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  • 串行通信基本原理

    千次阅读 2016-09-08 10:02:55
    一,串行通信和并行通信 并行通信:数据各个位同时进行传输 优点:速度快 缺点:占用IO资源多 串行通信:数据按位顺序进行传输 优点:占用IO资源少 缺点:速度较慢 二,三种串行传输方式1,单工通信     只支持从发送方...

    一,串行通信和并行通信

      这里写图片描述

    并行通信:

    数据各个位同时进行传输
    优点:速度快
    缺点:占用IO资源多
    

    串行通信:

    数据按位顺序进行传输
    优点:占用IO资源少
    缺点:速度较慢
    

    二,三种串行传输方式

    1,单工通信

      这里写图片描述
      
      只支持从发送方到接收方的单行传输,不支持反向传输
      
    2,半双工通信

      这里写图片描述
      
      允许数据双向传输,单同一时刻只允许数据在一个方向传输
      相当于即可用于接收也可用于发送的单工传输
      
    3,全双工通信

      这里写图片描述
      
      允许数据同时进行双向传输,发送和接收的双方都具有独立的发送和接收能力
      相当于具有两天相反方向的单工传输


    三,串行通信的通信方式-同步通信和异步通信

    同步通信:

      这里写图片描述

    具有时钟同步信号的传输,具有两条线:数据线和时钟线
    数据的每一位是按照时钟信号进行传输的
    如 : IIC通信, SPI通信
    

    异步通信:

      这里写图片描述

    不具有时钟同步信号的传输
    参与通信的双方需事先约定波特率(传输速度),发送方和接收方按照事先约定好的波特率发送和接收数据
    如:UART通信,单总线(18B20)
    

    四,STM32串行通信接口

    UART:通用异步收发器
    USART:通用同步异步收发器
    STM32F10x包含3个USART和2个UART
    

    五,UART异步通信和硬件连接

      UART通信的两个通信引脚RXD和TXD:
      
      RXD:数据输入引脚 数据接收(Reciver 接收端)
      TXD:数据发送引脚 数据发送(Transmiter 发射端)

    硬件连接方式:

      这里写图片描述

    两个单片机通信的连接方式:

      芯片A的Txd连接芯片B的Rxd,芯片A的Rxd连接芯片B的Txd
      即芯片A发送端连接芯片B的接收端,芯片A的接收端连接芯片B的发送端


    六,UART框图

    这里写图片描述

    接收发送数据过程:

    这里写图片描述

    接收数据过程:

      由Rx接收数据,根据波特率按位写入”接收移位寄存器”,待接收完毕后一次性写入”接收输入寄存器(RDR)”,CPU读取寄存器获取传输的数据
      
    发送数据过程:

      由CPU写数据到”发送数据寄存器(TDR)”,再由TDR一次性将要发送的数据写入”发送移位寄存器”,按照波特率逐位移出


    模特率控制:

      这里写图片描述
      
    如图:

      发送控制器和接收控制器分别控制发送移位寄存器和接收以为寄存器
      发送器时钟和接收器时来自同一个时钟单元
      发送和接收控制器的波特率公用波特率发生器


    接收器时钟产生:

    这里写图片描述

    STM32F103共5个串口:
      串口1时钟来自PLCK2
      串口2-4时钟来自PLCK1

    例如:串口1的时钟由PCLK2经过/USARTDIV(分频)得到
    而分频由右侧波特率发生器控制,通过相关寄存器进行配置

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  • 同步串行通信和异步串行通信

    千次阅读 2014-08-19 16:27:40
    原文地址:同步串行通信和异步串行通信作者:SUN_403  串行通信的数据是逐位传送的,发送方发送的每一位都具有因定的时间间隔...下面简单介绍一下常用的两种基本串行通信方式:同步通信和异步通信及其数据传送格式。

      串行通信的数据是逐位传送的,发送方发送的每一位都具有因定的时间间隔,这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅如此,接收方还要确定一个信息组的开始和结束。为此,串行通信对传送数据的格式作了严格的规定。不同的串行通信方式具有不同的数据格式。下面简单介绍一下常用的两种基本串行通信方式:同步通信和异步通信及其数据传送格式。

      同步通信
      所谓同步通信是指在约定的通信速率下,发送端和接收端的时钟信号频率和相信始终保持一致(同步),这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
      同步通信把许多字符组成一个信息组,或称为信息帧,每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方采用同一时钟,所以在传送数据的同时还要传送时钟信号,以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。
      同步通信要求在传输线路上始终保持连续的字符位流,若计算机没有数据传输,则线路上要用专用的“空闲”字符或同步字符填充。
      同步通信传送信息的位数几乎不受限制,通常一次通信传的数据有几十到几千个字节,通信效率较高。但它要求在通信中保持精确的同步时钟,所以其发送器和接收器比较复杂,成本也较高,一般用于传送速率要求较高的场合。
      用于同步通信的数据格式有许多种,
    (a)单同步格式,会送一帧数据仅使用一个同步字符。当接收端收到并识别出一个完整同步字符后,就连续接收数据。一帧数据结束,进行CRC校验。
      同步字符 数据 CRC1 CRC2
    (b)双同步字格式,这时利用两个同步字符进行同步。
      同步字符1 同步字符2 数据 CRC1 CRC2
    (c)同步数据链路控制(SDC)规程所规定的数据格式。
      标志符01111110 地址符8位 数据 CRC1 CRC2 标志符01111110
    (d)则是一种外同步方式所采用的数据格式。对这种方式,在发送的一帧数据中不包含同步字符。同步信号SYNC通过专门的控制线加到串行的接口上。当SYNC一到达,表明数据部分开始,接口就连续接收数据和CRC校验码。
      数据场 CRC1 CRC2
    (e)高级数据链路控制(HDLC)规程所规定的数据格式。它们均用于同步通信。这两种规程的细节本书不做详细说明。
      标志符01111110 地址符8位 控制符8位 数据 CRC1 CRC2 标志符01111110
      CRC(cyclic redundancy checks)的意思是循环冗余校验码。它用于检验在传输过程中是否出现错误,是保证传输可靠性的重要手段之一。

      异步通信
      异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的,而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
      异步通信规定字符由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity)和停止位(stop bit)组成。起始位表示一个字符的开始,接收方可用起始位使自己的接收时钟与数据同步。停止位则表示一个字符的结束。这种用起始位开始,停止位结束所构成的一串信息称为帧(frame)(注意:异步通信中的“帧”与同步通信中“帧”是不同的,异步通信中的“帧”只包含一个字符,而同步通信中“帧”可包含几十个到上千个字符)。在传送一个字符时,由一位低电平的起始位开始,接着传送数据位,数据位的位数为5~8。在传输时,按低位在前,高位在后的顺序传送。奇偶校验位用于检验数据传送的正确性,也可以没有,可由程序来指定。最后传送的是高电平的停止位,停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位结束到下一个字符的起始位之间的空闲位要由高电平2来填充(只要不发送下一个字符,线路上就始终为空闲位)。
      异步通信中典型的帧格式是:1位起始位,7位(或8位)数据位,1位奇偶校验位,2位停止位。
      起始位 数据位(低位…高位) 奇偶校验位 停止位 空闲位 起始位
      从以上叙述可以看出,在异步通信中,每接收一个字符,接收方都要重新与发送主同步一次,所以接收端的同步时钟信号并不需要严格地与发送方同步,只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持同步即可,这意味着南时钟信号漂移的要求要比同步信号低得多,硬件成本也要低的多,但是异步传送一个字符,要增加大约20%的附加信息位,所以传送效率比较低。异步通信方式简单可靠,也容易实现,故广泛地应用于各种微型机系统中。

     

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  • 并行通信:是指数据的各位同时进行传送的通信方式串行通信:是指数据一位一位顺序传送的通信方式...串行通信的两种基本形式:同步通信和异步通信。异步通信所传输的数据帧格式是由1个起始位、1~9个数据位、1~2个停
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    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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  • 串行通信里的异步通信与同步通信的区别

    万次阅读 多人点赞 2016-09-08 14:49:08
    一、串行通信基本认识  基本的通信方式有并行通信和串行通信两种。  一条信息的各位数据被同时传送的通信方式称为并行通信。并行通信的特点是: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...

    一、串行通信基本认识
        基本的通信方式有并行通信和串行通信两种。
        一条信息的各位数据被同时传送的通信方式称为并行通信。并行通信的特点是: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)的通信。
        一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式称为串行通信。串行通信的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。
        根据信息的传送方向,串行通信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。
        串行通信又分为异步通信和同步通信两种方式。在单片机中,主要使用异步通信方式。

    二、同步与异步
    同步就是双方有一个共同的时钟,当发送时,接收方同时准备接收。
    异步双方不需要共同的时钟,也就是接收方不知道发送方什么时候发送,所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息,如开始位,结束时有停止位。

    1.异步通信方式的特点:
    异步通信是按字符传输的。每传输一个字符就用起始位来进来收、发双方的同步。不会因收发双方的时钟频率的小的偏差导致错误。
    这种传输方式利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步。特点是:每帧内部各位均采用固定的时间间隔,而帧与帧之间的间隔时随即的。接收机完全靠每一帧的起始位和停止位来识别字符时正在进行传输还是传输结束。

    (使用串口USART中的串行异步通信是一个代表)


    2.同步通信方式的特点:
    进行数据传输时,发送和接收双方要保持完全的同步,因此,要求接收和发送设备必须使用同一时钟。
    优点是可以实现高速度、大容量的数据传送;缺点是要求发生时钟和接收时钟保持严格同步,同时硬件复杂。

    (SPI总线是一个典型代表)

    3.相似处:

    可以这样说,不管是异步通信还是同步通信都需要进行同步,只是异步通信通过传送字符内的起始位来进行同步,而同步通信采用共用外部时钟来进行同步。所以,可以说前者是自同步,后者是外同步。

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