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  • 串行异步通信接口

    2015-03-02 15:18:00
    串行异步通信接口UART(通用异步收发器)(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)经常使用于全双工串行异步通信。 UART有发送器、接收器、控制单元、波特率发生器等构成。 发送器负责字符的发送,可...

    串行异步通信接口UART(通用异步收发器)(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)经常使用于全双工串行异步通信。

    UART有发送器、接收器、控制单元、波特率发生器等构成。

    发送器负责字符的发送,可採用先进先出(FIFO)模式,也可採用普通模式发送。发送的字符先发送缓冲寄存器,然后通过移位寄存器,在控制单元的作用下,通过TXDn引脚的一位一位顺序发送出去。在FIFO模式下,当N个字节所有到位后才进行发送。不同嵌入式处理芯片内部设置的N值不同。查询发送方式时必须等待发送缓冲器为空才干发送下一个数据。中断发送方式时当发送缓冲器已经空了才引发发送中断,因此能够直接在发送中断服务程序中继续发送下一个或下一组数据(FIFO模式)。

    收发器负责外部进来字符的接收,能够是FIFO模式接收,也能够是普通模式接受。外部送来的字符通过RXDn引脚进入接收移位寄存器,在控制单元的控制下,一位一位移位到接收缓冲寄存器中。在FIFO模式下,仅仅有缓冲期满才引发接收中断并置位接收标志,在普通模式下,接收到一个字符就引发接收中断并制标志位。

    接收和发送缓冲器的状态被记录在UART的状态寄存器如USRSTATn中,通过读取其状态位就可以了解当前接收或发送缓冲器的状态是否满足接收和发送条件。

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  • 4.1 串行通信简介 并行通信虽然通信速度比较快... 串行通信作为计算机通信方式之一,主要起到主机与外设以及主机之间的数据传输作用串行通信具有传输线少、成本低的特点,主要适用于近距离的人-机交换、实时监控等...

    4.1 串行通信简介

           并行通信虽然通信速度比较快,但是如果数据位数很多的时候,对应的数据线也会很多,之前学习的端口输入输出本质上就是一种并行通信,为了较少数据线的数量,降低人工布线的难度,串行通信被设计了出来。

           串行通信作为计算机通信方式之一,主要起到主机与外设以及主机之间的数据传输作用,串行通信具有传输线少、成本低的特点,主要适用于近距离的人-机交换、实时监控等系统通信工作当中,借助于现有的电话网也能实现远距离传输,因此串行通信接口是计算机系统当中的常用接口。

           现在常用的串行通信就是能够产生TTL电平的异步串行通信,通过外扩的芯片,例如RS232,MAX485就产生了现在常用的232通信和485通信,随着串行通信的发展,通信速率几乎和并行通信一样,甚至比并行通信还快。

    4.2 8251简介

    4.1.1 引脚详解

    594eb33779ac5ac8d5f0b3853420954f.png

    (1)三态双向八位数据口D0~D7:用于和CPU进行数据通信

    (2)写控制WR:低电平有效

    (3)读控制RD:低电平有效

    (4)片选CS:低电平有效

    (5)复位RESET:高电平有效,用于复位芯片

    (6)传送时钟TXC:数据发送时钟线

    (7)接收时钟RXC:数据接收时钟线

    (8)芯片时钟CLK:为内部电路提供时钟脉冲,应该大于传送速率的30倍

    (9)传送寄存器空信号TXE:没有可以发送的数据时,该引脚为1,当从CPU接收到数据且控制字的TXEN=1时,该引脚变为0,在同步工作方式时,若CPU来不及输出一个字符,则将使该引脚变为1,同时发送器在输出线上自动插入同步字符,以填补传输空隙

    (10)传送允许信号CTS:Modem用于通知8251A,Modem准备接收数据

    (11)SYNDET/BD:该引脚与状态寄存器中的SYNDET/BD一样,具有内同步方式和外同步方式两种

    a.内同步方式:该引脚作为输出,如果SYNC字符被发现,则变为1,当CPU读取状态寄存器内容时,它被复位,高电平输出代表8251A已经同步

    b.外同步方式:该引脚作为输入,当接收到高电平时,表示同步开始,用于通知接收电路开始装配收到的串行数据,在异步通信时表示Break状态出现在RXD线上,输入上升沿使8251A在下一个RXC的下降沿开始装载数据

    (12)发送准备就绪TXRDY:可以作为CPU的中断请求信号,当传送寄存器空或者CTS引脚为0或者控制字的TXEN=1时该引脚置1

    (13)接收准备就绪RXRDY:用于通知CPU芯片已经接收到一个字符,8251A每接收到一个字符该引脚置1,CPU取走后,该引脚变为0

    (14)数据命令选择C/D:CPU向8251A写入时,该引脚为1选择命令,为0选择数据;当CPU向8251A读取时,该引脚为1用于选择状态,为0选择数据

    (15)DTR:8251A输出给Modem表示8251A已经准备就绪

    (16)RTS:8251A输出给Modem表示8251A已经准备传送数据

    (17)DSR:表示Modem已经准备好

    (18)数据发送TXD:发送数据

    (19)数据接收RXD:接收数据

    4.1.2 内部结构框图

    5c8bfb451b6fa0c6b611685afec75d9e.png

    4.1.3 寄存器详解

    (1)8251A的模式字

    模式字用于设置8251A的工作模式:同步/异步方式,数据位,奇偶校验位,校验方式与停止位的个数等。

    D7

    D6

    D5

    D4

    D3

    D2

    D1

    D0

    S2/SCS

    S1/ESD

    EP

    PEN

    L2

    L1

    B2

    B1

    D7~D6:这两位在同步方式与异步方式下含义不一样,具体配置如下表所示

    S2/SCS

    S1/ESD

    停止位个数

    异步方式

    0

    0

    无效

    0

    1

    1位

    1

    0

    1.5位

    1

    1

    2位

    同步方式

    S2/SCS

    0

    2个SYNC字符

    1

    1个SYNC字符

    S1/ESD

    0

    内字符同步

    1

    外字符同步

    D5:奇偶校验方式选择,仅在PEN=1时有效

    0:奇校验

    1:偶校验

    D4:奇偶校验位开关

    0:关闭校验

    1:开启校验

    D3~D2:数据位的位数,具体配置如下表所示

    L2

    L1

    数据长度

    0

    0

    5位

    0

    1

    6位

    1

    0

    7位

    1

    1

    8位

    D1~D0:工作模式设置(同步/异步方式和波特率因子的配置),其中波特率因子定义为时钟与波特率的比值。

    B2

    B1

    工作方式

    波特率因子

    0

    0

    同步

    1

    0

    1

    异步

    1

    1

    0

    异步

    16

    1

    1

    异步

    64

    (2)8251A的控制字

    控制字用于控制8251A的基本功能,如是否允许接收或发送数据,与Modem连接的控制信号,软件复位等。

    D7

    D6

    D5

    D4

    D3

    D2

    D1

    D0

    RH

    IR

    RTS

    ER

    SBRK

    RXE

    DTR

    TXEN

    D7:接收电路寻找同步字符

    0:寻找方式停止

    1:寻找方式开始

    D6:用于内部复位

    0:下一个字符不为模式字

    1:下一个字符为模式字

    D5:该位为0芯片RTS输出高电平,为1芯片RTS输出低电平

    D4:将状态寄存器中的奇偶位错误,停止位错误,溢出错误标志复位

    0:不影响PE,OE,FE

    1:使PE,OE,FE复位

    D3:强迫TXD变为低电平

    0:正常工作

    1:送Break状态,即TXD=0

    D2:接收使能

    0:不允许接收

    1:允许接收

    D1:控制8251A引脚的信号

    0:使输出端DTR=1

    1:使输出端DTR=0

    D0:发送使能

    0:不允许发送

    1:允许发送

    (3)8251A的状态字

    状态字用于反映8251A在传送数据过程中所出现的各种状态。

    D7

    D6

    D5

    D4

    D3

    D2

    D1

    D0

    DSR

    SYNDET/BD

    FE

    OE

    PE

    TEX

    RXRDY

    TXRDY

    D7:将引脚DSR置为0

    0:输入端DSR=1

    1:输入端DSR=0

    D6:检测到SYNC或者Break后该位置1

    D5:停止位错误

    0:停止位正常

    1:停止位出错

    D4:数据溢出错误

    0:数据没有溢出

    1:数据溢出

    D3:奇偶校验错误

    0:奇偶校验正常

    1:奇偶校验出错

    D2:发送寄存器空标志

    0:发送寄存器非空

    1:发送寄存器空

    D1:接收就绪标志

    0:接收寄存器空

    1:接收寄存器非空

    D0:发送就绪标志

    0:发送寄存器非空

           1:发送寄存器空

    4.3 串口通信配置流程

        由于8251A芯片是通过顺序来识别写入的数据的,所以首先写入的是模式字,然后写入控制字,这两个均属于命令,然后写入数据即可。

    4.4 源代码

    例题:利用8251A发送一串字符串,要求串口波特率9600,无校验位,停止位1个,数据位8个。

    a0dbcf9aacedbff5c2136641b828e828.png

    解析过程:由于波特率是9600KBps,根据公式,波特率等于时钟与波特率因子的比值,这个时钟指的是发送与接收的时钟。根据硬件的连接表如下图所示

    CS

    C/D

    RD

    WR

    功能

    0

    0

    0

    1

    读取8251A的数据

    0

    1

    0

    1

    读取8251A的命令

    0

    0

    1

    0

    8251A写入数据

    0

    1

    1

    0

    8251A写入命令

    0

    ×

    1

    1

    8251A数据总线缓冲器为高阻态

    1

    ×

    ×

    ×

    未选中

           根据表格的代码可知,写入模式字和控制字的地址为20H(因为A5接在C/D上),写数据的地址为00H。根据上述分析,源代码如下图所示:

    36a323c4b9b2cb3d69e33a316fac6083.png

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  • 串行通信设备和接口通过点对点数据链路传输信号。在串行流中一个接一个地传输比特。串行连接一般用于连接计算机和调制解调器。比特流穿过串行链路进入调制解调器,在此它被调制成通过电话线传输的模拟信号。串行线路...

    串行通信设备和接口通过点对点数据链路传输信号。在串行流中一个接一个地传输比特。串行连接一般用于连接计算机和调制解调器。比特流穿过串行链路进入调制解调器,在此它被调制成通过电话线传输的模拟信号。

    07cb0bf73c3bc8f497cb4b76fbcb3a45.png

    串行线路通常是双向的,一条线路用于传输另一条线路用于接收。这是一个全双工链路。半双工链路使用一条线路,在某一时间只有一端可以传输。使用串行链路的最通用因特网协议是PPP。PPP协议是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作,并按照顺序传递数据包。主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据,使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。

    8d5b8591cc5905b5d8366b39297bda74.png

    串行通信的特点是:数据位传送,传送按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但传送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。

    并行链路(如PC机架上的并行打印机端口)在同一时间通过多条线发送数据,比特传输通过八条或更多条线同时进行。并行连接具有吞吐量大的优点,但是为避免位同步问题距离受到限制。

    056dfb95db9a2efda6a1c3e9e92f5e3e.png

    由于数据是二进制的,它可以用线路上的两种状态表示,正电压(通常为+5V)代表二进制的1,负电压(-5V)代表二进制的0。为了正确地读取位,必须使用某种同步和定时方案。异步通信在发送字符的首尾设置起始位和停止位,所以通信双方无需使用同一时钟,字符以一帧一帧的方式发送,每帧以起始位为开始,以停止位为帧的结束。接收器起始位为基准,使用与发送器相同频率的的本地局部时钟即可实现在一个字符内的同步(字符与字符间是异步的),异步通信一般要求收发双方的波特率相同。传输的起始——停止模式意味着对于每一行字符传输都重新开始,这就消除了在上次传输中可能产生的任何定时差异。

    6b883ac6061b0e0cfab9c20e10cd56c5.png

    虽然异步技术使用简单,但起始和停止位是额外开销,浪费了带宽。同步通信技术可以发送大数据块,比如说从1500到4096个字节。它在每帧的开始加上同步字符,通信双方必须使用同一时钟,传输时将每N位划分为一个时间片,在同一个时间片内一方发送,一方接收。接收端将检测到的同步字符后的数位当成实际信息来处理。在无信息传送时同步字符后的数位被填充成空字符,因为同步传输不允许有间隙。故同步通信无论是在字符与字符之间,还是在字符内部的位之间都是同步的。以太网使用Manchester信号编码方案,与数据一起发送时钟脉冲。

    c59ad39a439c1691a4dd8f5614c69a83.png

    其他的串行技术包括USB (通用串行总线)、Firewire ( IEEE 1394)、SSA (串行存储体系结构)和HSSI(高速串行接口)HSSI(高速串行接口)。由于它们的高数据传送速率,正使用这些技术连接磁盘或构建小型局部网络。

    工业物联网@帝特

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  • UART串口通讯协议

    千次阅读 2019-09-22 13:22:36
    UART 通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UART,是一种通用的串行异步全双工数据收发传输器(总线)。 二、UART作用 UART的作用是:把“要传输的数据”在串行通信与...
  • 51串口

    千次阅读 2012-06-08 17:07:38
    异步串行通信(UART)接口是一种重要且常用的通信接口,不管是PC机、单片机或是其他设备,串行通信接口作为不可分割的部分发挥着通信的主导作用异步串行通信的标准接口分25针串口和9针串口两种,25针串口很久以前
  • UART应用笔记

    2021-02-21 20:38:20
    每个设备的发送器和接收器线的主要作用是用于串行通信串行数据的发送和接收。 发送UART连接到以并行形式发送数据的控制数据总线。然后,数据将在传输线路(导线)上一位一位地串行传输到接收UART。反过来
  • 单片机串口心得随笔

    2019-07-28 16:52:17
    作用通信。 特点:串行接口是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现双向通信,从而大大降低了成本,特别适用于远距离通信,但传送速度较慢。串行通讯的距离可以从几米到几千...
  • usart&spi

    2017-07-14 14:56:38
    通用同步/异步串行接收/发送器 作用: 1、配置成全双工异步系统,与CRT 终端和个人计算机等外设进行通信。 2、配置成半双工同步系统,与A/D或D/A集成电路和串行EPROM等外设器件进行通信。 (其中包括了电平的...
  • UART与串口(serial port)的区别 ...UART的作用就是串口设备与并行设备进行传输时,将并行数据与串行数据进行转换,实现双方正常通信。而两个串行设备相互通信,就不需要进行转换。 这是我的理解,若有意见请斧正。 ...
  • STM32 - CAN问题总结

    千次阅读 2020-04-15 13:09:55
    CAN协议CAN协议 简介CAN协议 特点(1)多主控制(2)系统的柔软性(3)通信速度较快,通信...CAN (Controller Area Network )是 ISO 国际标准化的串行半双工异步(位时序同步)通信协议。 (1)由于系统之间通信所用的
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  • UART基础知识(一)

    2020-12-20 20:41:09
    把并行输入的信号转换成串行输出,作为连接外部设备的接口,如EEPROM通信。 原理:异步串口通信协议,把传输数据的每个字符按一位一位地传输。 TTL电平信号:vcc=0v时,代表逻辑0;vcc=3.3v/5v,代表逻辑1。 RS232...
  • UART串口驱动代码编写及总结

    千次阅读 2019-10-23 18:09:16
    芯片内置UART接口,用于与外部进行异步串行通信。串口控制器有如下特征:1,内置波特率发生器,支持不同波特率的配置;2,数据位宽支持5/7/8bit;3 停止位可配置成1或2bit;4,可支持38Khz红外调制;5 , 支持自动...

空空如也

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串行异步通信作用