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  • 异步同步通信数据帧格式

    千次阅读 2020-07-10 13:52:52
    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...
    串口扫盲六:异步通信方式
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    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.
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  • 异步通信的数据格式

    千次阅读 2021-02-24 21:47:41
     串口通信是指采用串行通信协议(serialcommunication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。 1.串行通信  在串行通信中,数据在1位宽的单条线路上进行传输,一个字节的数据要分为8...

     串口是串行接口(serial port)的简称,也称为串行通信接口或COM接口。

     串口通信是指采用串行通信协议(serial communication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。

    1.串行通信

      在串行通信中,数据在1位宽的单条线路上进行传输,一个字节的数据要分为8次,由低位到高位按顺序一位一位的进行传送。

      串行通信的数据是逐位传输的,发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔,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,接收方还必须能够确定一个信息组的开始和结束。

      常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。

    1.1串行同步通信

      同步通信(SYNC:synchronous data communication)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位始终保持一致(同步),这样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(信息帧),每帧的开始用同步字符来指示,一次通信只传送一帧信息。在传输数据的同时还需要传输时钟信号,以便接收方可以用时针信号来确定每个信息位。

      同步通信的优点是传送信息的位数几乎不受限制,一次通信传输的数据有几十到几千个字节,通信效率较高。同步通信的缺点是要求在通信中始终保持精确的同步时钟,即发送时钟和接收时钟要严格的同步(常用的做法是两个设备使用同一个时钟源)。

      在后续的串口通信与编程中将只讨论异步通信方式,所以在这里就不对同步通信做过多的赘述了。

    1.2 串行异步通信

    异步通信(ASYNC:asynchronous data communication),又称为起止式异步通信,是以字符为单位进行传输的,字符之间没有固定的时间间隔要求,而每个字符中的各位则以固定的时间传送。

    在异步通信中,收发双方取得同步是通过在字符格式中设置起始位和停止位的方法来实现的。具体来说就是,在一个有效字符正式发送之前,发送器先发送一个起始位,然后发送有效字符位,在字符结束时再发送一个停止位,起始位至停止位构成一帧。停止位至下一个起始位之间是不定长的空闲位,并且规定起始位为低电平(逻辑值为0),停止位和空闲位都是高电平(逻辑值为1),这样就保证了起始位开始处一定会有一个下跳沿,由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据起始位和停止位也就很容易的实现了字符的界定和同步。

    显然,采用异步通信时,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,可以互不同步。

    下面简单的说说异步通信的数据发送和接收过程。

    1.2.1 异步通信的数据格式

    在介绍异步通信的数据发送和接收过程之前,有必要先弄清楚异步通信的数据格式。

    异步通信规定传输的数据格式由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity bit)和停止位(stop bit)组成,如图1所示(该图中未画出奇偶校验位,因为奇偶检验位不是必须有的,如果有奇偶检验位,则奇偶检验位应该在数据位之后,停止位之前)。

     

    (1)起始位起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平,标志传输一个字符的开始,接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。
    (2)数据位数据位紧跟在起始位之后,是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定,一般可以是5位、7位或8位,标准的ASCII码是0~127(7位),扩展的ASCII码是0~255(8位)。传输数据时先传送字符的低位,后传送字符的高位。
    (3)奇偶校验位

    奇偶校验位仅占一位,用于进行奇校验或偶校验,奇偶检验位不是必须有的。如果是奇校验,需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位;如果是偶校验,需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。

    举例来说,假设传输的数据位为01001100,如果是奇校验,则奇校验位为0(要确保总共有奇数个1),如果是偶校验,则偶校验位为1(要确保总共有偶数个1)。

    由此可见,奇偶校验位仅是对数据进行简单的置逻辑高位或逻辑低位,不会对数据进行实质的判断,这样做的好处是接收设备能够知道一个位的状态,有可能判断是否有噪声干扰了通信以及传输的数据是否同步。

    (4)停止位停止位可以是是1位、1.5位或2位,可以由软件设定。它一定是逻辑1电平,标志着传输一个字符的结束。
    (5)空闲位空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始,表示线路处于空闲状态,必须由高电平来填充。

     

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  • 串行异步通信-UART

    千次阅读 2012-09-17 11:05:26
    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: 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...

    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:

    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01位
    数据位逻辑0或15,6,7,8位
    校研位逻辑0或11位或无
    停止位逻辑11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。

      (8)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。

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  • 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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  • 异步串行通信理解

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  • 串口--异步通信和同步通信深入理解

    万次阅读 多人点赞 2017-05-05 17:14:28
    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。 同步和异步大家从名称上就大概知道区别在哪里,简单的说就是主机在相互通信时发送数据的频率是否一样。异步通信就是发送方在任意时刻...
  • 文章目录一、串口通信二、异步通信三、同步通信四、串行通信的传输方向 一、串口通信 1、随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及,计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或...

空空如也

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串行异步通信帧格式