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  • 同步串口信号定义
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    2019-12-13 13:45:04

    串口:是与并口相对应的一种接口,两者都是设备与设备之间通信的物理接口。
    同步串口与异步串口:这里我们指的是串口的通信,通信双方是否同步。同步通信即收发双方交换数据是同步的,异步通信表示收发双方数据交换是异步的。
    UART:通用异步收发器,异步通信的协议。规定好通信双方的波特率、数据长度、校验位、停止位等参数即可发送数据和接收数据。
    同步通信:相较于异步通信,物理上多了一根时钟线,传输效率更高(去掉了开始位、校验位、停止位等冗余数据)。
    时钟与数据是同步的,因此使用门控时钟,传输数据时有时钟输出,其他状态下无时钟输出(针对于数据的发送端)。
    接收数据端口:首先要对接收到的数据及时钟进行滤波,具体是使用更高的时钟对数据和时钟进行3倍采样,3次采样结果一致便使用采样的数值。采样完时钟可以检测出时钟的上升沿和下降沿,用于数据的边沿同步。
    数据格式:一般我们传输数字信号时,传输的数据需要打包。使用头+尾、头+长的模式。打包使数据传输时更高效,因为数据是串行输出的,接收方在判断到帧头到来后便把其后的数据进行串并转换和存储或其他处理。

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  • 串口 同步和异步 理解

    千次阅读 2020-12-17 17:32:25
    本文主要三大块:一,串口同步和异步在底层通信上的区别(这部分点到为止,不是主要探讨内容,有个基本理解即可)。 二,串口同步和异步编程实例及详解(主要部分)。 三,串口同步和异步的作用(着眼当下,理解...

    本文主要三大块:一,串口同步和异步在底层通信上的区别(这部分点到为止,不是主要探讨内容,有个基本理解即可)。

                                 二,串口同步和异步编程实例及详解(主要部分)。

                                 三,串口同步和异步的作用(着眼当下,理解为什么一定要区分串口的同步和异步,其作用到底有什么不同)。

     

    一:异步通信和同步通信
     

    串行通信进行数据传送时是将要传送的数据按二进制位,依据一定的顺序逐位发送到接收方。其有两种通信方式:

     

    1、 异步通信

     

    异步通信是我们最常采用的通信方式,我们后面的例子都是采用的异步通信方式。异步通信采用固定的通信格式,数据以相同的帧格式传送。如图7-3所示,每一帧由始位数据位奇偶校验位停止位组成。

     

     

     

    在通信线上没有数据传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备发送一个字符数据时,首先发出一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备,当接收设备检测到这个逻辑低电平后,就开始准备接收数据信号。因此,起始位所起的作用就是表示字符传送开始。

     

    起始位后面紧接着的是数据位,它可以是5位、6位、7位、或8位数据传送时,低位在前。

     

    奇偶校验位用于数据传送过程中的数据检错,数据通信时通信双方必须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言,奇偶校验位是冗余位,但它表示数据的一种性质。也有的不要校验位。

     

    在奇偶校验位或数据位后紧接的是停止位,停止位可以是一位、也可以是1.5位或2位。接收端收到停止位后,知道上一字符已传送完毕,同时,也为接收下一字符作好准备。若停止位后不是紧接着传送下一个字符,则让线路保持为“1”。“1”表示空闲位,线路处于等待状态。存在空闲位是异步通信的特性之一。

     

    2、 同步通信

     

    同步通信时,通信双方共用一个时钟,这是同步通信区分于异步通信的最显著的特点。在异步通信中,每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志,以致占用了时间。所以在数据块传送时,为提高通信速度,常去掉这些标志,而采用同步通信。同步通信中,数据开始传送前用同步字符来指示(常约定1~2个),并由时钟来实现发送端和接收端的同步,即检测到规定的同步字符后,下面就连续按顺序传送数据,直到一块数据传送完毕。同步传送时,字符之间没有间隙,也不要起始位和停止位,仅在数据开始时用同步字符SYNC来指示,其数据格式见图7-4。

     

     

     

     

     

    同步通信和异步通信相比有以下特点:

     

    1.以同步字符作为传送的开始,从而使收发双方取得同步。

     

    2.每位占用的时间相等。

     

    3.字符数据之间不允许有空位,当线路空闲或没字符可发时,发送同步字符

    同步字符的插入可以是单同步字符或双同步字符,如图7-4所示同步字符也可以由用户约定,当然也可以采用ASCII码中规定的SYN代码,即16H。

    在同步传送时,要求用时钟来实现发送端和接收端之间的同步。为了保证接收正确无误,发送方除了传送数据外,还要传送同步时钟。

    同步通信虽然可以提高传送速度,可达56Kb/s或更高,但实现起来颇为复杂,因此实际较少使用。

     

     波特率和接收发送时钟

     

    1. 波特率(Baud rate

     

    波特率是指数据传送时,每秒传送数据二进制代码的位数,它的单位是位/秒(b/s)。1波特就是一位每秒。假设数据传送速率是每秒120字符,而每个字符格式包括10个代码位(1个起始位、一个终止位、8个数据位),这时传送的波特率为:

     

    10× 120 = 1200b/s

     

    位传送时间宽度Td=波特率的倒数,则上式中的Td=1/1200s=0.883ms。

     

    在异步串行通信中,接收设备和发送设备保持相同的传送波特率,并以每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位。数据位。奇偶位和停止位的约定,在同一次传送过程中必须保持一致,这样才能成功的传送数据。

     

    2.接收/发送时钟

     

    二进制数据系列在串行传送过程中以数字信号波形的形式出现。不论接收还是发送,都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。接收/发送时钟就是用来控制通信设备接收/发送字符数据速度的,该时钟信号通常由外部时钟电路产生。

     

    在发送数据时,发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出;在接收数据时,接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样,进行数据位检测,

    如图7-5所示。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    接收/发送时钟频率与波特率有如下关系:

     

    收/发时钟频率 = n × 收/发波特率

    n=1,16,64

     

    在同步传送方式,必须取n=1,即接收/发送时钟的频率等于收/发波特率。在异步传送方式,n=1,16,64,即可以选择接收/发送时钟频率是波特率的1,16,64倍。因此可由要求的传送波特率及所选择的倍数n来确定接收/发送时钟的频率。

     

    例如,若要求数据传送的波特率为300Baud,则

    接收/发送时钟频率=300Hz(n=1)

    接收/发送时钟频率=4800Hz(n=16)

    接收/发送时钟频率=19.2kHz(n=64)

     

    接收/发送时钟的周期Tc与传送的数据位宽之间的关系是:

     

    Tc= Td / n

     

    若取n=16,那么异步传送接收数据实现同步的过程如下:接收器在每一个接收时钟的上升沿采样接收数据线,当发现接收数据线出现低电平时就认为是起始位的开始,以后若在连续撤8个时钟周期(因n=16,故Td=16Tc)内检测到接收数据线仍保持低电平,则确定它为起始位(不是干扰信号)。通过这种方法,不仅能够排除接收线上的噪声干扰,识别假起始位,而且能够相当精确的确定起始位的中间点,从而提供一个正确的时间基准。从这个基准算起,每隔16Tc采样一次数据线,作为输入数据。一般来说,从接收数据线检测到一个下降沿开始,若其低电平能保持n/2Tc(半位时间),则确定为起始位,其后每隔nTc时间(一个数据时间)在每个数据位的中间点采样。

     

    由此可见,接收/发送时钟对于收/发双方之间的数据传输达到同步是至关重要的

     

     

    二:win32 串口同步和异步编程

     

    在工业控制中,工控机(一般都基于Windows平台)经常需要与智能仪表通过串口进行通信。串口通信方便易行,应用广泛。
    一般情况下,工控机和各智能仪表通过RS485总线进行通信。RS485的通信方式是半双工的,只能由作为主节点的工控PC机依次轮询网络上的各智能控制单元子节点。每次通信都是由PC机通过串口向智能控制单元发布命令,智能控制单元在接收到正确的命令后作出应答。
      在Win32下,可以使用两种编程方式实现串口通信,其一是使用ActiveX控件,这种方法程序简单,但欠灵活。其二是调用Windows的API函数,这种方法可以清楚地掌握串口通信的机制,并且自由灵活。本文我们只介绍API串口通信部分。
      串口的操作可以有两种操作方式:同步操作方式和重叠操作方式(又称为异步操作方式)。同步操作时,API函数会阻塞直到操作完成以后才能返回(在多线程方式中,虽然不会阻塞主线程,但是仍然会阻塞监听线程);而重叠操作方式,API函数会立即返回,操作在后台进行,避免线程的阻塞。

    无论那种操作方式,一般都通过四个步骤来完成:
    (1) 打开串口
    (2) 配置串口
    (3) 读写串口
    (4) 关闭串口

    (1) 打开串口

      Win32系统把文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘、还是控制台,都是用API函数CreateFile来打开或创建的。该函数的原型为:

    HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName,
                      DWORD dwDesiredAccess,
                      DWORD dwShareMode,
                      LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
                      DWORD dwCreationDistribution,
    DWORD dwFlagsAndAttributes,
    HANDLE hTemplateFile);

    lpFileName:将要打开的串口逻辑名,如“COM1”;
    dwDesiredAccess:指定串口访问的类型,可以是读取、写入或二者并列;
    dwShareMode:指定共享属性,由于串口不能共享,该参数必须置为0;
    lpSecurityAttributes:引用安全性属性结构,缺省值为NULL;
    dwCreationDistribution:创建标志,对串口操作该参数必须置为OPEN_EXISTING;
    dwFlagsAndAttributes:属性描述,用于指定该串口是否进行异步操作,该值为FILE_FLAG_OVERLAPPED,表示使用异步的I/O;该值为0,表示同步I/O操作;
    hTemplateFile:对串口而言该参数必须置为NULL;
    同步I/O方式打开串口的示例代码:

     HANDLE hCom;  //全局变量,串口句柄
     hCom=CreateFile("COM1",//COM1口
      GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允许读和写
      0, //独占方式
      NULL,
      OPEN_EXISTING, //打开而不是创建
      0, //同步方式
      NULL);
     if(hCom==(HANDLE)-1)
     {
      AfxMessageBox("打开COM失败!");
      return FALSE;
     }
     return TRUE;


    重叠I/O打开串口的示例代码:  HANDLE hCom;  //全局变量,串口句柄
     hCom =CreateFile("COM1",  //COM1口
                 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允许读和写
                 0,  //独占方式
                 NULL,
                 OPEN_EXISTING,  //打开而不是创建
                 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重叠方式
                 NULL);
     if(hCom ==INVALID_HANDLE_VALUE)
     {
      AfxMessageBox("打开COM失败!");
      return FALSE;
     }
        return TRUE;

    (2)、配置串口
      在打开通讯设备句柄后,常常需要对串口进行一些初始化配置工作。这需要通过一个DCB结构来进行。DCB结构包含了诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置串口的属性时,都要用DCB结构来作为缓冲区。
      一般用CreateFile打开串口后,可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置。要修改串口的配置,应该先修改DCB结构,然后再调用SetCommState函数设置串口。
      DCB结构包含了串口的各项参数设置,下面仅介绍几个该结构常用的变量:

    typedef struct _DCB{
       ………
       //波特率,指定通信设备的传输速率。这个成员可以是实际波特率值或者下面的常量值之一:
       DWORD BaudRate;
    CBR_110,CBR_300,CBR_600,CBR_1200,CBR_2400,CBR_4800,CBR_9600,CBR_19200, CBR_38400,
    CBR_56000, CBR_57600, CBR_115200, CBR_128000, CBR_256000, CBR_14400

    DWORD fParity; // 指定奇偶校验使能。若此成员为1,允许奇偶校验检查
       …
    BYTE ByteSize; // 通信字节位数,4—8
    BYTE Parity; //指定奇偶校验方法。此成员可以有下列值:
    EVENPARITY 偶校验     NOPARITY 无校验
    MARKPARITY 标记校验   ODDPARITY 奇校验
    BYTE StopBits; //指定停止位的位数。此成员可以有下列值:
    ONESTOPBIT 1位停止位   TWOSTOPBITS 2位停止位
    ONE5STOPBITS   1.5位停止位
       ………
      } DCB;
    winbase.h文件中定义了以上用到的常量。如下:
    #define NOPARITY            0
    #define ODDPARITY           1
    #define EVENPARITY          2
    #define ONESTOPBIT          0
    #define ONE5STOPBITS        1
    #define TWOSTOPBITS         2
    #define CBR_110             110
    #define CBR_300             300
    #define CBR_600             600
    #define CBR_1200            1200
    #define CBR_2400            2400
    #define CBR_4800            4800
    #define CBR_9600            9600
    #define CBR_14400           14400
    #define CBR_19200           19200
    #define CBR_38400           38400
    #define CBR_56000           56000
    #define CBR_57600           57600
    #define CBR_115200          115200
    #define CBR_128000          128000
    #define CBR_256000          256000

    GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块,从而获得相关参数: BOOL GetCommState(
       HANDLE hFile, //标识通讯端口的句柄
       LPDCB lpDCB //指向一个设备控制块(DCB结构)的指针
      );
    SetCommState函数设置COM口的设备控制块:
    BOOL SetCommState(
       HANDLE hFile,
       LPDCB lpDCB
      );

      除了在BCD中的设置外,程序一般还需要设置I/O缓冲区的大小和超时。Windows用I/O缓冲区来暂存串口输入和输出的数据。如果通信的速率较高,则应该设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小。 BOOL SetupComm(

        HANDLE hFile, // 通信设备的句柄
        DWORD dwInQueue, // 输入缓冲区的大小(字节数)
        DWORD dwOutQueue // 输出缓冲区的大小(字节数)
       );

      在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,需要考虑超时问题。超时的作用是在指定的时间内没有读入或发送指定数量的字符,ReadFile或WriteFile的操作仍然会结束。
      要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数,该函数会填充一个COMMTIMEOUTS结构。调用SetCommTimeouts可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。
      读写串口的超时有两种:间隔超时和总超时。间隔超时是指在接收时两个字符之间的最大时延。总超时是指读写操作总共花费的最大时间。写操作只支持总超时,而读操作两种超时均支持。用COMMTIMEOUTS结构可以规定读写操作的超时。
    COMMTIMEOUTS结构的定义为: typedef struct _COMMTIMEOUTS {  
        DWORD ReadIntervalTimeout; //读间隔超时
        DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //读时间系数
        DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //读时间常量
        DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 写时间系数
        DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //写时间常量
    } COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

    COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。总超时的计算公式是:
    总超时=时间系数×要求读/写的字符数+时间常量
    例如,要读入10个字符,那么读操作的总超时的计算公式为:
    读总超时=ReadTotalTimeoutMultiplier×10+ReadTotalTimeoutConstant
    可以看出:间隔超时和总超时的设置是不相关的,这可以方便通信程序灵活地设置各种超时。

    如果所有写超时参数均为0,那么就不使用写超时。如果ReadIntervalTimeout为0,那么就不使用读间隔超时。如果ReadTotalTimeoutMultiplier 和 ReadTotalTimeoutConstant 都为0,则不使用读总超时。如果读间隔超时被设置成MAXDWORD并且读时间系数和读时间常量都为0,那么在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回,而不管是否读入了要求的字符。
      在用重叠方式读写串口时,虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回,但超时仍然是起作用的。在这种情况下,超时规定的是操作的完成时间,而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。
    配置串口的示例代码:  SetupComm(hCom,1024,1024); //输入缓冲区和输出缓冲区的大小都是1024

     COMMTIMEOUTS TimeOuts;
     //设定读超时
     TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000;
     //设定写超时
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;
     SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); //设置超时

     DCB dcb;
     GetCommState(hCom,&dcb);
     dcb.BaudRate=9600; //波特率为9600
     dcb.ByteSize=8; //每个字节有8位
     dcb.Parity=NOPARITY; //无奇偶校验位
     dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //两个停止位
     SetCommState(hCom,&dcb);

     PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);

    在读写串口之前,还要用PurgeComm()函数清空缓冲区,该函数原型: BOOL PurgeComm(

        HANDLE hFile, //串口句柄
        DWORD dwFlags // 需要完成的操作
       ); 

    参数dwFlags指定要完成的操作,可以是下列值的组合: PURGE_TXABORT   中断所有写操作并立即返回,即使写操作还没有完成。
    PURGE_RXABORT   中断所有读操作并立即返回,即使读操作还没有完成。
    PURGE_TXCLEAR   清除输出缓冲区
    PURGE_RXCLEAR   清除输入缓冲区

    (3)、读写串口
    我们使用ReadFile和WriteFile读写串口,下面是两个函数的声明:

    BOOL ReadFile(

        HANDLE hFile, //串口的句柄
       
        // 读入的数据存储的地址,
        // 即读入的数据将存储在以该指针的值为首地址的一片内存区
        LPVOID lpBuffer, 
        DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要读入的数据的字节数
       
        // 指向一个DWORD数值,该数值返回读操作实际读入的字节数
        LPDWORD lpNumberOfBytesRead, 
       
        // 重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,同步操作时,该参数为NULL。
        LPOVERLAPPED lpOverlapped  
       ); 
    BOOL WriteFile(

        HANDLE hFile, //串口的句柄
       
        // 写入的数据存储的地址,
        // 即以该指针的值为首地址的nNumberOfBytesToWrite
        // 个字节的数据将要写入串口的发送数据缓冲区。
        LPCVOID lpBuffer, 
       
        DWORD nNumberOfBytesToWrite, //要写入的数据的字节数
       
        // 指向指向一个DWORD数值,该数值返回实际写入的字节数
        LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, 
       
        // 重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,
        // 同步操作时,该参数为NULL。
        LPOVERLAPPED lpOverlapped  
       );

      在用ReadFile和WriteFile读写串口时,既可以同步执行,也可以重叠执行。在同步执行时,函数直到操作完成后才返回。这意味着同步执行时线程会被阻塞,从而导致效率下降。在重叠执行时,即使操作还未完成,这两个函数也会立即返回,费时的I/O操作在后台进行。
      ReadFile和WriteFile函数是同步还是异步由CreateFile函数决定,如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志,那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的操作就应该是重叠的;如果未指定重叠标志,则读写操作应该是同步的。ReadFile和WriteFile函数的同步或者异步应该和CreateFile函数相一致。
      ReadFile函数只要在串口输入缓冲区中读入指定数量的字符,就算完成操作。而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲区,而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。
      如果操作成功,这两个函数都返回TRUE。需要注意的是,当ReadFile和WriteFile返回FALSE时,不一定就是操作失败,线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如,在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回,那么函数就返回FALSE,而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。这说明重叠操作还未完成。

    同步方式读写串口比较简单,下面先例举同步方式读写串口的代码: //同步读串口
    char str[100];
    DWORD wCount;//读取的字节数
    BOOL bReadStat;
    bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL);
    if(!bReadStat)
    {
     AfxMessageBox("读串口失败!");
     return FALSE;
    }
    return TRUE;

    //同步写串口

     char lpOutBuffer[100];
     DWORD dwBytesWrite=100;
     COMSTAT ComStat;
     DWORD dwErrorFlags;
     BOOL bWriteStat;
     ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
     bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,NULL);
     if(!bWriteStat)
     {
      AfxMessageBox("写串口失败!");
     }
     PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
      PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);

    在重叠操作时,操作还未完成函数就返回。

      重叠I/O非常灵活,它也可以实现阻塞(例如我们可以设置一定要读取到一个数据才能进行到下一步操作)。有两种方法可以等待操作完成:一种方法是用象WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员;另一种方法是调用GetOverlappedResult函数等待,后面将演示说明。
    下面我们先简单说一下OVERLAPPED结构和GetOverlappedResult函数:
    OVERLAPPED结构
    OVERLAPPED结构包含了重叠I/O的一些信息,定义如下: typedef struct _OVERLAPPED { // o 
        DWORD  Internal;
        DWORD  InternalHigh;
        DWORD  Offset;
        DWORD  OffsetHigh;
        HANDLE hEvent;
    } OVERLAPPED;

      在使用ReadFile和WriteFile重叠操作时,线程需要创建OVERLAPPED结构以供这两个函数使用。线程通过OVERLAPPED结构获得当前的操作状态,该结构最重要的成员是hEvent。hEvent是读写事件。当串口使用异步通讯时,函数返回时操作可能还没有完成,程序可以通过检查该事件得知是否读写完毕。
      当调用ReadFile, WriteFile 函数的时候,该成员会自动被置为无信号状态;当重叠操作完成后,该成员变量会自动被置为有信号状态。 GetOverlappedResult函数
    BOOL GetOverlappedResult(
        HANDLE hFile, // 串口的句柄 
       
        // 指向重叠操作开始时指定的OVERLAPPED结构
        LPOVERLAPPED lpOverlapped, 
       
        // 指向一个32位变量,该变量的值返回实际读写操作传输的字节数。
        LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred, 
       
        // 该参数用于指定函数是否一直等到重叠操作结束。
        // 如果该参数为TRUE,函数直到操作结束才返回。
        // 如果该参数为FALSE,函数直接返回,这时如果操作没有完成,
        // 通过调用GetLastError()函数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE。
        BOOL bWait  
       ); 

    该函数返回重叠操作的结果,用来判断异步操作是否完成,它是通过判断OVERLAPPED结构中的hEvent是否被置位来实现的。

    异步读串口的示例代码: char lpInBuffer[1024];
    DWORD dwBytesRead=1024;
    COMSTAT ComStat;
    DWORD dwErrorFlags;
    OVERLAPPED m_osRead;
    memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED));
    m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);

    ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
    dwBytesRead=min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue);
    if(!dwBytesRead)
    return FALSE;
    BOOL bReadStatus;
    bReadStatus=ReadFile(hCom,lpInBuffer,
          dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead);

    if(!bReadStatus) //如果ReadFile函数返回FALSE
    {
     if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
     //GetLastError()函数返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在进行读操作 
     {
      WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000);
      //使用WaitForSingleObject函数等待,直到读操作完成或延时已达到2秒钟
      //当串口读操作进行完毕后,m_osRead的hEvent事件会变为有信号
      PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
       PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
      return dwBytesRead;
     }
     return 0;
    }
    PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
        PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
    return dwBytesRead;

      对以上代码再作简要说明:在使用ReadFile 函数进行读操作前,应先使用ClearCommError函数清除错误。ClearCommError函数的原型如下: BOOL ClearCommError(

        HANDLE hFile, // 串口句柄
        LPDWORD lpErrors, // 指向接收错误码的变量
        LPCOMSTAT lpStat // 指向通讯状态缓冲区
       ); 

    该函数获得通信错误并报告串口的当前状态,同时,该函数清除串口的错误标志以便继续输入、输出操作。
    参数lpStat指向一个COMSTAT结构,该结构返回串口状态信息。 COMSTAT结构 COMSTAT结构包含串口的信息,结构定义如下: typedef struct _COMSTAT { // cst 
        DWORD fCtsHold : 1;   // Tx waiting for CTS signal
        DWORD fDsrHold : 1;   // Tx waiting for DSR signal
        DWORD fRlsdHold : 1;  // Tx waiting for RLSD signal
        DWORD fXoffHold : 1;  // Tx waiting, XOFF char rec''d
        DWORD fXoffSent : 1;  // Tx waiting, XOFF char sent
        DWORD fEof : 1;       // EOF character sent
        DWORD fTxim : 1;      // character waiting for Tx
        DWORD fReserved : 25; // reserved
        DWORD cbInQue;        // bytes in input buffer
        DWORD cbOutQue;       // bytes in output buffer
    } COMSTAT, *LPCOMSTAT;

    本文只用到了cbInQue成员变量,该成员变量的值代表输入缓冲区的字节数。

      最后用PurgeComm函数清空串口的输入输出缓冲区。
      这段代码用WaitForSingleObject函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员,下面我们再演示一段调用GetOverlappedResult函数等待的异步读串口示例代码:

    char lpInBuffer[1024];
    DWORD dwBytesRead=1024;
     BOOL bReadStatus;
     DWORD dwErrorFlags;
     COMSTAT ComStat;
    OVERLAPPED m_osRead;

     ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
     if(!ComStat.cbInQue)
      return 0;
     dwBytesRead=min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue);
     bReadStatus=ReadFile(hCom, lpInBuffer,dwBytesRead,
      &dwBytesRead,&m_osRead);
     if(!bReadStatus) //如果ReadFile函数返回FALSE
     {
      if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
      {
       GetOverlappedResult(hCom,
        &m_osRead,&dwBytesRead,TRUE);
               // GetOverlappedResult函数的最后一个参数设为TRUE,
               //函数会一直等待,直到读操作完成或由于错误而返回。

       return dwBytesRead;
      }
      return 0;
     }
     return dwBytesRead;

    异步写串口的示例代码: char buffer[1024];
    DWORD dwBytesWritten=1024;
     DWORD dwErrorFlags;
     COMSTAT ComStat;
    OVERLAPPED m_osWrite;
     BOOL bWriteStat;

     bWriteStat=WriteFile(hCom,buffer,dwBytesWritten,
      &dwBytesWritten,&m_OsWrite);
     if(!bWriteStat)
     {
      if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
      {
       WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000);
       return dwBytesWritten;
      }
      return 0;
     }
     return dwBytesWritten;

    (4)、关闭串口
      利用API函数关闭串口非常简单,只需使用CreateFile函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle即可:

    BOOL CloseHandle(
        HANDLE hObject; //handle to object to close
    );

    串口编程的一个实例
      为了让您更好地理解串口编程,下面我们分别编写两个例程(见附带的源码部分),这两个例程都实现了工控机与百特显示仪表通过RS485接口进行的串口通信。其中第一个例程采用同步串口操作,第二个例程采用异步串口操作。
      我们只介绍软件部分,RS485接口接线方法不作介绍,感兴趣的读者可以查阅相关资料。

    例程1

      打开VC++6.0,新建基于对话框的工程RS485Comm,在主对话框窗口IDD_RS485COMM_DIALOG上添加两个按钮,ID分别为IDC_SEND和IDC_RECEIVE,标题分别为“发送”和“接收”;添加一个静态文本框IDC_DISP,用于显示串口接收到的内容。

    在RS485CommDlg.cpp文件中添加全局变量:

    HANDLE hCom;  //全局变量,串口句柄

    在RS485CommDlg.cpp文件中的OnInitDialog()函数添加如下代码:  // TODO: Add extra initialization here
     hCom=CreateFile("COM1",//COM1口
      GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允许读和写
      0, //独占方式
      NULL,
      OPEN_EXISTING, //打开而不是创建
      0, //同步方式
      NULL);
     if(hCom==(HANDLE)-1)
     {
      AfxMessageBox("打开COM失败!");
      return FALSE;
     }

     SetupComm(hCom,100,100); //输入缓冲区和输出缓冲区的大小都是1024

     COMMTIMEOUTS TimeOuts;
     //设定读超时
     TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=0;
     //在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回,
     //而不管是否读入了要求的字符。


     //设定写超时
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=100;
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=500;
     SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); //设置超时

     DCB dcb;
     GetCommState(hCom,&dcb);
     dcb.BaudRate=9600; //波特率为9600
     dcb.ByteSize=8; //每个字节有8位
     dcb.Parity=NOPARITY; //无奇偶校验位
     dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //两个停止位
     SetCommState(hCom,&dcb);

     PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);

    分别双击IDC_SEND按钮和IDC_RECEIVE按钮,添加两个按钮的响应函数: void CRS485CommDlg::OnSend()
    {
     // TODO: Add your control notification handler code here
     // 在此需要简单介绍百特公司XMA5000的通讯协议:
     //该仪表RS485通讯采用主机广播方式通讯。
     //串行半双工,帧11位,1个起始位(0),8个数据位,2个停止位(1)
     //如:读仪表显示的瞬时值,主机发送:DC1 AAA BB ETX
     //其中:DC1是标准ASCII码的一个控制符号,码值为11H(十进制的17)
     //在XMA5000的通讯协议中,DC1表示读瞬时值
     //AAA是从机地址码,也就是XMA5000显示仪表的通讯地址
     //BB为通道号,读瞬时值时该值为01
     //ETX也是标准ASCII码的一个控制符号,码值为03H
     //在XMA5000的通讯协议中,ETX表示主机结束符

     char lpOutBuffer[7];
     memset(lpOutBuffer,''/0'',7); //前7个字节先清零
     lpOutBuffer[0]=''/x11'';  //发送缓冲区的第1个字节为DC1
     lpOutBuffer[1]=''0'';  //第2个字节为字符0(30H)
     lpOutBuffer[2]=''0''; //第3个字节为字符0(30H)
     lpOutBuffer[3]=''1''; // 第4个字节为字符1(31H)
     lpOutBuffer[4]=''0''; //第5个字节为字符0(30H)
     lpOutBuffer[5]=''1''; //第6个字节为字符1(31H)
     lpOutBuffer[6]=''/x03''; //第7个字节为字符ETX
     //从该段代码可以看出,仪表的通讯地址为001 
     DWORD dwBytesWrite=7;
     COMSTAT ComStat;
     DWORD dwErrorFlags;
     BOOL bWriteStat;
     ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
     bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,NULL);
     if(!bWriteStat)
     {
      AfxMessageBox("写串口失败!");
     }

    }
    void CRS485CommDlg::OnReceive()
    {
     // TODO: Add your control notification handler code here

     char str[100];
     memset(str,''/0'',100);
     DWORD wCount=100;//读取的字节数
     BOOL bReadStat;
     bReadStat=ReadFile(hCom,str,wCount,&wCount,NULL);
     if(!bReadStat)
      AfxMessageBox("读串口失败!");
     PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
      PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
     m_disp=str;
     UpdateData(FALSE);
     
    }

    您可以观察返回的字符串,其中有和仪表显示值相同的部分,您可以进行相应的字符串操作取出仪表的显示值。
    打开ClassWizard,为静态文本框IDC_DISP添加CString类型变量m_disp,同时添加WM_CLOSE的相应函数: void CRS485CommDlg::OnClose()
    {
     // TODO: Add your message handler code here and/or call default
        CloseHandle(hCom); //程序退出时关闭串口
     CDialog::OnClose();
    }

    程序的相应部分已经在代码内部作了详细介绍。连接好硬件部分,编译运行程序,细心体会串口同步操作部分。
    例程2

      打开VC++6.0,新建基于对话框的工程RS485Comm,在主对话框窗口IDD_RS485COMM_DIALOG上添加两个按钮,ID分别为IDC_SEND和IDC_RECEIVE,标题分别为“发送”和“接收”;添加一个静态文本框IDC_DISP,用于显示串口接收到的内容。在RS485CommDlg.cpp文件中添加全局变量:

    HANDLE hCom; //全局变量,
    串口句柄在RS485CommDlg.cpp文件中的OnInitDialog()函数添加如下代码:

     hCom=CreateFile("COM1",//COM1口
      GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允许读和写
      0, //独占方式
      NULL,
      OPEN_EXISTING, //打开而不是创建
      FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重叠方式
      NULL);
     if(hCom==(HANDLE)-1)
     {
      AfxMessageBox("打开COM失败!");
      return FALSE;
     }

     SetupComm(hCom,100,100); //输入缓冲区和输出缓冲区的大小都是100

     COMMTIMEOUTS TimeOuts;
     //设定读超时
     TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
     TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=0;
     //在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回,
     //而不管是否读入了要求的字符。


     //设定写超时
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=100;
     TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=500;
     SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); //设置超时

     DCB dcb;
     GetCommState(hCom,&dcb);
     dcb.BaudRate=9600; //波特率为9600
     dcb.ByteSize=8; //每个字节有8位
     dcb.Parity=NOPARITY; //无奇偶校验位
     dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //两个停止位
     SetCommState(hCom,&dcb);

     PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);

    分别双击IDC_SEND按钮和IDC_RECEIVE按钮,添加两个按钮的响应函数: void CRS485CommDlg::OnSend()
    {
     // TODO: Add your control notification handler code here
     OVERLAPPED m_osWrite;
     memset(&m_osWrite,0,sizeof(OVERLAPPED));
     m_osWrite.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);


     char lpOutBuffer[7];
     memset(lpOutBuffer,''/0'',7);
     lpOutBuffer[0]=''/x11'';
     lpOutBuffer[1]=''0'';
     lpOutBuffer[2]=''0'';
     lpOutBuffer[3]=''1'';
     lpOutBuffer[4]=''0'';
     lpOutBuffer[5]=''1'';
     lpOutBuffer[6]=''/x03'';
     
     DWORD dwBytesWrite=7;
     COMSTAT ComStat;
     DWORD dwErrorFlags;
     BOOL bWriteStat;
     ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
     bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,
      dwBytesWrite,& dwBytesWrite,&m_osWrite);

     if(!bWriteStat)
     {
      if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
      {
       WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000);
      }
     }

    }

    void CRS485CommDlg::OnReceive()
    {
     // TODO: Add your control notification handler code here
     OVERLAPPED m_osRead;
     memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED));
     m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);

     COMSTAT ComStat;
     DWORD dwErrorFlags;
     
     char str[100];
     memset(str,''/0'',100);
     DWORD dwBytesRead=100;//读取的字节数
     BOOL bReadStat;

     ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
     dwBytesRead=min(dwBytesRead, (DWORD)ComStat.cbInQue);
     bReadStat=ReadFile(hCom,str,
      dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead);
     if(!bReadStat)
     {
      if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
         //GetLastError()函数返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在进行读操作
      {
       WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000);
          //使用WaitForSingleObject函数等待,直到读操作完成或延时已达到2秒钟
          //当串口读操作进行完毕后,m_osRead的hEvent事件会变为有信号
      }
     }

     PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
      PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
     m_disp=str;
     UpdateData(FALSE);
    }

    打开ClassWizard,为静态文本框IDC_DISP添加CString类型变量m_disp,同时添加WM_CLOSE的相应函数:

    void CRS485CommDlg::OnClose()
    {
     // TODO: Add your message handler code here and/or call default
        CloseHandle(hCom); //程序退出时关闭串口
     CDialog::OnClose();
    }

    您可以仔细对照这两个例程,细心体会串口同步操作和异步操作的区别。
    好了,就到这吧,祝您好运。

     

     

    三:这部分摘自csdn的一篇论坛提问

     

    同步时ReadFile会死等,但是异步的WaitForSingleObject不也会造成死等,这两种操作如果放在同一线程中有何区别呢?

     

    如果你只强调在一个线程中使用的效果
    那一样
    就像用菜刀砍死一个人和用原子弹炸死一个人
    从杀死一个人的角度
    菜刀和原子弹没有区别

     

    同步状态下时ReadFile这个函数只有等到读完之后才会返回,这就相当于阻塞了。
    异步状态下不是,对于ReadFileEx来说,当读写工作完成之后,会自动调用
    BOOL ReadFileEx(
      HANDLE hFile,
      LPVOID lpBuffer,
      DWORD nNumberOfBytesToRead,
      LPOVERLAPPED lpOverlapped,
      LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine
    );
    中由第五个参数指定的回调函数。

     

    如果像你上面所说的,那确实是同步和异步的差别,但是看到大部分没有用这种,而且用wait,所以我认为用wait跟同步没有什么区别

     

    刚才看了一下,确实有用ReadFile加WaitFor...函数配合来完成异步读写的。不过这也没有什么问题啊,异步读写调用ReadFile时也是一调用即返回,至于要用WaitF...函数等待那是逻辑上的需求。
    我个人感觉用回调函数应该更合理一些。

     

    我认为应该也是这样才对,可似乎网上资料都是wait,真是奇怪,难道大家用异步都是这样用不觉得有问题

     

    异步的好处很多,当系统出现异常时,异步方式会更好的控制局面

     响应消息1    //来数据了

    ReadFile -> 处理数据(存盘,转发........)

    响应消息2

    消息1和消息2相差time1
    处理数据平均需要time2

    如果time1>time2,怎么写都可以
    如果time1<time2 使用异步方式很有必要

     

    不排除有这可能,但如果你用了time1<time2,你确定能保证time1<time2吗,我想很少有人用这个的同时心里很有把握。

     

    并不是用了time1<time2,,,,处理数据的时间只有你自己知道啊

    如果个别数据处理很费时,你就必须采用异步方式 ,并且要新开个线程,新建buf来处理数据,这样才能一边接收一边处理

    如果处理数据的时间相对于接收时间间隔来说可以忽略不计,直接处理就行了

     

    我经常这样使用,开一线程同步ReadFile,读取到后放在某个缓冲区,另开线程解析(前提是通讯协议加帧头和帧尾),但是遇到应答方式通讯的协议的话,这种处理应该不是很合理,但如果同一线程中用异步WaitForSingleObject似乎跟同步区别不大。用回调肯定是个好办法

     

    总结下:我个人理解,首先在底层通信上的不同导致在编程时有异步和同步的选择;其次异步通信旨在让函数运行更灵活(回调是一种体现,利用空闲时间做解析操作也是一种体现),具体还要自己编程运用到才能更好的理解。

     

    这方面的心得以后还会继续完善更新。。。

     

    转自:https://blog.csdn.net/cs74184235/article/details/48438727

     

    展开全文
  • SPI:高速同步串行口---讲的到位

    千次阅读 2019-02-20 10:01:58
      SPI:高速同步串行口 2010年12月16日 21:36:00 你来吻 阅读数:4583 SPI:高速同步串行口。... SPI,是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是Moto...

    转自:https://blog.csdn.net/zmq5411/article/details/6080991

     

    SPI:高速同步串行口

    2010年12月16日 21:36:00 你来吻 阅读数:4583

    SPI:高速同步串行口。是一种标准的四线同步双向串行总线。

      SPI,是英语Serial Peripheral interface的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI,是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,比如AT91RM9200.

      SPI总线系统是一种同步串行外设接口,它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口,该接口一般使用4条线:串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

      SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要至少4根线,事实上3根也可以(用于单向传输时,也就是半双工方式)。也是所有基于SPI的设备共有的,它们是SDI(数据输入),SDO(数据输出),SCK(时钟),CS(片选)。

      (1)SDO – 主设备数据输出,从设备数据输入

      (2)SDI – 主设备数据输入,从设备数据输出

      (3)SCLK – 时钟信号,由主设备产生

      (4)CS – 从设备使能信号,由主设备控制

      其中CS是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

      接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因,由SCK提供时钟脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次),就可以完成8位数据的传输。

      要注意的是,SCK信号线只由主设备控制,从设备不能控制信号线。同样,在一个基于SPI的设备中,至少有一个主控设备。这样传输的特点:这样的传输方式有一个优点,与普通的串行通讯不同,普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据,而SPI允许数据一位一位的传送,甚至允许暂停,因为SCK时钟线由主控设备控制,当没有时钟跳变时,从设备不采集或传送数据。也就是说,主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议:因为SPI的数据输入和输出线独立,所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同,主要是数据改变和采集的时间不同,在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义,具体请参考相关器件的文档。

      在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信,显得简单高效。在多个从设备的系统中,每个从设备需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

    1.2、接口的硬件连接示意图

      在多个从器件的系统中,每个从器件需要独立的使能信号,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

      SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位,在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下,按位传输,高位在前,低位在后。如下图所示,在SCLK的下降沿上数

      据改变,同时一位数据被存入移位寄存器。

    1.3、性能特点

      AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成:SPICLK、MOSI、MISO及 /SS,其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟,MOSI、MISO作为主机,从机的输入输出的标志,MOSI是主机的输出,从机的输入,MISO 是主机的输入,从机的输出。/SS是从机的标志管脚,在互相通信的两个SPI总线的器件,/SS管脚的电平低的是从机,相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中,必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从,单主多从,互为主从。

      SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器,译码器的输入为NPCS0~3,输出用于16个外设的选择。

      SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数据。

    1.4、SPI协议举例

      SPI是一个环形总线结构,由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成,其时序其实很简单,主要是在sck的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换。

      假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010,上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。

      那么第一个上升沿来的时候 数据将会是sdo=1;寄存器中的10101010左移一位,后面补入送来的一位未知数x,成了0101010x。下降沿到来的时候,sdi上的电平将锁存到寄存器中去,那么这时寄存器=0101010sdi,这样在 8个时钟脉冲以后,两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成了一个spi时序。

    1.5、举例

      假设主机和从机初始化就绪:并且主机的sbuff=0xaa,从机的sbuff=0x55,下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据

      脉冲 主机sbuff 从机sbuff sdi sdo

      0 10101010 01010101 0 0

      1上 0101010x 1010101x 0 1

      1下 01010100 10101011 0 1

      2上 1010100x 0101011x 1 0

      2下 10101001 01010110 1 0

      3上 0101001x 1010110x 0 1

      3下 01010010 10101101 0 1

      4上 1010010x 0101101x 1 0

      4下 10100101 01011010 1 0

      5上 0100101x 1011010x 0 1

      5下 01001010 10110101 0 1

      6上 1001010x 0110101x 1 0

      6下 10010101 01101010 1 0

      7上 0010101x 1101010x 0 1

      7下 00101010 11010101 0 1

      8上 0101010x 1010101x 1 0

      8下 01010101 10101010 1 0

      这样就完成了两个寄存器8位的交换,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候,从机可以把它拉底被动选为从机,作为从机的是时候,可以作为片选脚用。根据以上分析,一个完整的传送周期是16位,即两个字节,因为,首先主机要发送命令过去,然后从机

      根据主机的命令准备数据,主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。 SPI 总线是Motorola公司推出的三线同步接口,同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK,一条数据输入线MISO,一条数据输出线MOSI;用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据;可以当作主

      机或从机工作;提供频率可编程时钟;发送结束 中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等。下图示出SPI总线工作的四种方式,其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式 (实线表示): 

       SPI总线四种工作方式 SPI 模块为了和外设进行数据交换,根据外设工作要求,其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置,时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。如果 CPOL=0,串行同步时钟的空闲状态为低电平;如果CPOL=1,串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0,在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样;如果CPHA=1,在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。  

    SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。

      SPI模块为了和外设进行数据交换,根据外设工作要求,其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置,时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0,串行同步时钟的空闲状态为低电平;如果CPOL=1,串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位(CPHA)能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0,在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样;如果CPHA=1,在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI接口时序如图3、图4所示。

    俺总结的一句话:

     

    CPHA(Clock Phase )时钟相位=0时,时钟总线恢复时钟极性(CPOL - Clock Polar   )指总线变为空闲时的状态)时改变数据值,总线产生改变时钟极性时(由空闲状态变为非空闲状态时)读取数据。

    CPHA时钟相位=1时,时钟总线恢复时钟极性(指总线变为空闲时的状态)时读取数据值,总线产生改变时钟极性时(由空闲状态变为非空闲状态时)改变数据。

    每次通讯过程中要让出CPHA个SCK周期。

    一句话:时钟相位是在时钟总线恢复极性时是否读取数据总线上的数据。1是真读取(即数据总线要保持)0是不读取(即数据总线可改变数据){相反改变时钟总线极性1是不读取(即数据总线可改变数据)0是是真读取(即数据总线要保持)这句可以不记它是上一句的相反定义及补充}

     

    SPI通讯只能主机发起。可以通过变换主从机的方式进行应答式通讯。

    如:CS 选低 A主机发请求,B从机接收然后CS选高。B处理完成以后B将CS置低,发送数据这时B是主机,A为从机。

    当然不通过改变主从机方式通讯也可

    CS 选低 A主机发请求,B从机接收然后CS选高。B处理完成以后(这个时间不好控制只能估计或查参数),A在CS置低,发送其他数据,这时B回复刚才A的数据请求。

    1.6、性能补充

      上文中最后一句话:SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。个人理解这句话有2层意思:其一,主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定;其二,二者的配置应该保持一致,即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致,主设备的SDI同从设备的SDI配置一致。因为主从设备是在SCLK的控制下,同时发送和接收数据,并通过2个双向移位寄存器来交换数据。工作原理演示如下图:

      上升沿主机SDO发送数据1,同时从设备SDO发送数据0;紧接着在SCLK的下降沿的时候从设备的SDI接收到了主机发送过来的数据1,同时主机也接收到了从设备发送过来的数据0.

     

    1.7、SPI协议心得

      SPI接口时钟配置心得:

      在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求,因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数据,是在时钟的下降沿还是上升沿输出数据。但要注意的是,由于主设备的SDO连接从设备的SDI,从设备的SDO连接主设备的SDI,从设备SDI接收的数据是主设备的SDO发送过来的,主设备SDI接收的数据是从设备SDO发送过来的,所以主设备这边SPI时钟极性的配置(即SDO的配置)跟从设备的SDI接收数据的极性是相反的,跟从设备SDO发送数据的极性是相同的。下面这段话是Sychip Wlan8100 Module Spec上说的,充分说明了时钟极性是如何配置的:

      The 81xx module will always input data bits at the rising edge of the clock, and the host will always output data bits on the falling edge of the clock.

      意思是:主设备在时钟的下降沿发送数据,从设备在时钟的上升沿接收数据。因此主设备这边SPI时钟极性应该配置为下降沿有效。

      又如,下面这段话是摘自LCD Driver IC SSD1289:

      SDI is shifted into 8-bit shift register on every rising edge of SCK in the order of data bit 7, data bit 6 …… data bit 0.

      意思是:从设备SSD1289在时钟的上升沿接收数据,而且是按照从高位到低位的顺序接收数据的。因此主设备的SPI时钟极性同样应该配置为下降沿有效。

      时钟极性和相位配置正确后,数据才能够被准确的发送和接收。因此应该对照从设备的SPI接口时序或者Spec文档说明来正确配置主设备的时钟。

     

     

    一.SPI总线简介
    串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口。
    SPI 用于CPU 与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。它只需四条线就可以完成MCU 与各种外围器
    件的通讯,这四条线是:串行时钟线(CSK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数
    据线(MOSI)、低电平有效从机选择线CS。当SPI 工作时,在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚(MOSI)
    输出(高位在前),同时从输入引脚(MISO)接收的数据逐位移到移位寄存器(高位在前)。发送一个字节
    后,从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。即完成一个字节数据传输的实质是两个器件寄
    存器内容的交换。主SPI 的时钟信号(SCK)使传输同步。其典型系统框图如下图所示。.SPI总线工作方式
    SPI 总线有四种工作方式,其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示):

     

     

     

    时序详解:
    CPOL:时钟极性选择,为0时SPI 总线空闲为低电平,为1时SPI 总线空闲为高电平
    CPHA:时钟相位选择,为0时在SCK 第一个跳变沿采样,为1时在SCK 第二个跳变沿采样
    工作方式1:
    当CPHA=0、CPOL=0时SPI 总线工作在方式1。MISO 引脚上的数据在第一个SPSCK 沿跳变之前已经上线
    了,而为了保证正确传输,MOSI 引脚的MSB 位必须与SPSCK 的第一个边沿同步,在SPI 传输过程中,首
    先将数据上线,然后在同步时钟信号的上升沿时,SPI 的接收方捕捉位信号,在时钟信号的一个周期结束
    时(下降沿),下一位数据信号上线,再重复上述过程,直到一个字节的8位信号传输结束。
    工作方式2:
    当CPHA=0、CPOL=1时SPI 总线工作在方式2。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的下降沿时捕捉
    位信号,上升沿时下一位数据上线。
    工作方式3:
    当CPHA=1、CPOL=0时SPI 总线工作在方式3。MISO 引脚和MOSI 引脚上的数据的MSB 位必须与SPSCK
    的第一个边沿同步,在SPI 传输过程中,在同步时钟信号周期开始时(上升沿)数据上线,然后在同步时钟
    信号的下降沿时,SPI 的接收方捕捉位信号,在时钟信号的一个周期结束时(上升沿),下一位数据信号上线,
    再重复上述过程,直到一个字节的8位信号传输结束。
    工作方式4:
    当CPHA=1、CPOL=1时SPI 总线工作在方式4。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的上升沿时捕捉
    位信号,下降沿时下一位数据上线。

     

     

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  • 一文读懂串口及各种电平信号含义

    千次阅读 2022-04-21 16:37:16
    首先要明确,串口、COM 口是指硬件接口形式,而 TTL、RS-232、RS-485 是指电平信号 1.1 UART 接口 通用异步收发器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter),UART是串口收发的逻辑电路,这部分可以独立成...

    0 背景

    做嵌入式开发或硬件开发的同学,一定常听到 RS232、RS485、TTL 等概念,如果对这些概念不清楚,使用起来就会有问题,本文对这些概念的含义进行介绍(看下图有没有绕晕)

    1 串口

    首先要明确,串口、COM 口是指硬件接口形式,而 TTL、RS-232、RS-485 是指电平信号

    1.1 UART 接口

    通用异步收发器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter),UART 是串口收发的逻辑电路,这部分可以独立成芯片,也可以作为模块嵌入到其他芯片里,单片机、SOC、PC 里都会有UART 模块。

    在这里插入图片描述

    UART有 4 个pin(VCC、GND、RX、TX),

    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个字符一位接一位地传输。其中各位的意义如下:

    • 起始位:先发出一个逻辑”0”的信号,表示传输字符的开始。
    • 资料位:紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等,构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送,靠时钟定位。
    • 奇偶校验位:资料位加上这一位后,使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验),以此来校验资料传送的正确性。
    • 停止位:它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。 由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容忍程度越大,但是数据传输率同时也越慢。
    • 空闲位:处于逻辑“1”状态,表示当前线路上没有资料传送。

    1.2 COM 口

    COM 口即串行通讯端口,简称串口,一般常见 D 型 9 针插头,这种接口的协议只有两种:RS-232 和 RS-485。不会是 TTL 电平的。一般只接出 RXD、TXD,外加 GND。

    在这里插入图片描述

    1.3 USB 口

    通用串行总线,和串口完全是两个概念。虽然也是串行方式通信,但由于USB的通信时序和信号电平都和串口完全不同,因此和串口没有任何关系。USB是高速的通信接口,用于PC连接各种外设,U盘、键鼠、移动硬盘、当然也包括"USB转串口"的模块。(USB转串口模块,就是USB接口的UART模块)

    2 TTL

    TTL电平:全双工(逻辑1:2.4V ~ 5V,逻辑0:0V ~ 0.5V)

    连接方式

    电平表示

    3 RS232

    是电子工业协会制定的异步传输标准接口,同时对应着电平标准和通信协议(时序),其电平标准:+3V ~ +15V对应0,-3V ~ -15V对应1。RS232的逻辑电平和TTL不一样但是协议一样。RS-232适合本地设备之间的通信,传输距离一般不超过20m。RS-232只允许一对一通信。

    RS-232电平:全双工(逻辑1:-15V ~ -3V,逻辑0:+3V ~ +15V)

    连线图

    电平表示

    4 RS485

    RS485是一种串口接口标准,为了长距离传输采用差分方式传输,传输的是差分信号,抗干扰能力比RS232强很多。两线压差为-(2~6)V表示0,两线压差为+(2~6)V表示1。RS-485的传输距离为几十米到上千米。RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。

    RS-485:半双工、(逻辑1:+2V ~ +6V,逻辑0:-6V ~ -2V)这里的电平指AB两线间的电压差。

    连线图

    电平表示

    5 modbus

    modbus是一个应用层的协议,他是构建在串口,网线等底层传输基础上的。Modbus可以支持多种电气接口,如RS-232、RS-485等,还可以在各种介质上传送,如双绞线、光纤、无线等。

    在ModBus系统中有2种传输模式可选择,一种模式是ASCII(美国信息交换码),另一种模式是RTU(远程终端设备)。用户选择想要的模式,包括串口通信参数(波特率、校验方式等),在配置每个控制器的时候,在一个 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。所选的 ASCII 或 RTU 方式仅适用于标准的 Modbus 网络,它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位,以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其它网络上(像MAP和Modbus Plus)Modbus 消息被转成与串行传输无关的帧。

    6 转化芯片

    6.1 USB 转 TTL

    PL2303、CP2102芯片是USB转TTL串口的芯片,用USB来扩展串口(TTL电平)。USB转TTL串口如下图:

    6.2  TTL 与 RS-232 互转

    MAX232芯片是TTL电平与RS232电平的专用双向转换芯片,可以TTL转RS-232,也可以RS-232转TTL。如下图:

    参考

    串口 、TTL、232、485区别_IOT-SYM的博客-CSDN博客_232 485区别

    串口、COM口、UART口, TTL、RS-232、RS-485区别详解_电平

    展开全文
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