串口扫盲六:异步通信方式

串行通信可以分为两种类型:同步通信、异步通信.

1. 异步通信的特点及信息帧格式:

以起止式异步协议为例,下图显示的是起止式一帧数据的格式:

图1

起止式异步通信的特点是:一个字符一个字符地传输,每个字符一位一位地传输,并且传输一个字符时,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.每一个字符的前面都有一位起始位(低电平,逻辑值),字符本身由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),最后是一位或一位半或二位停止位,停止位后面是不定长的空闲位.停止位和空闲位都规定为高电平(逻辑值１),这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿.

从图中可看出,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,故称为起止式协议.

异步通信可以采用正逻辑或负逻辑,正负逻辑的表示如下表所示:

	逻辑0	逻辑1
正逻辑	低电平	高电平
负逻辑	高电平	低电平

异步通信的信息格式如下边的表所示:

起始位	逻辑0	1位
数据位	逻辑0或1	5位、6位、7位、8位
校验位	逻辑0或1	1位或无
停止位	逻辑1	1位,1.5位或2位
空闲位	逻辑1	任意数量

注:表中位数的本质含义是信号出现的时间,故可有分数位,如1.5.

例:传送8位数据45H(0100,0101B),奇校验,1个停止位,则信号线上的波形象图2所示那样:异步通信的速率:若9600bps,每字符8位,1起始,1停止,无奇偶,则实际每字符传送10位,则960字符/秒.

图2

2. 异步通信的接收过程

接收端以"接收时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.下面以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期,使接收移位寄存器移位一次),正逻辑为例说明,如图3所示.

图3

1. 开始通信时,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由1到0的跳变时,开始对"接收时钟"计数.
2. 当计到8个时钟时,对输入信号进行检测,若仍为低电平,则确认这是"起始位"B,而不是干扰信号.
3. 接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D0位数据.若为逻辑1, 作为数据位1;若为逻辑0,作为数据位0.
4. 再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应的值作为D1位数据.….,直到全部数据位都输入.
5. 检测校验位P(如果有的话).
6. 接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1),若此时未收到逻辑1,说明出现了错误,在状态寄存器中置"帧错误"标志.若没有错误,对全部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器.若校验错,在状态寄存器中置奇偶错标志.
7. 本幀信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为空闲位.

当信号再次变为低时,开始进入下一幀的检测.

3. 异步通信的发送过程

发送端以"发送时钟"和"波特率因子"决定一位的时间长度.

 

1. 当初始化后,或者没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.
2. 当需要发送时,发送端首先输出逻辑0,作为起始位.
3. 接着,发送端首先发送D0位,直到各数据位发送完.
4. 如果需要的话,发送端输出校验位.
5. 最后,发送端输出停止位(逻辑1).
6. 如果没有信息需要发送时,发送端输出逻辑1,即空闲位,空闲位可以有任意数量.如果还有信息需要发送,转入第(2)步.

对于以上发送、接收过程应注意以下几点:

1. 接收端总是在每个字符的头部(即起始位)进行一次重新定位,因此发送端可以在字符之间插入不等长的空闲位,不影响接收端的接收.
2. 发送端的发送时钟和接收端的接收时钟,其频率允许有一定差异,当频率差异在一定范围内,不会引起接收端检测错位,能够正确接收.并且这种频率差异不会因多个字符的连续接收而造成误差累计(因为每个字符的开始(起始位处)接收方均重新定位).只有当发送时钟和接收时钟频率差异太大,引起接收端采样错位,才造成接收错误.
3. 起始位,校验位,停止位,空闲位的信号,由"发送移位寄存器"自动插入.在接收方,"接收移位寄存器"接收到一帧完整信息(起始,数据,校验,停止)后,仅把数据的各位送至"数据输入寄存器",即CPU从"数据输入寄存器"中读得的信息,只是有效数字,不包含起始位,校验位,停止位信息.