串行通信介紹

串口通信基本概念1并行傳送方式以字長為單位進(jìn)行傳送，用多根線一次傳送多位數(shù)據(jù)。特點：傳送速度快。但使用信號線多，成本高；且信號線間電容會引起串?dāng)_，不適合遠(yuǎn)距離傳送。一般用于外設(shè)與微機間近距離、大量和快速的傳輸。串行傳送方式通過一根線一位一位順序傳輸數(shù)據(jù)。缺點：速度慢。但傳輸線少，成本低。適合于遠(yuǎn)距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸。

(1)串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式單工方式

只允許在一個方向上傳送數(shù)據(jù)。半雙工方式雙方均具備發(fā)送、接收能力，但同一時刻只能進(jìn)行一個方向的傳送。全雙工方式收發(fā)雙方可同時進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳送。2TRRTTTRRTR

(2)通信速率比特率與波特率比特率：每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)，單位：bit/s。波特率：每秒傳送的Ｎ進(jìn)制位數(shù)，單位：baud/s。兩者的關(guān)系：比特率＝波特率×log2N。例：傳16進(jìn)制數(shù)時，比特率=4×波特率。計算機內(nèi)部均采用二進(jìn)制，故比特率＝波特率。3【例8-1】某通信系統(tǒng)每秒傳輸120個字符，每個字符包含10位二進(jìn)制數(shù)，計算其比特率。

解：比特率為120×10＝1200bit/s。收/發(fā)時鐘與波特率因子串行通信時，收發(fā)雙方需用時鐘信號來進(jìn)行同步。收/發(fā)時鐘直接決定了通信線路上的數(shù)據(jù)傳輸速率。一般地，發(fā)送端在發(fā)送時鐘TxClk的下降沿使送入移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出。接收端在接收時鐘RxClk的上升沿將傳輸線上的數(shù)據(jù)逐位打入移位寄存器。4國際上規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的波特率系列，常用的標(biāo)準(zhǔn)值為110、300、600、2400、4800、9600和19200波特。為提高抗干擾能力，往往用多個時鐘來調(diào)制一位二進(jìn)制數(shù)。調(diào)制一位二進(jìn)制數(shù)的時鐘個數(shù)稱為波特因子（Factor）。收/發(fā)時鐘頻率TxCLK/RxCLK與波特率Baud的關(guān)系為：TxCLK/RxCLK=Factor×Baud.一般Factor取1,16,32或64。異步通信時常取Factor=16；同步通信則必須取Factor=1。5

(3)信號的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)原因：數(shù)字信號包含豐富的頻率成分，直接在線路上傳輸時會嚴(yán)重衰減，從而使得信號在接收端產(chǎn)生嚴(yán)重畸變和失真。解決辦法：發(fā)送方使用調(diào)制器

(Modulator)，把要傳送的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合在線路上傳輸?shù)哪M信號。接收方則使用解調(diào)器(Demodulator)將模擬信號還原為數(shù)字信號。雙工和半雙工通信設(shè)備，既要發(fā)送數(shù)據(jù)又要接收數(shù)據(jù)，故可將調(diào)制器和解調(diào)器做在一起，形成調(diào)制解調(diào)器(Modem)。67

串口通信協(xié)議8通信協(xié)議：為使通信能順利進(jìn)行，數(shù)據(jù)收發(fā)雙方必須共同遵守的通信規(guī)程，稱為通信協(xié)議。通信協(xié)議的基本內(nèi)容：波特率：雙方約定的數(shù)據(jù)收/發(fā)速率。數(shù)據(jù)格式：雙方約定的幀格式及控制信息的定義等。幀同步：接收方獲知一批數(shù)據(jù)開始和結(jié)束的方法。位同步：接收方從數(shù)據(jù)流中正確采樣到每位數(shù)據(jù)的方法。差錯校驗方式：接收方判斷收到數(shù)據(jù)正確性的方法。串行通信協(xié)議的分類：異步串行通信協(xié)議同步串行通信協(xié)議

(1)異步串行通信協(xié)議特點以字符為單位進(jìn)行信息傳送。字符間異步，字符內(nèi)各位之間同步。字符與字符之間沒有嚴(yán)格的定時要求，可在任意時間出現(xiàn)在字符流中。一旦開始傳輸一個字符，收發(fā)雙方必須按照約定的速率，在時鐘的作用下，一位一位地進(jìn)行同步傳輸。幀格式數(shù)據(jù)格式包括：同步信息（數(shù)據(jù)的開始與結(jié)束）、數(shù)據(jù)信息和校驗信息。9采用極性相反的起始位和停止位提供準(zhǔn)確的時間基準(zhǔn)。一次傳送1個字符。具有信息校驗，可靠性高。傳輸速率較慢，效率低（約80%）。一般用于數(shù)據(jù)量較小、傳輸率較低的場合。10可為多位起止式的異步串行通信【例6-1】異步傳輸ASCII碼，每個字符7位，如果數(shù)據(jù)傳輸速率為240字符/秒，使用1位奇偶校驗位和1位停止位，問：(1)波特率為多少？(2)有效數(shù)據(jù)位傳輸率是多少？(3)傳輸效率是多少？

解題分析：

(1)波特率：(1+7+1+1)×240=2400baud/s(2)有效數(shù)據(jù)位傳輸率：7×240=1680baud/s(3)傳輸效率是：1680/2400=70%(7/10=70%)11【例6-2】某計算機采用異步串行通信方式，數(shù)據(jù)格式為：8位數(shù)據(jù)位，奇校驗，2位停止位。試畫出傳送字符“B”時通信線路上的波形。解題分析：字符B的ASCII碼為10000010，按照先低位后高位的順序傳送01000001。前面加1位起始位“0”，后加奇校驗位“1”，再加2位停止位“11”。12

(2)同步串行通信協(xié)議特點字符與字符間同步，字符內(nèi)各位之間也同步。不使用起始位和停止位來標(biāo)識字符的開始和結(jié)束，而是用一串特定的二進(jìn)制序列（同步字符），來通知接收方串行數(shù)據(jù)的第一位何時到達(dá)。傳輸效率高，速度快，但其技術(shù)復(fù)雜，硬件開銷大。一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸場合。分類面向字符的同步通信：一幀數(shù)據(jù)由若干個字符組成。面向比特的同步通信：一幀數(shù)據(jù)由任意位bit組成，主要用于二進(jìn)制的傳輸。13面向字符的同步通信數(shù)據(jù)塊由字符組成，字符連續(xù)，其間不留空隙。要求收發(fā)雙方時鐘完全同頻同相，不能有一點誤差。近距離傳送時，可在傳輸線上增加一條時鐘線，以確保收發(fā)雙方使用同一時鐘。遠(yuǎn)距離傳送時，可通過Modem從數(shù)據(jù)流中提取同步信號。14分類根據(jù)對同步信號的檢測方式，可分為：內(nèi)同步：對同步信號的檢測和同步控制在串行接口芯片內(nèi)部進(jìn)行。單同步：只有一個字節(jié)的同步字符。雙同步：有兩個字節(jié)的同步字符。外同步：對同步信號的檢測在串行接口芯片的外部進(jìn)行。當(dāng)外部硬件電路檢測到同步字符時，向串行接口發(fā)一個同步信號SYNC。串行接口收到同步信號后，立即開始接