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  • 文章目录第九章 串口通信9.1 串行通信基础一、计算机通信方式数据传送速度二、串行数据传输方式串行异步通信协议标准数据格式一帧数据发送时序通信速率(传输速率)信号的调制与解调(了解)RS232C标准——串行通信...

    第九章 串口通信

    9.1 串行通信基础

    一、计算机通信方式

    CPU与外部的信息交换称为通信

    • 并行通信:数据所有位同时被传输
    • 串行通信:数据被逐位顺序传送
      • 串行异步通信:指一帧字符用起始位和停止位来完成
      • 串行同步通信:靠同步字符来完成收发双方同步

    数据传送速度

    并行通信>串行同步通信>串行异步通信
    同步通信指的是发送端与接收端的时钟同步

    二、串行数据传输方式

    (远程)串行数据通信系统模型

    数字信道
    模拟信道 信道<传输线路>
    数字信道
    计算机
    MODEM1
    MODEM2
    terminal

    对一个通信系统来讲,必须要考虑的问题有以下几个方面:

    1. 信道的带宽和数据的传输速率
    2. 信号的调制与解调
    3. 串行通信的信号格式 等

    数据的传输方式

    1. 单工方式:只允许数据按照一个固定的方向传送
    2. 半双工方式:要求收发双方均具备接受和发送数据的能力,由于只有一条信道,数据不能同时在两个方向上传送
    3. 全双工方式:在全双工方式中,收发双方可同时进行数据传送(至少两根线)

    串行异步通信协议

    标准数据格式

    起始位 数据位 奇偶校验位 停止位
    1位 5~8位 0~1位 1、1.5、2 位
    逻辑‘0’ 0,1代码 0或1 逻辑‘1’

    • 数据位先发低字节
    • 奇偶校验位(可有可无):通信双方约定采用一致的奇偶校验方式,由发送方设置校验位,由接受方负责校验
      • 奇校验:数据位与校验位中’1’的个数为奇数
      • 偶校验:数据位与校验位中’1’的个数为偶数

    一帧数据发送时序

    异步通信时,
    一帧字符以起始位’0’开始,紧跟着是数据位(先发数据最低位,再是高位)奇偶校验位,最后以停止位结束(停止位可以是1位、1.5位或者2位的逻辑1信号)。无数据传送时,通信线长时间逻辑’1’。

    通信速率(传输速率)

    通信速率,又称波特率,表示每秒钟传送的0、1代码个数(包括起始位、校验位、停止位),单位为“波特”。
    (bite per second—— bps)—— 1

    异步通信传送中,收发双方必须约定:

    • 收发双方的通信速率必须一致
    • 收发双方的数据帧格式必须一致

    信号的调制与解调(了解)

    • 调制:用一个信号控制另一个信号的某个参数随之变化的过程,叫调制。

      这两个信号分别叫调制信号和被调信号,被调信号只作为传输过程中信息的载体,也叫载波。
    • 解调: 将已经调制的信号恢复成原来的数字信号的过程。

    通常情况下,通信是双向的,调制器和解调器设置在同一个装置中,称为调制解调器(MODEM,猫,ADSL )。这个设备在远距离通信中具有重要作用!

    RS232C标准——串行通信接口标准

    要进行串行通信,还要解决一个问题:计算机与MODEM怎样连接? —— 通过接口电路——串行接口电路 连接。
    这个接口其: 机械特性、电气特性、功能特性 都要遵循一定的规范,也就是要有一个标准。

    目前计算机通信使用最普遍的是RS-232C标准。它对两方面作了规定:信号的电平标准和控制信号的定义。

    1. 控制信号的定义(机械特性)早期的PC系列机一般有两个串行口:即COM1和COM2,使用9针和25针两种连接器,符合RS-232C接口标准。
      RS-232C使用25芯连接器和9芯连接器
    25针连接器中通信中常用的9个端子
    25针连接器端子号 名称 方向(从微机出发) 功能
    2 TXD 输出(DTE→DCE) 发送数据(Transmit Data)
    3 RXD 输入(DCE→DTE) 接收数据(Receive Data)
    4 RTS 输出(DTE→DCE) 请求发送(Request To Send)
    5 CTS 输入(DCE→DTE) 允许发送(Clear To Send)
    6 DSR 输入(DCE→DTE) 数据设备准备好(Data Set Ready)
    7 GND/SG 信号地(Signal Ground)
    8 DCD 输入(DCE→DTE) 载波检测(Carrier DeteCt)
    20 DTR 输出(DTE→DCE) 数据终端准备好(Data Term Ready)
    22 RI 输入(DCE→DTE) 振铃指示(Ring Indicator)
    信号电平标准(电器特性)

    标准规定:

    • 逻辑“1”信号,电平在 –3V ~ -15V 之间;
    • 逻辑“0”信号,电平在 +3V ~ +15V 之间;
      因此,使用RS-232C与微机接口时,需要将TTL电平2 (0 ~ 5V)与RS-232C电平进行转换。

    在这里插入图片描述

    9.2 可编程串行异步通信接口芯片8250

    详细见:可编程串行异步通信接口芯片8250

    • 能实现数据串\Leftrightarrow并变换,实现全双工异步通信支
    • 持异步通信协议,数据格式、通信速率等由初始化编程设定
    • 内部有MODEM控制器,可直接和MODEM相连
    • 内部有中断机制,CPU可用查询、中断方式与之交换信息
    • 以Ins 8250为核心器件的微机串行口,基于RS-232C标准,微机之间既通过连接调制解调器实现通过电话线路的远距离通信,也可以
    • 直接连接进行短距离的点到点通信。

    PC机有2个串行口,端口I/O地址分别为主串口3FXH、辅串口2FXH(高档微机中,8250的功能被一些多功能芯片取代)

    在这里插入图片描述

    • **串行数据发送过程:**CPU执行OUT指令,将待发送的数据→发送保持寄存器暂存,当发送移位寄存器空闲时自动装入,后者在发送器时钟控制下将并行数据添加起始位、校验位、停止位,一位一位发出。

    • **串行数据接收过程:**在接收器时钟控制下,接收移位寄存器一位一位地接收串行数据,自动的去掉起始位、校验位、停止位,并转换成并行数据→接收缓冲寄存器暂存,在接收过程中对一帧数据自动进行校验。

    内部结构

    TIP:寄存器不一定有口地址,口地址一样的寄存器不一定是同一个寄存器,口地址相同不会同时访问两个寄存器

    1. 发送保持寄存器(3F8H/2F8H)
      该寄存器保存CPU传送来的并行数据,并转移至发送移位寄存器
      注:只有在发送保持寄存器空闲时,CPU才能写入下一个数据。

    2. 接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)
      接收移位寄存器,去掉起始位,校验位和停止位,转换成并行数据,转换后的并行数据存入接收缓冲寄存器,等待CPU接收。
      注:只有当一帧数据收完后,CPU才能用IN指令读接收缓冲寄存器

    3. 通信线状态寄存器(3FDH/2FDH):D0与D5最重要,D1到D5之间的是

    • D0位:接收数据准备好(接收缓冲器满)标志位。 D0=1,表示接收器已接收到一帧完整的数据,并已转换成并行数据,存入接收缓冲寄存器。(CPU接收数据时一定要查询)
    • D5位:***发送保持寄存器***空闲标志位。D5=1,表示数据已从发送保持寄存器转移到发送移位寄存器,发送保持寄存器空闲,CPU可以写入新数据。当新数据送入发送保持寄存器后, D5置0。
    • D7位:恒为0。

    注意:D0位(接收数据准备好)和D5位(发送保持寄存器空)是串行接口最基本的标志位,它们决定了CPU能不能向8250进行读写操作,只有当D0=1时,CPU才能读数;只有当D5=1或D6=1时,CPU才能写数据。

    1. 中断允许寄存器(3F9H/2F9H)
    2. 中断识别寄存器(3FAH/2FAH)
    3. MODEM控制寄存器(3FCH/2FCH)
    4. 除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ,低8位3F8H/2F8H )
    5. 通信线控制寄存器(3FBH/2FBH)
    6. MODEM状态寄存器(3FEH/2FEH)

    9.3 8250初始化编程

    • 直接对8250端口操作
    • 利用BIOS通信软件(INT 14H)(了解)

    直接对8250端口进行 初始化编程 步骤:

    1. 确定波特率 —— 设置除数锁存器3FBH9行

    2. 确定数据格式 —— 设置通信线路控制寄存器;3行

    3. 确定是否使用中断方式 —— 若使用,需设置中断允许寄存器的相应位置“1”,否则对应位置“0”;3行

    4. 设置MODEM 控制寄存器 3行

    子程序一定要有ret

    I8250    PROC
    ;除数锁存器(分频系数)
    MOV       DX,3FBH;
    MOV       AL,80H
    OUT        DX,AL;通讯线路控制寄存器最高位置“1”
    MOV       DX,3F9H;D7设置
    MOV       AL,0
    OUT        DX,AL;除数低位送入 除数锁存器 LSB (低8位)
    MOV       DX,3F8H
    MOV       AL,60H
    OUT        DX,AL;除数高位送入 除数锁存器 MSB (高8位)
    
    MOV       DX,3FBH;定义数据帧格式
    MOV       AL,03H
    OUT        DX,AL
    MOV       DX,3F9H;中断允许寄存器
    MOV       AL,0
    OUT        DX,AL
    MOV       DX,3FCH;MODERM控制寄存器
    MOV       AL,10H
    OUT        DX,AL
    RET
    I8250  ENDP
    

    9.4 串行通信的外部环境

    1. 短距离(无MODEM)点——点全双工通信

    1. 短距离单工通信

    1. 外环自发/自收

    9.5 串行通信程序设计举例

    设计时需要考虑:

    ① 题型:单端自发自收,点—点通信(全双工、单工)

    ② CPU与串口交换信息的方式:查询?中断?

    ③ 编程手段:对端口直接编程?调用BIOS通信软件

    ④ 根据题目要求组织相应的外部环境

    1. 对端口直接操作发送和接收数据,
      程序中查询联络线,可以按“有联络线”方式接线
      程序中不查询联络线,可以按“无联络线”方式接线

    2. BIOS通信软件是一个全双工的通信软件,发送和接收之前都要使用联络线与对端“握手”,只有联络畅通,才能发送或接收数据!

    3. 当8250设置为内环自检方式的时候,只能采用查询方式,而且只能采用对端口直接操作的编程手段,完成数据的发送和接收。


    1. 注:本书中的信号传输是使用二进制信号进行的,此处的波特率(数据信号速率)也指比特率(数据通信速率)。 ↩︎

    2. 注:计算机处理器中数据表示采用二进制规定,+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”,这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统,这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 ↩︎

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    在实际时钟频率比较低的情况下,并行因为可以同时传输若干比特,速率确实比串行快。
    但是,随着技术的发展,时钟频率越来越高,并行导线之间的相互干扰越来越严重,速度反而不如串行传的快。

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  • Modbus串行传输方式

    2019-04-07 19:11:06
    RTU传输方式传输的数据帧为二进制数据,ASCII传输方式传输的是ASCII码。举例来说要发送 0x31(十进制数)使用RTU直接发送0x31就可以(占用一个byte),而ASCII码传输方式则需要发送0x33和0x31这两个字节(即十六进制...

    传输方式

    在485总线上使用Modbus协议,有两种主要方式:RTU ASCII。RTU传输方式传输的数据帧为二进制数据,ASCII传输方式传输的是ASCII码。举例来说要发送 0x31(十进制数)使用RTU直接发送0x31就可以(占用一个byte),而ASCII码传输方式则需要发送0x33和0x31这两个字节(即十六进制数0x31的 高低位分别占用一个byte)。

    两种传输方式各有利弊,使用RTU传输效率高,使用ACSII可读性好。

     

    串行传输格式

     

    报文帧

    RTU报文帧

    报文帧由时长至少为3.5 个字符时间的空闲间隔区分,这个时间区间被称作t3.5。

    整个报文帧必须以连续的字符流发送。如果两个字符之间的空闲间隔大于1.5 个字符时间,则报文帧被认为不完整应该被接收节点丢弃。

     

    ASCII报文帧

    在 ASCII 模式, 报文用特殊的字符区分帧起始和帧结束。一个报文必须以一个‘冒号’ ( : )(ASCII 十六进制3A )起始,以‘回车-换行’ (CR LF) 对(ASCII 十六进制0D 和0A) 结束。

    报文中字符间的时间间隔可以达一秒。如果有更大的间隔,则接受设备认为发生了错误。
     

     

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  • 接口功能与数据传输方式, 串行传送的几个问题, 串行通信的数据格式, 串行接口标准, 串行通信接口任务 用8251A组成的串行接口
  • 总体来讲串行总线需要的管脚少、PCB设计的时候连线少,非常方便MCU和外设尤其是传感器之间的连接,相对于并行总线有很大的优势,可以说这三种总线已经是任何一款MCU必有的外设连接方式了。这三种总线也各有千秋,I2C...

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    前面三篇文章我们简单介绍了一下最常用的三种串行总线SPI、I2C、UART,总体来讲串行总线需要的管脚少、PCB设计的时候连线少,非常方便MCU和外设尤其是传感器之间的连接,相对于并行总线有很大的优势,可以说这三种总线已经是任何一款MCU必有的外设连接方式了。


    这三种总线也各有千秋,I2C看似简约但用起来不简单,主要是要让2根信号线处理那么多复杂的场景并能够保证数据的传输,背后支撑的硬件机制以及协议是不简单的,用FPGA自己写一个I2C的控制逻辑会非常的烧脑;SPI比I2C多出用于片选的信号线,因此逻辑设计上要简单很多,但带来的劣势就是每多连接一个外设,就要多出一条连接线;UART是一种异步的串行连接方式,没有了时钟线的连接就像I2C一样硬件连接起来非常简单,但使用的时候需要收、发两端的波特率设置在共同的频率,偏差要很小,否则就会出现传输错误。


    今天我门就通过一些生动的动图来对我们三种总线再次进行一次深刻的认识。我们先看看SPI的传输(同步、串行)

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    我们再看看I2C的传输(同步、串行、2线)

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    红外控制也是基于异步串行的方式:

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    串行通信离不开数据的并/串转换和串/并转换:

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    还有一些与我们相关的有趣的动画:
    比如PWM的产生和应用:

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    通信中常用到的模拟调制信号:

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    相位调制:

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    方波信号的边沿抖动:

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    END

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  • 并行与串行传输串行高速传输

    千次阅读 2018-03-24 17:17:05
    不存在信号线之间的串扰,而且串行还可以采用低压差分信号,可以大大提高它的抗干扰性,所以可以实现更高的传输速率,尽管并行可以一次传多个数据位,但是时钟远远低于串行,所以目前串行传输是高速传输的首选。...
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  • 125.数据传输方式

    2020-05-06 18:46:33
    若按数据传输的顺序可以分为并行传输和串行传输; 若按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输; 若按数据传输的流向和时间关系可以分为单工、半双工和全双工数据传输数据传输的三种交换方式: 1.电路交换 ...
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  • 数据传输方式

    千次阅读 2005-12-18 11:36:00
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  • 数据传输方式(零拷贝)

    千次阅读 2018-09-22 09:06:19
    在介绍零拷贝之前我想说下在计算机系统中数据传输方式。   早期阶段: 分散连接,串行工作,程序查询。 在这个阶段,CPU就像个保姆一样,需要手把手的把数据从I/O接口从读出然后再送给主存。    这个阶段...
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    2020-08-17 09:47:34
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空空如也

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串行数据传输方式