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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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  • 【STM32】串口通信基本原理(超基础、详细版)

    万次阅读 多人点赞 2018-04-12 13:26:02
    《STM32中文参考手册V10》-第25章通用同步异步收发器(USART) 通信接口背景知识 设备之间通信的方式 一般情况下,设备之间的通信方式可以分成并行通信和串行通信两种。它们的区别是: 并、串行通信的区别 ...

    STM32F1xx官方资料:

    《STM32中文参考手册V10》-第25章通用同步异步收发器(USART)

     

    通信接口背景知识

    设备之间通信的方式

    一般情况下,设备之间的通信方式可以分成并行通信和串行通信两种。它们的区别是:

    并、串行通信的区别
     并行通信串行通信
    传输原理数据各个位同时传输数据按位顺序传输
    优点速度快占用引脚资源少
    缺点占用引脚资源多速度相对较慢

    串行通信的分类

    1、按照数据传送方向,分为:

    • 单工:数据传输只支持数据在一个方向上传输;
    • 半双工: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;它不需要独立的接收端和发送端,两者可以合并一起使用一个端口
    • 全双工: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,需要独立的接收端和发送端

    2、按照通信方式,分为:

    • 同步通信:带时钟同步信号传输。比如:SPI,IIC通信接口。
    • 异步通信:不带时钟同步信号。比如:UART(通用异步收发器),单总线。

    在同步通讯中,收发设备上方会使用一根信号线传输信号,在时钟信号的驱动下双方进行协调,同步数据。例如,通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进行采样。

    在异步通讯中不使用时钟信号进行数据同步,它们直接在数据信号中穿插一些用于同步的信号位,或者将主题数据进行打包,以数据帧的格式传输数据。通讯中还需要双方规约好数据的传输速率(也就是波特率)等,以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

    在同步通讯中,数据信号所传输的内容绝大部分是有效数据,而异步通讯中会则会包含数据帧的各种标识符,所以同步通讯效率高,但是同步通讯双方的时钟允许误差小,稍稍时钟出错就可能导致数据错乱,异步通讯双方的时钟允许误差较大。

    常见的串行通信接口

     

    常见的串行通信接口
    通信标准引脚说明通信方式通信方向

    UART

    (通用异步收发器)

    TXD:发送端

    RXT:接收端

    GND:共地

    异步通信全双工

    1-wire

    (单总线)

    DQ:发送/接收端异步通信半双工
    SPI

    SCK:同步时钟

    MISO:主机输入,从机输出

    MOSI:主机输出,从机输入

    同步通信全双工
    I2C

    SCK:同步时钟

    SDA:数据输入/输出端

    同步通信半双工

     

    STM32串口通信基础

    STM32的串口通信接口有两种,分别是:UART(通用异步收发器)、USART(通用同步异步收发器)。而对于大容量STM32F10x系列芯片,分别有3个USART和2个UART。

    UART引脚连接方法

    • RXD:数据输入引脚,数据接受;
    • TXD:数据发送引脚,数据发送。

    对于两个芯片之间的连接,两个芯片GND共地,同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是,芯片1的RxD连接芯片2的TXD,芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样,两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了

    若是芯片与PC机(或上位机)相连,除了共地之外,就不能这样直接交叉连接了。尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚,但是通常PC机(或上位机)通常使用的都是RS232接口(通常为DB9封装),因此不能直接交叉连接。RS232接口是9针(或引脚),通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。故,要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信,需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型,再交叉连接。

    经过电平转换后,芯片串口和rs232的电平标准是不一样的:

    • 单片机的电平标准(TTL电平):+5V表示1,0V表示0;
    • Rs232的电平标准:+15/+13 V表示0,-15/-13表示1。

    RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下: 

    所以单片机串口与PC串口通信就应该遵循下面的连接方式:在单片机串口与上位机给出的rs232口之间,通过电平转换电路(如下面图中的Max232芯片) 实现TTL电平与RS232电平之间的转换。

    具体要了解RS232串口的,可以查看链接RS232串口简介

    STM32的UART特点

    • 全双工异步通信
    • 分数波特率发生器系统,提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率,最高可达4.5Mbits/s;
    • 可编程的数据字长度(8位或者9位);
    • 可配置的停止位(支持1或者2位停止位);
    • 可配置的使用DMA多缓冲器通信
    • 单独的发送器和接收器使能位
    • 检测标志:① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志;
    • 多个带标志的中断源,触发中断
    • 其他:校验控制,四个错误检测标志。

     

    串口通信过程

    STM32中UART参数

    串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备的RXD接口,通讯双方的数据包格式要规约一致才能正常收发数据。STM32中串口异步通信需要定义的参数:起始位、数据位(8位或者9位)、奇偶校验位(第9位)、停止位(1,15,2位)、波特率设置。

    UART串口通信的数据包以帧为单位,常用的帧结构为:1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位(可选)+1位停止位。如下图所示:

    奇偶校验位分为奇校验和偶校验两种,是一种简单的数据误码校验方法。奇校验是指每帧数据中,包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为奇数;偶校验是指每帧数据中,包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为偶数。

    校验方法除了奇校验(odd)、偶校验(even)之外,还可以有:0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校验(noparity)。 0/1校验:不管有效数据中的内容是什么,校验位总为0或者1。

    UART(USART)框图

    这个框图分成上、中、下三个部分。本文大概地讲述一下各个部分的内容,具体的可以看《STM32中文参考手册》中的描述。

    框图的上部分,数据从RX进入到接收移位寄存器,后进入到接收数据寄存器,最终供CPU或者DMA来进行读取;数据从CPU或者DMA传递过来,进入发送数据寄存器,后进入发送移位寄存器,最终通过TX发送出去。

    然而,UART的发送和接收都需要波特率来进行控制的,波特率是怎样控制的呢?

    这就到了框图的下部分,在接收移位寄存器、发送移位寄存器都还有一个进入的箭头,分别连接到接收器控制、发送器控制。而这两者连接的又是接收器时钟、发送器时钟。也就是说,异步通信尽管没有时钟同步信号,但是在串口内部,是提供了时钟信号来进行控制的。而接收器时钟和发送器时钟有是由什么控制的呢?

    可以看到,接收器时钟和发送器时钟又被连接到同一个控制单元,也就是说它们共用一个波特率发生器。同时也可以看到接收器时钟(发生器时钟)的计算方法、USRRTDIV的计算方法。

    这里需要知道一个知识点:

    • UART1的时钟:PCLK2(高速);
    • UART2、UART3、UART4的时钟:PCLK1(低速)。

    框图的中部分,涉及到UART(USART)的中断控制部分,在后面的文章中会具体介绍到。

     

    展开全文
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    2017-12-29 10:23:28
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  • 数据通信基本原理学习

    千次阅读 2016-04-22 15:02:15
    数据通信分类按传输方向分 单工通信 双工通信 半双工通信 1.单工通信 信息沿着信道从数据发送方传到数据接收方,是单向传递的,就想我们生活中的电视广播以及遥控器等等,以及其它用来发送控制信息的设备,不要求...

    数据通信分类

    按传输方向分

    1. 单工通信
    2. 双工通信
    3. 半双工通信

    1.单工通信

    这里写图片描述
    信息沿着信道从数据发送方传到数据接收方,是单向传递的,就想我们生活中的电视广播以及遥控器等等,以及其它用来发送控制信息的设备,不要求双方建立良好的沟通,因此双工通信就出现了。

    2.双工通信

    这里写图片描述
    双工通信即信息可以沿着两条信道进行同时双向传输,此时通信的双方既是信息的接收方也是信息的发送方,两个方向上的信息传输互不干扰,我们生活中的移动通信就是典型的双工通信,这样虽然信息传输的效率提高了,但是它需要占用两个信道,而且对收发设备的硬件要求也比较高,于是为了兼顾单工通信和双工通信的优点,于是出现了半双工通信

    3.半双工通信

    这里写图片描述
    半双工通信方式只使用一个信道,信息的收发双方轮流占用一个信道,这样就实现了信息的双向传输,但是同一时刻只能允许一方使用信道,对讲机就是半双工通信的典型应用,因为我们经常在警匪片中看到,在用对讲机说完话之后就要末尾加一句over,意思就是自己已经使用完了信道资源并将其释放了,这样其他人就知道现在可以对你说话。我们在很多单片机或者开发板上的Datasheet上都会看到这样的内容:支持多个全双工或者半双工的某某协议,说的就是信息能不能同时双向传输,能双向传输的便是全双工通信,不能同时传输的就是半双工通信。默认的双工通信就是指的全双工通信。

    按同步方式分:

    1. 同步通信
    2. 异步通信

    1.同步通信

    同步通信简单来理解就是:通信双方公用一个系统时钟来进行通信,典型应用就是计算机主板和外设之间的通信。

    2.异步通信

    与同步通信相对应的就是异步通信了,通信双方以实现约定好的频率,在接收到信息传输开始的信号之后,以约定好的速率和协议来解析信息内容,这样的通信方式很适合两个独立的系统之间的通信,比如UART协议就是这样,通信的双方要实现约定好通信的波特率,即每秒传输多少个二进制位,然后再开始信息的接收与发送。

    展开全文
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    • 18.基于Matlab的QPSK系统载波同步分析

    前面几节介绍了相干解调的几个基本概念,下来结合一个实际的通信系统,从实际的应用出发深入理解载波同步的概念。载波同步是基于锁相环技术使本地获取和载波同频同相的参考信号,用来解调信号。

    载波同步就是对本地参考信号进行频率和相位偏差的补偿,进而实现本地参考信号和载波信号同频同相。

    载波同步只适用于单载波调制系统,载波同步算法对于BPSK、QPSK、OQPSK、8-PSK、PAM和QAM都是兼容的。

    目前锁相环使用比较多的是Costas环和平方环进行载波同步,但是两者都有\pi相位模糊的特点。

    18.1.QPSK通信系统载波同步分析

    • 系统参数设置:

    帧长:1000bits(包括preamble)

    帧个数:10;

    调制模式:QPSK;

    解调相位模糊处理:barker码,由于锁相环处理必然有相位模糊,所以通过barker码解决相位模糊的问题; 

    %%------------------------------ Parameter ------------------------------%%
    M = 4;% Modulation order,QPSK
    rng(1993) % For repeatable results,每次仿真结果相同
    barker = comm.BarkerCode(...
        'Length',13,'SamplesPerFrame',13);% For preamble,使用preamble来解决相位模糊问题 
    msgLen = 1e4;
    numFrames = 10;%10帧
    frameLen = msgLen/numFrames;
    •  产生射频信号

            将preamble添加到帧头位置;

    %%--------------------------- Generate Tx Signal ------------------------%%
    preamble = (1+barker())/2;% Length 13,unipolar,将双极性的barker码,转换为单极性
    data = zeros(msgLen,1);
    for idx = 1 : numFrames
        payload = randi([0 M-1],frameLen-barker.Length,1);
        data((idx-1)*frameLen + (1:frameLen)) = [preamble; payload];%将barker码添加到帧头
    end
    
    modSig = pskmod(data,4,pi/4);%产生调制信号
    • 生成相位和频率偏差

    相偏:45°

    频偏:10KHz

    采样频率:1Mhz,频偏是采样频率的1%

    %%------------------- Generate Phase and Frequence Offset ---------------%%
    pfo = comm.PhaseFrequencyOffset('PhaseOffset',45, ...
        'FrequencyOffset',1e4,'SampleRate',1e6);
    • 生成载波同步器

    SamplesPerSymbol:符号过采样倍数,本例子默认为1;

    %%---------------------------- Carrier Synchronizer ---------------------%%
    carrierSync = comm.CarrierSynchronizer( ...
        'SamplesPerSymbol',1,'Modulation','QPSK');
    • 添加相偏、频偏和信道噪声
    %%-------------------- Add Phase and Frequence Offset -------------------%%
    modSigOffset = pfo(modSig);
    %%--------------------------- Add Channel Noise -------------------------%%
    rxSig = awgn(modSigOffset,12);
    • 查看发射信号的星座图

    由星座图可以看出由于存在相偏和频偏导致星座点没有收敛,星座图发散。

    添加相偏和频偏的发射信号星座点如下:

     

    scatterplot(rxSig)%发射星座图
    • 对比同步处理前后的星座图

    存在相偏和频偏的情况下,对比第一帧和第十帧的星座图可以看出进过同步器后星座点已经开始收敛。

     没有相偏和频偏的情况下,对比第一帧和第十帧的星座图可以看出星座点均敛。

    • 对同步后的信号进行解调并计算BER

    syncDataTtlErr = 3990;

    syncDataBER = 0.4986;

    从结果可以看出BER比较大,由于星座点已经收敛,说明已经获得同频同相的本地载波信号,造成BER高的原因可能是相位模糊造成的。

    %%-----------------------------------------------------------------------%%
    syncData = pskdemod(syncSignal,4,pi/4);%Demodulate the synchronized signal
    [syncDataTtlErr,syncDataBER] = biterr(data(6000:end),syncData(6000:end))%Compute and display the total bit errors and BER
    • 利用barker码计算相位模糊

    相位模糊范围:0\pm \frac{\pi }{2},或者\pm \pi,通常情况下Costas环和平方环的是\pi的相位模糊,具体和调制模式有关;

    求出载波同步前后相同barker码的相位角,就求出了相位模糊角;

    angle求出的相位角范围\pm \pi,满足相位模糊范围;

    %%--------------------------- Phase ambiguity ---------------------------%%
    idx = 9000 + (1:barker.Length);
    phOffset = angle(modSig(idx) .* conj(syncSignal(idx)));
    phOffset = round((2/pi) * phOffset); % -1, 0, 1, +/-2
    phOffset(phOffset==-2) = 2; % Prep for mean operation
    phOffset = mean((pi/2) * phOffset); % -pi/2, 0, pi/2, or pi
    disp(['Estimated mean phase offset = ',num2str(phOffset*180/pi),' degrees'])

    求出的相位模糊:Estimated mean phase offset = 180 degrees

    • 补偿相位模糊,将补偿后的数据进行解调并计算BER

    syncDataTtlErr = 403;

    syncDataBER = 0.0504; 

    %%------------------------------ Phase Shift ----------------------------%%
    resPhzSig = exp(1i*phOffset) * syncSignal;
    
    resPhzData = pskdemod(resPhzSig,4,pi/4);%Demodulate the signal after resolving the phase ambiguity
    [resPhzTtlErr, resPhzBER] = biterr(data(6000:end),resPhzData(6000:end))

    ​​​​​​​18.2.下一步分析内容

    结合以上分析实例,对具体同步器算法进行研究;

    展开全文
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    **处理器与外部设备通信的两种方式:** 并行通信 -传输原理:数据各个位同时传输 -优点: 速度快 -缺点:占用引脚资源多 串行通信 -传输原理:数据按位顺序传输 -优点:占用引脚资源少 -缺点:速度相对较慢 **...
  • 南邮通信原理真题

    2013-05-08 22:17:40
    1、通信系统模型和主要性能指标(通信的常识和框图); 2、随机过程(广义平稳性,功率谱,自相关,高斯噪声); 3、信道模型和特性、信息论基本概念和信道容量的概念...10、同步原理(载波同步、位同步及帧同步常识)。

空空如也

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同步通信的基本原理