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  • 计算机串行通信分类

    2020-11-15 06:42:21
    串行通信时数据是一位一位按顺序传送的,只用很少几根通信线,串行传送的速率低,但传送距离可以很长,因此串行适用于长距离而速率要求不高的场合。在PLC网络中传送数据绝大多数采用串行方式。 从通信双方信息的...
  • 串行通信 UART

    千次阅读 2018-01-10 16:27:11
    串行通信数据传送方式 串行通信分为同步和异步两种。 进行异步通信的单片机的时钟相互独立,其频率可以不同,在通信时不需要有同步时钟信号。由于异步通信时逐帧进行传输,各位之间的时间间隔必须相同,所以保

    数据通信方式

    分为并行通信和串行通信。并行通信:利用多条数据线将各位同时发送,特点是传输块,适于短距离通信;串行通信:利用一条线路将数据一位一位的顺序发送,特点是线路简单成本低,适于远距离通信。

    串行通信数据传送方式

    串行通信分为同步和异步两种。
    进行异步通信的单片机的时钟相互独立,其频率可以不同,在通信时不需要有同步时钟信号。由于异步通信时逐帧进行传输,各位之间的时间间隔必须相同,所以保证两片单片机有相同的传输波特率。当传输波特率误差超过5%,就不能正常通信。帧与帧之间的时间间隔是任意的,间隙为高电平。由于异步通信每传送一帧有固定格式,双方按照约定格式来发送和接收,硬件结构比同步通信简单,还能利用校验位检测错误。单片机中广泛采用异步通信方式。
    同步通信要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,使双方达到完全同步。此外传输数据的位之间的间距均为“位间隔”的整数倍,同时发送的字符间不留间隙,即保持位同步也保持字符同步。


    串行通信的传输方向

    1. 单双工:数据始终是A发送到B;
    2. 半双工:既能从A发送到B,也能从B发送到A,但任何时候不能在两个方向同时传送,即每次只能一个设备发送,另一个设备接收;
    3. 全双工:允许通信双方同时进行发送和接收。

    串行通信的传输速率

    是指数据传送的速度,用b/s或bps(比特/秒)表示,简称比特率。在二进制下,比特率与波特率数值相等,因而在单片机的通信中常称为波特率。

    数据通信协议

    通信双方约定的一些规则。

    异步通信数据格式:空闲位、起始位、奇偶校验位、停止位。

    异步串行通信协议

    1位起始位--8位数据位--1位校验位-1位停止位

    1. 起始位:先发一个逻辑“0”信号,表示传输的开始
    2. 数据位:紧接着起始位,从低位开始传动,发送速率靠时钟确定
    3. 停止位:数据位加上这一为使得“1”的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验),以此来校验数据的正确性
    4. 停止位:一个字符数据的结束标
    5. 空闲位:处于逻辑“1”状态,表示当前线路没有数据传输。

    RS-232

    RS-232接线方式有全串口接线、3线接线(RXD、TXD、GND)
    RS-232能够可靠进行数据传输的最大距离为15米,传输速度一般可达到115200bps甚至更高,标准接口能够提供的传输速度主要有以下波特率:1200、2400、4800、9600 、19200 、38400 、57600 、115200 。

    UART原理

    通用异步收发器简称UART,用来传输串行数据。
    1. 发送时:CPU将并行数据写入UART,UART按照一定的格式在一根线上串行发送数据;
    2. 接收时:UART检测另一根线上的信号,收集串行数据放在缓冲区中,CPU即可读取UART获取这些数据。

    发送数据前UART之间要约定好波特率、数据传输格式。UART使用标准的TTL/CMOS逻辑电平来表示数据,为了增强数据的抗干扰能力,提高数据传输距离,通常将TTL/CMOS转换成RS-232逻辑电平。

    数据传输流程

    1. 平时数据处于“空闲”状态(1状态);
    2. 当要发送数据时,UART改变TXD数据线的状态(变为0状态)并维持1位时间(开始位),接收方检测到开始位后,一位一位检测数据线的状态得到传输的数据;
    3. UART一帧中可以有5、 6 、7 或者8位数据,发送方按位改变数据线的状态将数据发送出去,首先发送最低位;
    4. 如果用校验位,UART在发送完数据位后,还要发送1位校验位再发送停止位,数据线恢复到“空闲”状态(1状态)。

    UART驱动程序设计

    串口初始化   数据发送功能    数据接收功能

    初始化

    • 1、设置UART通道管脚
    • 2、设置波特率
    • 3、设置数据传输格式
    • 4、选择通道工作模式

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  • 串行通信方式

    2019-10-11 09:51:54
    串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送,特点是相对并行通信线路简单,利用简单的线缆就可实现通信,降低成本,适用于远距离通信。常用的串行通信接口:IIC,UART,SPI,PCIE,SGMII等。 以下简单介绍...

    常用串行通信方式

    串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送,特点是相对并行通信线路简单,利用简单的线缆就可实现通信,降低成本,适用于远距离通信。常用的串行通信接口:IIC,UART,SPI,PCIE,SGMII等。
    以下简单介绍一下这些串行通信接口。

    UART

    uart全称是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),在以前调试单片机时通常称其为串口,是一种异步全双工的串行通信方式。uart在实际电路中一般结合RS232或者RS485接口头使用。串口也是我们平时工作中接触最多的一种通信接口。

    接口信号线

    uart有两根数据线:RX和TX,分别用于接收数据和发送数据。接口图如下:
    uart

    工作原理

    uart作为异步串口通信协议的一种,工作原理是将传输数据的每一个字符按照ASCII码一位一位地传输,将数据按照低位在前、高位在后依次发送。uart的每一帧数据组成依次为:起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。起始位是1位,停止位可以是1、1.5或者2位,数据位可以是4至8位,奇偶校验位是1位,奇偶校验位可以选择没有。

    发送过程:空闲状态时,TX线路处于高电平;当收到发送指令后,拉低线路一个数据位的时间(即起始位的低电平),接着数据按低位到高位依次发送,数据发送完毕后,接着发送奇偶校验位和停止位,一帧数据发送完成。

    接收过程:空闲状态时,RX线路处于高电平;当检测到线路的下降沿时,表明线路有数据传输,按照约定的波特率从低位到高位依次接收数据,数据接收完毕后,接着接收并比较奇偶校验位是否正确,如果正确则通知后续设备接收数据或存入缓冲。标准的10位异步串行通信协议(1个起始位、1个停止位和8个数据位)收发时序图如下:

    在这里插入图片描述

    IIC

    IIC又称I2C,是一种双向二线制同步串行总线,只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送数据,属于同步半双工串行通信方式。在一些E2PROM等存储芯片和实时时钟芯片中应用较多。

    接口信号线

    IIC的接口信号线有两根:数据线SDA、时钟线SCL。数据线SDA是双向的。SDA和SCL在实际使用时都需要通过上拉电阻接到VCC,实际电路中常见接口原理图如下:

    在这里插入图片描述

    IIC是一种多向控制总线,多个设备器件可以连接到同一总线结构下,同时每个器件都可以作为实时数据传输的控制源。为了保证数据可靠地传送,任一时刻总线只能由某一个主机控制,各器件应该在总线空闲时发送启动数据,为了妥善解决多个器件同时发送启动数据的传送(总线控制权)冲突,IIC中有总线仲裁机制,决定哪个器件此时刻拥有总线控制权。为避免多个从器件的冲突。每个器件都有一个唯一的地址号,便于主机寻访,决定与哪个器件之间通信。

    工作原理

    IIC的工作原理也是将要传送的数据的每一个字符一位一位地传输。主器件发送开始信号,然后传输数据,从器件发送应答信号给主器件,数据发送完成主器件发送停止信号。
    主要时序有:开始信号、停止信号、从器件应答信号、传输数据信号。

    开始信号:在空闲状态时SDA和SCL都是高电平,主器件让SCL时钟保持高电平,然后让SDA数据信号由高变低就表示一个开始信号。

    停止信号:主器件让SCL时钟保持高电平,然后让SDA数据信号由低变高就表示一个停止信号。

    开始和停止信号时序如下图所示:

    应答信号:接收数据的从器件在接收到8bit数据后,向主器件发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。

    传输数据信号:SDA上的数据只能在SCL为低电平期间翻转变化,在SCL为高电平期间必须保持稳定,IIC设备器件只在SCL为高电平期间采集SDA数据。

    应答和传输数据时序图如下:

    在这里插入图片描述

    所有数据发送完成则释放总线控制权,SDA和SCL都恢复成高电平。

    SPI

    SPI全称串行外设接口(Serial Peripheral Interface),是一种同步全双工串行外设总线接口,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。SPI总线可与多种标准外围器件相连,例如FLASH、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。

    接口信号线

    SPI有4条信号线:串行时钟线SCLK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI、片选线CS。实际电路的原理图如下:

    其中CS有时写为ss低电平有效,是控制从器件是否被选中的,只有片选信号为预先规定的使能信号时,从器件的操作才有效,这就使得一个MCU可以通过控制CS线在同一总线上连接多个SPI设备,与多个从设备通信。

    工作原理

    SPI是串行通信总线,数据也是一位一位地传输的,先传输高位,要传输的数据预先放在寄存器buff中。由SCLK提供时钟脉冲,MOSI和MISO则基于此时钟完成数据传输。对于主机来说,在SCLK上升沿(也可以设置成下降沿模式)时通过MOSI线输出移位寄存器buff中的最高位,整个buff相当于左移一位,最低位不确定;在紧接着的下降沿读取MISO线的电平,作为buff最低位的数值。这样每个时钟周期相当于buff都左移一位,与从机的buff交换了1bit数据。在经历8个时钟周期后,主机中的数据寄存器buff和从机中的buff完成了一个字节数据的交换。同理,从机也通过这种方式发送数据给主机,形成全双工通信。传输时序图如下:

    在这里插入图片描述

    PCIE

    PCIE即PCI-Express(peripheral component interconnect express),是一种高速串行计算机扩展总线。在数据传输的模式上,采用LVDS串行传输方式,一条PCIE通道由2对LVDS差分信号线来实现发送和接收。是一种高速全双工串行通信方式。

    命名含义

    PCIE1.0和PCIE2.0采用了8b/10b的编码方式,即每个字节8bit都用10bit来传输;PCIE3.0和PCIE4.0采用了128b/130b的编码方式;其中1.0代表时钟频率是2.5GHz,2.0代表时钟频率5GHz,3.0代表8GHz,4.0代表16GHz。PCIEx4表示这个PCIE接口有4组差分信号线(每组包括一对发送和一对接收),后面的数字代表着差分信号线的组数,即每个时钟周期能发送接收数据的bit数。

    接口信号线

    常使用的是PCIEx1接口,PCIEx1的数据线是4根即2对差分线:一对发送差分信号线TX+与TX-,一对接收差分信号线RX+与RX-;以及一些其它的辅助信号线。PCIE接口原理图如下:

    在这里插入图片描述

    PCIE引入了嵌入式时钟的技术,即发送端不再向接收端发送时钟,但是接收端可以通过8b/10b的编码从数据通路中恢复出时钟,所以传输数据接口中没有CLK时钟线。

    SGMII

    SGMII是在MII(媒体独立接口)基础上发展过来的,称为串行吉比特媒体独立接口,是一种高速的全双工串行通信总线接口。
    SGMII跟PCIEx1接口很相似,也是采用2对差分信号线来实现数据的发送和接收,即一组接口信号线为RX+/RX-,TX+/TX-这2对,且不需要同步的时钟线CLK。SGMII也是采用8b/10b的编码方式,速率为1.25GHz。
    SGMII在以太网传输中用来作为连接PHY与MAC之间的接口,接口原理图如下:

    在这里插入图片描述

    SGMII和PICE其实都是一种SERDES通信技术。SERDES全称串行器解串器,在发送端利用串行器将并行数据转化为串行数据发送出去,在接收端利用解串器将串行数据在转化成并行数据,在串行传输数据时采用差分信号传输,相对传统的同步并行传输来说,可以大大提高传输频率,且节省了线路数目,减少了高频干扰。

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  • 串行通信

    2009-04-29 13:41:00
    串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用串口通信时,发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的,每一位为1或者为0。 串行通信的分类 串行通信

          串行通信:使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

    串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用串口通信时,发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的,每一位为1或者为0。

    串行通信的分类

    串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收,异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。

    同步通信

    同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同,通常含有若干个数据字符。

    它们均由同步字符、数据字符和校验字符(CRC)组成。其中同步字符位于帧开头,用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后,个数没有限制,由所需传输的数据块长度来决定;校验字符有1到2个,用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。

    异步通信

    异步通信中,在异步通行中有两个比较重要的指标:字符帧格式和波特率。数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送,通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收,这两个时钟源彼此独立,互不同步。

    接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"(即字符帧起始位)时,确定发送端已开始发送数据,每当接收端收到字符帧中的停止位时,就知道一帧字符已经发送完毕。

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  • 51单片机串行通信原理计算机通信串行通信异步通信同步通信数据传送速率传输方向单片机串行口串行口特殊功能寄存器串行口控制寄存器SCON电源控制寄存器PCON 计算机通信 计算机通信:计算机与外部设备或计算机之间的...

    计算机通信

    计算机通信:计算机与外部设备或计算机之间的信息交换。基本的通信方式有两种。

    1. 并行通信:将传送数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。优点:控制简单,传输速度快。缺点:由于传输线较多,长距离传送成本高且接收方的各位同时接受困难。
    2. 串行通信:所传送的数据各位按顺序一位一位地发送或接收。优点:传输线少,成本低。缺点:控制复杂。

    串行通信

    异步通信

    通信的发送与接收设备使用自己的时钟控制数据的发送和接收过程(两个时钟尽可能一致)。
    数据或字符是一帧一帧地传送的。先用一个起始位0表示字符的开始,然后是8位数据,规定低位在前,高位在后。其后是奇偶校验位,此位通过对数据奇偶性的检查,可用于判别字符传送的正确性(可省略)。最后是停止位,用以表示字符的结束。

    同步通信

    发送方时钟对接收方时钟的完全控制,保持位同步关系也保持字符同步关系。

    数据传送速率

    波特率: 每秒钟传送二进制代码的位数
    单位:位/秒,bps
    传输距离随传输速率增加而减少。
    调制解调器:由于距离太远时,要先采用调制器把数字信号转换位模拟信号,并加以放大在传送。在接收时,在用解调器把模拟信号转换成数字信号在送入计算机接口。

    传输方向

    单工:数据传输仅能沿一个方向
    半双工:数据传输可以沿两个方向,但要分时进行。
    全双工:数据可以同时进行双向输出


    单片机串行口

    内部硬件结构:两个物理上独立的接受、发送缓冲器SBUF。发送缓冲器只能写入不能读出。接收缓冲器只能读出不能写入。

    串行口特殊功能寄存器

    串行口控制寄存器SCON

    符号 字节地址 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 复位值
    SCON 98H SM0/FE SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 0000 0000
    1. RI:接收中断标志位。在方式0时,接收完第8位数据时,RI由硬件自动置1。在其他方式中,串行接收到停止位时,该位置1。RI=1,表示一帧数据接收完毕,并申请中断,要求CPU从接收SBUF取走数据。RI必须用软件清0。
    2. TI:发送中断标志位。。在方式0时,发送完第8位数据时,TI由硬件自动置1。在其他方式中,串行发送停止位的开始时,该位置1。TI=1,表示一帧数据发送完毕,并申请中断,在 CPU响应中断后,在中断服务程序中向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须用软件清0。
    3. RB8:接收的第9位数据。在方式1时,若SM2=0,RB8接收到的停止位。在方式0中。不使用RB8.
    4. TB8:发送的第9位数据。其值由软件置1或清0。在双机串行通信时,一般作为奇偶校验位使用;在多级串行通信中用来表示主机发送的是地址帧还是数据帧,TB9=1为地址帧,TB8=0为数据帧。在方式0和方式1中,不使用TB8。
    5. REN:允许串行接受位。由软件置1或清0。REN=1,允许串行口接收数据;REN=0,禁止串行口接收数据。
    6. SM2:多机通信控制位。在方式2和方式3时进行。如果SM2=1,则只有当接收到的第九位数据(REB)为1时,才使RI置1,产生中断请求,并将接收到的前8位数据送入SBUF,当接收到的第九位数据位0时,则将接收到的前8位数据丢弃;如果SM2=0,则将前8位数据送入SBUF中,并使RI置1。
    7. SM0/SM1:方式选择位
    SM0 SM1 工作方式 功能 说明 波特率
    0 0 方式0 8位同步移位寄存器 常用于扩展I/O口 fosc/12
    0 1 方式1 10位URAT 8位数据、起始位、结束位 可变(由定时器控制)
    1 0 方式2 11位URAT 8位数据、起始位0、结束位1和奇偶校验位 fosc/32或fosc/64
    1 1 方式3 11位URAT 8位数据、起始位0、结束位1和奇偶校验位 可变(由定时器控制)

    fosc=晶振的频率。
    URAT=异步通信寄存器


    电源控制寄存器PCON

    符号 字节地址 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 位名称 复位值
    PCON 87H SMOD SMOD0 POF GF1 GF0 PD IDL 0xx1 0000

    仅SMOD、SMOD0两位与串口有关

    1. SMOD0:帧错位检测有效控制位。当SMOD0=1时,SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE(帧错误检测)功能。当SMOD0=0时,SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能。
    2. SMOD:波特率选择位。(波特率倍增位):在方式2时,SMOD=1要比SMOD=0时的波特率加倍。

    波特率的设定与计算

    1. 方式0
      =fosc12波特率=\frac{f_{osc}}{12}
    2. 方式2
      =2SMOD64×fosc波特率=\frac{2^{SMOD} }{64} \times{f_{osc }}
      串行口工作在方式2时,波特率仅与SMOD位的值有关。
    3. 方式1和方式三
      =2SMOD32×T1波特率=\frac{2^{SMOD} }{32} \times{定时器T1的溢出率}
      T1常设置为方式2定时,即8位重装入方式,并且不允许T1中断。可以避免软件重装初值带来的定时误差。
      1=1=1(256X)×Tcy=fosc12×(256X)定时器1的溢出率=\frac{1 }{溢出周期}=\frac{1}{(256-X)\times{T_{cy}}}=\frac{f_{osc}}{12\times{(256-X)}}
      式中Tcy为系统机器周期;X为初值

    PC与多个单片机通信

    1. 采用RS-232标准总线通信
    2. 采用RS-422标准总线通信

    串口如何使用

    串行口工作之前,应对其初始化

    1. 确定T1的工作方式(TMOD);
    2. 计算T1的初值,装载TH1,TL1;
    3. 启动T1(TCON中的TR1位)
    4. 确定串行口控制(SCON)
      中断设置(IE,IP寄存器)
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空空如也

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串行通信传送距离