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  • 异步通信数据帧的第一位是开始位,在通信线上没有数据传送时处于逻辑'1'状态。当发送设备要发送一个字符数据时,首先发出一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备,当接收设备...

    1. 基本原理

    异步串行通信是指通信双方以一个字符(包括特定附加位)作为数据传输单位且发送方传送字符的间隔时间不一定,具有不规则数据段传送特性的串行数据传输。

    异步通信数据帧的第一位是开始位,在通信线上没有数据传送时处于逻辑'1'状态。当发送设备要发送一个字符数据时,首先发出一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备,当接收设备检测到这个逻辑低电平后,就开始准备接收数据位信号。因此,起始位所起的作用就是表示字符传送开始。

    当接收设备收到起始位后,紧接着就会收到数据位。数据位的个数可以是5,6,7或8位的数据。在字符数据传送过程中,数据位从最低位开始传输。数据发送完之后,可以发送奇偶校验位。奇偶校验位用于有限差错检测,通信双方在通信时需约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言,奇偶校验位是冗余位,但它表示数据的一种性质,这种性质用于检错,虽有限但很容易实现。在奇偶位或数据位之后发送的是停止位,可以是1位、1.5位或2位,停止位一直为逻辑'1'状态。停止位是一个字符数据的结束标志。

    在异步通信中,字符数据以图所示的格式一个一个地传送。在发送间隙,即空闲时,通信线路总是处于逻辑“1”状态,每个字符数据的传送均以逻辑“0”开始。

    2. 通信协议

    通信协议是指通信双方对数据传送控制的一种约定。通信双方必须遵守。通信协议应该包含两部分内容:一是硬件协议,即是接口协议;二是软件协议,即通信协议。

    3. 串行通信数据接口标准

    最常用的是RS-232和RS-485串行接口标准。当通信双方需要进行数据通信时,必须有统一的通信数据接口标准。如果不一样,需要转换。例如三菱FX2N 通信接口是RS-422接口标准,而FR-E500变频器是RS-485接口标准。两者通信,PLC需要添加FX2N-485-BD通信板,这样就将RS-422转换为RS-485接口标准。

    4. 通信格式

    需要解决问题:

    a. 如何通知传送数据到了;

    b. 接受方如何知道一个字符串发送完毕,要区分上一个字符串与下一个字符串;

    c. 接受方接受到字符串后如何知道这个字串有没有错。

    解决的方式有起止式异步传送。

    22b2696693f5598fcb7237b521ccdb6a.png

    起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输,并且传送一个字符总是以起始位开始,以停止位结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图3 所示。每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值0),字符本身有5~7位数据位组成,接着字符后面是一位校验位(也可以没有校验位),最后是一位,或意味半,或二位停止位,停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。从图中可以看出,这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的,故称为起始式协议。

    起/止位的作用:起始位实际上是作为联络信号附加进来的,当它变为低电平时,告诉收方传送开始。它的到来,表示下面接着是数据位来了,要准备接收。而停止位标志一个字符的结束,它的出现,表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发,何时结束的标志。传送开始前,发收双方把所采用的起止式格式(包括字符的数据 位长度,停止位位数,有无校验位以及是奇校验还是偶校验等)和数据传输速率作统一规定。传送开始后,接收设备不断地检测传输线,看是否有起始位到来。当收 到一系列的“1”(停止位或空闲位)之后,检测到一个下跳沿,说明起始位出现,起始位经确认后,就开始接收所规定 的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉,把数据位拼装成一个并行字节,并且经校验后,无奇偶错才算正确的接收一个字符。一个字符接收完毕,接收设备有继续测试传输线,监视“0”电平的到来和下一个字符的开始,直到全部数据传送完毕。

    由上述工作过程可看到,异步通信是按字符传输的,每传输一个字符,就用起始位来通知收方,以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者的时钟频率 略有偏差,这也不会因偏差的累积而导致错位,加之字符之间的空闲位也为这种偏差提供一种缓冲,所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在每个字符的前后加上 起始位和停止位这样一些附加位,使得传输效率变低了,只有约80%。因此,起止协议一般用在数据速率较慢的场合(小于19.2kbit/s)。在高速传送时,一般要采用同步协议。

    5. 通信数据格式(报文格式)

    把一个一个的字符串组织在一起,形成了一个字符串,这个由多个字符串组成的数据信息就是通信控制的具体内容,称为一帧信息。设计一个能够控制出错的数据信息帧结构是通信协议的主要内容。

    在PLC与变频器等智能设备中,其数据帧结构基本上是根据HDLC(高级数据链路控制)信息帧设计的。HDLC的完整的帧由标志字段(F)、地址字段(A)、控制字段(C)、信息字段(I)、帧校验序列字段(FCS)等组成。

    HDLC的数据信息帧结构:

    9e6f5129296675010028fb0a9f2a4a5d.png
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  • FPGA串行异步通信

    2009-08-28 09:25:41
    FPGA实现串行异步通信 内附有源代码,原理图说明还有一些算法的描述
  • 串行异步通信接口

    千次阅读 2014-10-14 21:31:20
    串行异步通信接口UART(通用异步收发器)

    串行异步通信接口UART(通用异步收发器)(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)常用于全双工串行异步通信。

    UART有发送器、接收器、控制单元、波特率发生器等构成。

    发送器负责字符的发送,可采用先进先出(FIFO)模式,也可采用普通模式发送。发送的字符先发送缓冲寄存器,然后通过移位寄存器,在控制单元的作用下,通过TXDn引脚的一位一位顺序发送出去。在FIFO模式下,当N个字节全部到位后才进行发送。不同嵌入式处理芯片内部设置的N值不同。查询发送方式时必须等待发送缓冲器为空才能发送下一个数据。中断发送方式时当发送缓冲器已经空了才引发发送中断,因此可以直接在发送中断服务程序中继续发送下一个或下一组数据(FIFO模式)。

    收发器负责外部进来字符的接收,可以是FIFO模式接收,也可以是普通模式接受。外部送来的字符通过RXDn引脚进入接收移位寄存器,在控制单元的控制下,一位一位移位到接收缓冲寄存器中。在FIFO模式下,只有缓冲期满才引发接收中断并置位接收标志,在普通模式下,接收到一个字符就引发接收中断并制标志位。

    接收和发送缓冲器的状态被记录在UART的状态寄存器如USRSTATn中,通过读取其状态位即可了解当前接收或发送缓冲器的状态是否满足接收和发送条件。

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  • 接收发送的引脚可以任意定义,采样定时可以用不同的定时器实现,利用同一个定时采样可以方便地实现多路软件UART,无需复杂的外围电路,即可实现可靠的串行异步通信
  • 而按照串行数据的时钟控制方式,串行通信又可分为同步通信和异步通信两种方式。1、异步串行方式的特点所谓异步通信,是指数据传送以字符为单位,字符与字符间的传送是完全异步的,位与位之间的传送基本上是同步的。...

    在计算机系统中,CPU和外部通信有两种通信方式:并行通信和串行通信。而按照串行数据的时钟控制方式,串行通信又可分为同步通信和异步通信两种方式。

    1、异步串行方式的特点

    所谓异步通信,是指数据传送以字符为单位,字符与字符间的传送是完全异步的,位与位之间的传送基本上是同步的。异步串行通信的特点可以概括为:

    ①以字符为单位传送信息。

    ②相邻两字符间的间隔是任意长。

    ③因为一个字符中的比特位长度有限,所以需要的接收时钟和发送时钟只要相近就可以。

    ④异步方式特点简单的说就是:字符间异步,字符内部各位同步。

    异步位系统是面向字符来传输信息的,也就是我们一般情况下的一个字符,8位,1bit,当然了传输的时候还要加上起始位和结束位,没有这两位接收方就不知道什么时候开始接收数据什么时候结束了。如此一来字符与字符之间就不是连着的,打个比喻,就像秋天的叶子一样,一片一片往下落。发送方和接收方不要求同步,就是说你想什么时候落就什么时候落,我都接着,用不着先通知我

    2、异步串行方式的数据格式

    异步串行通信的数据格式如图8-1所示,每个字符(每帧信息)由4个部分组成:

    ①1位起始位,规定为低电0;

    ②5~8位数据位,即要传送的有效信息;

    ③1位奇偶校验位;

    ④1~2位停止位,规定为高电平1。

    图1 异步串行数据格式

    3、同步串行方式的特点

    所谓同步通信,是指数据传送是以数据块(一组字符)为单位,字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步。同步串行通信的特点可以概括为:

    ①以数据块为单位传送信息。

    ②在一个数据块(信息帧)内,字符与字符间无间隔。

    ③因为一次传输的数据块中包含的数据较多,所以接收时钟与发送进钟严格同步,通常要有同步时钟。

    同步位系统就不同了,他要求发送方与接收方严格的同步,二者波特率要相同。

    同步位系统传输的什么呢,不是字符,是字符组合,也就是帧,我们在OSI数据链路层可以学习到。帧的长度没有规定,传输的时候视情况而定吧。这个帧里面包含了同步信息,来通知接收方调整以同步。这里再打个比喻,前面我们说异步位系统传输的数据像树叶,那么同步位系统传输的就像是把这些树叶串成一串,是连续的。

    4、同步串行方式的数据格式

    同步串行通信的数据格式如图8-2所示,每个数据块(信息帧)由3个部分组成:

    ①2个同步字符作为一个数据块(信息帧)的起始标志;

    ②n个连续传送的数据

    ③2个字节循环冗余校验码(CRC)

    图2 同步串行数据格式

    5.用途:

    同步串行:通信网中,有大批量数据需要传输

    异步串行:应用于在工业、实际应用中。适用于短距离、速率不高的情况下。

    同步位系统比异步位系统要实用高效。这个比较好理解,计算机对帧的处理比对字符要少的多,在传送相同大小的数据量的时候,计算机要对大量的字符进行开始与结束操作,帧则要少的多。同时同步位系统的下的网络效率也更高,因为每个字符都至少包含两位的开始结束信息,这个在数据量大的时候开销是很客观的。

    时钟在通信中的作用就是在数据收发时起协调作用的,异步时钟用到比较少,同步时钟肯定会用到。

    单工、半双工、全双工

    单工数据传输只支持数据在一个方向上传输;

    半双工数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信;

    全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

    网卡的全双工(Full Duplex)是指网卡在发送数据的同时也能够接收数据,两者同步进行,这好像我们平时打电话一样,说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。

    提到全双工,就不能不提与之密切对应的另一个概念,那就是“半双工(Half Duplex)”,所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生,举个简单例子,一条窄窄的马路,同时只能有一辆车通过,当目前有两量车对开,这种情况下就只能一辆先过,等到头儿后另一辆再开,这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进步,半双工会逐渐退出历史舞台。

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  • 文章目录可编程串行异步通信接口芯片**8250**串行数据发送过程串行数据接收过程内部结构发送保持寄存器(3F8H/2F8H)接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)通信线状态寄存器(3FDH/2FDH)通信线状态寄存器示例中断允许寄存器(3F9H/...
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  • 此论文为专业学术论文,通过eda实现异步通信
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串行异步通信