串口通讯相关知识

《串口通讯相关知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《串口通讯相关知识（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、串口通讯相关知识串口通讯相关知识串口通讯相关知识.txt 吃吧吃吧不是罪，再胖的人也有权利去增肥！苗条背后其实是憔悴，爱你的人不会在乎你的腰围！尝尝阔别已久美食的滋味，就算撑死也是一种美！减肥最可怕的不是饥饿，而是你明明不饿但总觉得非得吃点什么才踏实。 本文由 cokefloat贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。串口通讯的概念及接口电路随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要.这里 所说的通信是只计算机与外界的信息交换.因此,通信既包括计算机与外部设 备之间,也包括计算机和计算机之间的信息交换.由于串行通信是在一

2、根传输 线上一位一位的传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行 信息传送,因此,特别适合于远距离传输.对于那些与计算机相距不远的人- 机交换设备和串行存储的外部设备如终端,打印机,逻辑分析仪,磁盘等,采 用串行方式交换数据也很普遍.在实时控制和管理方面,采用多台微机处理机 组成分级分布控制系统中,各 CPU 之间的通信一般都是串行方式.所以串行接 口是微机应用系统常用的接口. 许多外设和计算机按串行方式进行通信,这里所说的串行方式,是指外设与 接口电路之间的信息传送方式,实际上,CPU 与接口之间仍按并行方式工作. 1 串行通信的概念图 1-1 所谓“串行通信“是指外设和计算机间

3、使用一根数据信号线(另外需要地线, 可能还需要控制线),数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,每一位数 据都占据一个固定的时间长度.如图 1-1 所示.这种通信方式使用的数据线少, 在远距离通信中可以节约通信成本,当然,其传输速度比并行传输慢. 由于 CPU 与接口之间按并行方式传输,接口与外设之间按串行方式传输,因 此,在串行接口中,必须要有“接收移位寄存器“(串并)和“发送移位寄 存器“(并串).典型的串行接口的结构如 1-2 所示.图 1-2 在数据输入过程中, 数据 1 位 1 位地从外设进入接口的 “接收移位寄存器“ , 当“接收移位寄存器“中已接收完 1 个字符的各位后,数据就

4、从“接收移位寄 存器“进入“数据输入寄存器“.CPU 从“数据输入寄存器“中读取接收到的 字符.(并行读取,即 D7D0 同时被读至累加器中).“接收移位寄存器“的 移位速度由“接收时钟“确定. 在数据输出过程中, 把要输出的字符 CPU (并行地) “数据输出寄存器“ 送入 , “数据输出寄存器“的内容传输到“发送移位寄存器“,然后由“发送移位寄 存器“移位,把数据 1 位 1 位地送到外设.“发送移位寄存器“的移位速度由 “发送时钟“确定. 接口中的“控制寄存器“用来容纳 CPU 送给此接口的各种控制信息,这些控 制信息决定接口的工作方式. “状态寄存器“的各位称为“状态位“,每一个状态位

5、都可以用来指示数据 传输过程中的状态或某种错误.例如,用状态寄存器的 D5 位为“1“表示“数 据输出寄存器“空,用 D0 位表示“数据输入寄存器满“,用 D2 位表示“奇偶 检验错“等. 能够完成上述“串并“转换功能的电路,通常称为“通用异步收发器“ (UART:Universal Asynchronous Receiver and Transmitter),典型的芯片 有:Intel 8250/8251,16550. 奇偶校验串行数据在传输过程中, 由于干扰可能引起信息的出错, 例如, 传输字符 E , 其各位为: 0100,0101=45H D7 D0 由于干扰,可能使位变为 1,这种情

6、况,我们称为出现了“误码“.我们把 如何发现传输中的错误,叫“检错“.发现错误后,如何消除错误,叫“纠错“. 最简单的检错方法是“奇偶校验“,即在传送字符的各位之外,再传送 1 位 奇/偶校验位.可采用奇校验或偶校验. 奇校验:所有传送的数位(含字符的各数位和校验位)中,“1“的个数为 奇数,如: 1 0110,0101 0 0110,0001 偶校验:所有传送的数位(含字符的各数位和校验位)中,“1“的个数为 偶数,如: 1 0100,0101 0 0100,0001奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码(1 位误码能检出,2 位及 2 位以上误码不能检出),同时,它不能纠错.在发现错误

7、后,只能要求重发. 但由于其实现简单,仍得到了广泛使用. 有些检错方法,具有自动纠错能力.如循环冗余码(CRC)检错等.串行通讯简单认识单工, 单工,半双工和全双工的定义串行通讯简单认识 串行通讯的基本概念:与外界的信息交换称为通讯.基本的通讯方式有并 行通讯和串行通讯两种. 一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯.并行通讯的特 点是:各数据位同时传送,传送速度快,效率高,但有多少数据位就需多少根 数据线,因此传送成本高,且只适用于近距离(相距数米)的通讯. 一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯.串行通 讯的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线

8、即可完成, 成本低但送速度慢.串行通讯的距离可以从几米到几千米. 根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工,半双工和全双工三 种.信息只能单向传送为单工;信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双 工;信息能够同时双向传送则称为全双工. 串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式.在单片机中,主要使用异 步通讯方式. MCS_51 单片机有一个全双工串行口.全双工的串行通讯只需要一根输出线 和一根输入线.数据的输出又称发送数据(TXD),数据的输入又称接收数据 (RXD).串行通讯中主要有两个技术问题,一个是数据传送,另一个是数据转 换.数据传送主要解决传送中的标准,格式及工作方式等问题.数

9、据转换是指 数据的串并行转换.具体说,在发送端,要把并行数据转换为串行数据;而在 接收端,却要把接收到的串行数据转换为并行数据. 单工, 单工,半双工和全双工的定义 如果在通信过程的任意时刻, 信息只能由一方 A 传到另一方 B, 则称为单工. 如果在任意时刻,信息既可由 A 传到 B,又能由 B 传 A,但只能由一个方向上的传输存在,称为半双工传输.如果在任意时刻,线路上存在 A 到 B 和 B 到 A 的双向信号传输,则称为全双工. 电话线就是二线全双工信道. 由于采用了回波抵消技术,双向的传输信号 不致混淆不清.双工信道有时也将收,发信道分开,采用分离的线路或频带传 输相反方向的信号,如

10、回线传输. AB AB 单工 半双工 全双工串口通讯 串口通讯全双工和半双工方式 在串行通信中,数据通常是在两个站(如终端和微机)之间进行传送,按照 数据流的方向可分成三种基本的传送方式:全双工,半双工,和单工.但单工 目前已很少采用,下面仅介绍前两种方式. 1,全双工方式(full duplex) 当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在 同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制,如图 1 所示. 在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制 数据同时在两个方向上传送.全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切 换操作所产生的

11、时间延迟,这对那些不能有时间延误的交互式应用(例如远程 监测和控制系统)十分有利.这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器,同 时, 需要 2 根数据线传送数据信号. (可能还需要控制线和状态线, 以及地线) .图 1 比如,计算机主机用串行接口连接显示终端,而显示终端带有键盘.这样, 一方面键盘上输入的字符送到主机内存;另一方面,主机内存的信息可以送到 屏幕显示.通常,往键盘上打入 1 个字符以后,先不显示,计算机主机收到字 符后,立即回送到终端,然后终端再把这个字符显示出来.这样,前一个字符 的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的,即工作于全双工方式. 2,半双式方式(half dup

12、lex) 若使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送, 但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制,如图 2 所示. 采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到 通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟.收/发开关实际上是由软 件控制的电子开关.图 2 当计算机主机用串行接口连接显示终端时,在半双工方式中,输入过程和输 出过程使用同一通路.有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作,这时, 从键盘打入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来,而不是用回 送的办法,所以避免了接收过程和发送过程同时进行的情况. 目前多数终端

13、和串行接口都为半双工方式提供了换向能力, 也为全双工方式 提供了两条独立的引脚.在实际使用时,一般并不需要通信双方同时既发送又 接收,像打印机这类的单向传送设备,半双工甚至单工就能胜任,也无需倒向.串口通讯 串口通讯传输速率与传输距离1.波特率 1.波特率 在串行通信中,用“波特率“来描述数据的传输速率.所谓波特率,即每秒 钟传送的二进制位数,其单位为 bps(bits per second).它是衡量串行数据 速度快慢的重要指标.有时也用“位周期“来表示传输速率,位周期是波特率的 倒数.国际上规定了一个标准波特率系列:110,300,600,1200,1800,2400, 4800, 960

14、0, 14.4Kbps, 19.2Kbps, 28.8Kbps, 33.6Kbps, 56Kbps. 例如: 9600bps, 指每秒传送 9600 位,包含字符的数位和其它必须的数位,如奇偶校验位等. 大 多数串行接口电路的接收波特率和发送波特率可以分别设置, 但接收方的接收波 特率必须与发送方的发送波特率相同.通信线上所传输的字符数据(代码)是逐 为位传送的,1 个字符由若干位组成,因此每秒钟所传输的字符数(字符速率) 和波特率是两种概念.在串行通信中,所说的传输速率是指波特率,而不是指字 符速率,它们两者的关系是:假如在异步串行通信中,传送一个字符,包括 12 位(其中有一个起始位,8

15、个数据位,2 个停止位),其传输速率是 1200b/s, 每秒所能传送的字符数是 1200/(1+8+1+2)=100 个.图 1 2.发送/ 2.发送/接收时钟 发送 在串行传输过程中,二进制数据序列是以数字信号波形的形式出现的,如何 对这些数字波形定时发送出去或接收进来, 以及如何对发/收双方之间的数据传 输进行同步控制的问题就引出了发送/接收时钟的应用. 在发送数据时,发送器在发送时钟(下降沿)作用下将发送移位寄存器的数 据按串行移位输出;在接收数据时,接收器在接收时钟(上升盐)作用下对来自 通信线上串行数据,按位串行移入移位寄存器.可见,发送/接收时钟是对数字 波形的每一位进行移位操作

16、,因此,从这个意义上来讲,发送/接收时钟又可叫 做移位始终脉冲.另外,从数据传输过程中,收方进行同步检测的角度来看,接 收时钟成为收方保证正确接收数据的重要工具.为此,接收器采用比波特率更高 频率的时钟来提高定位采样的分辨能力和抗干扰能力.3. 波特率因子 在波特率指定后, 输入移位寄存器/输出移位寄存器在接收时钟/发送时钟控 制下,按指定的波特率速度进行移位.一般几个时钟脉冲移位一次.要求:接收 时钟/发送时钟是波特率的 16,32 或 64 倍.波特率因子就是发送/接收 1 个数 据 (1 个数据位) 所需要的时钟脉冲个数, 其单位是个/位. 如波特率因子为 16, 则 16 个时钟脉冲移位 1 次. 例:波特率=9600bps,波特率因子=32,则 接收时 钟和发送时钟频率=960032=297200Hz. 4.传输距离 4.传输距离 串行通信中,数据位信号流在信号线上传输时,要引起畸变,畸变的大小与 以下因素有关: 波特率信号线的特征(频带范围) 传输距离信号的性质及大小(电平高低,电流大小) 当畸变较大时,接收方出现误码. 在规定的误