典型的嵌入式係統應用，如傳感器數據采集、人機交互接口、設備間通信、網絡通信等，展示串行通信的廣泛應用。 本書內容結構與閱讀建議： 簡要介紹全書的章節安排，以及如何更有效地閱讀和學習本書內容。 第二章 串行通信的基本原理 數據串行化的過程： 深入講解並行數據如何被轉換為串行數據進行傳輸，包括位移、同步等概念。 時序與同步機製： 詳細分析同步（Synchronous）和異步（Asynchronous）串行通信的工作原理，以及它們在數據傳輸中的作用。 比特率（Baud Rate）與數據速率（Data Rate）： 解釋這兩個關鍵參數的含義、關係以及對通信效率的影響。 數據幀結構（Frame Structure）： 講解數據幀的組成部分，如起始位（Start Bit）、數據位（Data Bits）、奇偶校驗位（Parity Bit）、停止位（Stop Bit）等，以及它們的功能。 錯誤檢測與糾正機製： 介紹常見的錯誤檢測方法，如奇偶校驗、CRC（循環冗餘校驗）等，以及簡單的糾錯原理。 第三章 主流異步串行通信接口 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： UART的硬件組成與工作原理： 詳細剖析UART的發送器（TX）和接收器（RX）的內部結構和工作流程。 UART的常用配置參數： 詳細講解波特率、數據位長度、停止位數量、校驗類型等參數的設置方法及其影響。 RS-232接口標準： 深入介紹RS-232標準的電氣特性、連接器規範、信號定義等，以及其在工業和消費電子領域的應用。 RS-485接口標準： 講解RS-485的差分信號傳輸原理、多點通信能力、遠距離傳輸特性，以及在工業自動化和樓宇控製等領域的應用。 MAX232等電平轉換芯片的應用： 介紹如何使用電平轉換芯片實現TTL/CMOS電平與RS-232電平之間的轉換。 其他異步串行接口（如SCI, USART的特殊模式）： 簡要介紹一些其他具有特定功能的異步串行接口。 第四章 主流同步串行通信接口 SPI (Serial Peripheral Interface)： SPI的總綫結構與通信模式： 講解SPI的四綫製（MOSI, MISO, SCK, SS）總綫結構，以及主/從（Master/Slave）工作模式。 SPI的時鍾極性（CPOL）與相位（CPHA）： 詳細解釋CPOL和CPHA對數據采樣時序的影響，以及四種SPI模式的詳細分析。 SPI的數據傳輸效率與應用： 討論SPI的高速通信能力，以及其在連接傳感器、存儲器、顯示器等外設時的廣泛應用。 I2C (Inter-Integrated Circuit) 接口： I2C的總綫結構與通信協議： 講解I2C的兩綫製（SDA, SCL）總綫結構，以及主/從、尋址、ACK/NACK握手機製。 I2C的地址機製與多設備通信： 詳細分析7位和10位地址的分配，以及如何在同一總綫上連接多個設備。 I2C的通信速率與擴展性： 介紹標準模式、快速模式、高速模式等，以及通過總綫擴展器實現更大規模I2C網絡的可能性。 I2C在嵌入式係統中的應用： 重點介紹I2C在傳感器、EEPROM、RTC（實時時鍾）、PMIC（電源管理芯片）等外設控製中的應用。 SWD (Serial Wire Debug) 接口： SWD接口的原理與調試功能： 介紹SWD作為一種高效的片上調試接口，其數據綫（SWDIO）和時鍾綫（SWCLK）的工作原理，以及如何用於代碼下載和實時調試。 SWD與JTAG的比較： 對比SWD和JTAG在接口數量、調試效率等方麵的優劣。 第五章 串行通信的硬件設計與接口選擇 接口物理層設計考慮： 信號完整性（Signal Integrity）： 講解PCB走綫、阻抗匹配、端接等對信號質量的影響。 電氣特性匹配： 如何根據通信距離、速率和環境選擇閤適的驅動器和接收器。 電磁兼容性（EMC）設計： 考慮串行通信接口的EMC設計要求，減少乾擾。 連接器選型與布局： 不同接口的常用連接器： 如DB9、DB25、USB連接器、Molex連接器等。 PCB布局與布綫技巧： 優化連接器在PCB上的位置，確保良好的信號傳輸。 總綫驅動與隔離： 差分信號驅動： RS-485等差分信號驅動器的選擇與應用。 光耦隔離與磁珠隔離： 在需要電氣隔離的場景下的設計方案。 接口選擇策略： 根據應用場景選擇接口： 如點對點通信、多點通信、短距離、長距離、高速、低速等。 成本與性能的權衡： 在滿足需求的前提下，選擇最具成本效益的接口方案。 第六章 串行通信的軟件實現與驅動開發 微控製器（MCU）內部串行通信模塊的使用： 寄存器級編程： 講解如何直接操作MCU的UART, SPI, I2C等硬件模塊的控製寄存器。 配置與初始化： 詳細說明如何配置波特率、數據格式、中斷等參數。 操作係統（OS）下的串行通信驅動： Linux下的串行設備驅動（tty驅動）： 介紹Linux係統中 `/dev/tty` 設備節點的概念，以及編寫通用串行驅動的框架。 RTOS下的串行通信框架： 講解在FreeRTOS, uCOS等實時操作係統中，如何利用其提供的API進行串行通信。 中斷驅動與輪詢（Polling）模式： 中斷模式的應用優勢： 講解中斷驅動如何提高CPU利用率，實現高效通信。 輪詢模式的局限性與適用場景： 分析輪詢模式的優缺點。 DMA (Direct Memory Access) 在串行通信中的應用： DMA如何提升傳輸效率： 講解DMA如何將數據從外設直接傳輸到內存，減輕CPU負擔。 DMA與串行通信模塊的結閤： 實例演示如何配置DMA實現高效的串行數據傳輸。 串行通信協議棧的設計與實現： 自定義通信協議的製定： 為特定應用場景設計數據幀格式、通信流程。 分層通信協議的設計： 參考TCP/IP等協議棧的思想，設計更復雜的通信協議。 第七章 嵌入式係統中的串行通信實例分析 傳感器數據采集係統： 以溫度傳感器、加速度計等為例，講解如何使用I2C或SPI接口與MCU通信。 人機交互接口： 如使用UART與PC進行調試通信，或使用SPI與LCD顯示屏通信。 設備間通信： 例如，兩個MCU之間通過UART或RS-485進行數據交換。 無綫通信模塊接口： 講解如何通過UART接口與藍牙、Wi-Fi模塊進行通信。 工業控製應用： 以RS-485總綫在PLC（可編程邏輯控製器）通信中的應用為例。 第八章 串行通信的進階與發展趨勢 USB (Universal Serial Bus) 接口簡介： 概述USB接口的特點、版本（USB 1.x, 2.0, 3.x），以及在嵌入式係統中的應用（如設備端、主機端）。 Ethernet（以太網）在嵌入式係統中的串行化應用： 如將以太網數據通過串行接口進行封裝（如PPP over Ethernet）。 CAN (Controller Area Network) 總綫： 講解CAN總綫的特點、在汽車電子和工業自動化領域的應用。 新一代串行通信接口： 簡要介紹一些新興的串行通信接口技術。 嵌入式係統通信的未來展望： 探討物聯網（IoT）、邊緣計算等發展趨勢對串行通信提齣的新要求。 三、 目標讀者 本書適閤以下人群閱讀： 嵌入式係統工程師： 在産品設計、開發過程中需要處理各種串行通信接口的工程師。 硬件設計工程師： 在設計PCB時需要考慮串行通信接口的物理層設計和信號完整性的工程師。 軟件開發工程師： 需要編寫串行通信驅動程序、應用程序的軟件開發者。 電子工程、計算機科學及相關專業的學生： 學習嵌入式係統、微控製器原理和通信技術的學生。 嵌入式係統愛好者： 對嵌入式係統軟硬件開發感興趣的業餘愛好者。 四、 本書特色 係統性強： 從基礎原理到高級應用，全麵覆蓋串行通信的各個方麵。 理論與實踐結閤： 不僅講解理論知識，更提供大量的實例、圖示和代碼示例，幫助讀者將理論應用於實踐。 標準與規範並重： 詳細介紹各種主流串行通信接口的標準和規範，確保讀者理解其核心設計思想。 前瞻性： 關注行業最新發展動態，介紹新興的串行通信技術。 語言通俗易懂： 力求以清晰、簡潔的語言闡述復雜的技術概念，降低閱讀門檻。 五、 結語 《串行通信接口規範與標準》一書，如同一位經驗豐富的嚮導，將帶領您深入探究嵌入式係統領域中至關重要的串行通信技術。無論您是初入此道的學生，還是經驗豐富的工程師，本書都將為您提供寶貴的知識和實用的工具，助您在不斷發展的嵌入式技術浪潮中，構建齣更強大、更可靠、更智能的嵌入式係統。我們深信，通過對本書內容的學習和掌握，您將能夠更自信地應對各種串行通信挑戰，為您的項目成功奠定堅實的基礎。

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值得購買 斐非常不錯

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書內容是想看的，京東物流就是快，一直支持京東，知識就是力量

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京東收貨快，還行吧，反正還沒看……

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還不錯，看著挺好的，希望有幫助

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好