异步串行通信

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1、串口通讯异步通信方式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），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。 从

2、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位、6位、7位、8位校验位逻辑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

3、符传送10位，则960字符/秒。图22.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

4、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

5、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

6、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。串行通信协议分同步协议和异步协议。 （1）异步通信协议的实例起止式异步协议 特点与格式： 起止式异步

7、协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。其格式如图3所示。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值0），字符本身有57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，或意味半，或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。 从图中可以看出，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，故称为起始式协议。传送时，数据的低位在前，高位在后，图4表示了传送一个字符E的ASCAII码的波形1010001。当把它的最低

8、有效位写到右边时，就是E的ASCII码1000101=45H。 起止位的作用：起始位实际上是作为联络信号附加进来的，当它变为低电平时，告诉收方传送开始。它的到来，表示下面接着是数据位来了，要准备接收。而停止位标志一个字符的结束，它的出现，表示一个字符传送完毕。这样就为通信双方提供了何时开始收发，何时结束的标志。传送开始前，发收双方把所采用的起止式格式（包括字符的数据位长度，停止位位数，有无校验位以及是奇校验还是偶校验等）和数据传输速率作统一规定。传送开始后，接收设备不断地检测传输线，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”（停止位或空闲位）之后，检测到一个下跳沿，说明起始位出现，起始位经确认后

9、，就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。经过处理将停止位去掉，把数据位拼装成一个并行字节，并且经校验后，无奇偶错才算正确的接收一个字符。一个字符接收完毕，接收设备有继续测试传输线，监视“0”电平的到来和下一个字符的开始，直到全部数据传送完毕。 由上述工作过程可看到，异步通信是按字符传输的，每传输一个字符，就用起始位来通知收方，以此来重新核对收发双方同步。若接收设备和发送设备两者的时钟频率略有偏差，这也不会因偏差的累积而导致错位，加之字符之间的空闲位也为这种偏差提供一种缓冲，所以异步串行通信的可靠性高。但由于要在每个字符的前后加上起始位和停止位这样一些附加位，使得传输效率变低了，只有约

10、80%。因此，起止协议一般用在数据速率较慢的场合（小于19.2kbit/s）。在高速传送时，一般要采用同步协议。 （2）面向字符的同步协议 特点与格式：这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议(BSC）。它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字。由于被传送的数据块是由字符组成，故被称作面向字符的协议。 特定字符（控制字符）的定义：由上面的格式可以看出，数据块的前后都加了几个特定字符。SYN是同步字符(synchronous Character），每一帧开始处都有S

11、YN，加一个SYN的称单同步，加两个SYN的称双同步设置同步字符是起联络作用,传送数据时,接收端不断检测,一旦出现同步字符,就知道是一帧开始了。接着的SOH是序始字符（Start Of Header），它表示标题的开始。标题中包括院地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(Start Of Text），它标志着传送的正文（数据块）开始。数据块就是被传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符ETB（End Of Transmission Block）或文终字符ETX(End Of Text)，其中ETB用在正文很长、需要分成若干个分数据块、分别在不同帧中发送的场合，这时在每个分

12、数据块后面用文终字符ETX。一帧的最后是校验码，它对从SOH开始到ETX（或ETB）字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或CRC。另外，在面向字符协议中还采用了一些其他通信控制字，它们的名称如下表所示： 数据透明的实现：面向字符的同步协议，不象异步起止协议那样，需要在每个字符前后附加起始和停止位，因此，传输效率提高了。同时，由于采用了一些传输控制字，故增强了通信控制能力和校验功能。但也存在一些问题，例如，如何区别数据字符代码和特定字符代码的问题，因为在数据块中完全有可能出现与特定字符代码相同的数据字符，这就会发生误解。比如正文有个与文终字符ETX的代码相同的数据字符，接收端就不会把它当作为

13、普通数据处理，而误认为是正文结束，因而产生差错。因此，协议应具有将特定字符作为普通数据处理的能力，这种能力叫做“数据透明”。为此，协议中设置了转移字符DLE(Data Link Escape)。当把一个特定字符看成数据时，在它前面要加一个DLE，这样接收器收到一个DLE就可预知下一个字符是数据字符，而不会把它当作控制字符来处理了。DLE本身也是特定字符，当它出现在数据块中时，也要在它前面加上另一个DLE。这种方法叫字符填充。字符填充实现起来相当麻烦，且依赖于字符的编码。正是由于以上的缺点，故又产生了新的面向比特的同步协议。 （3）面向比特的同步协议 特点与格式：面向比特的协议中最具有代表性的是

14、IBM的同步数据链路控制规程SDLC（Synchronous Data Link Control),国际标准化组织ISO(International Standard Organization）的高级数据链路控制规程HDLC（High Level Data link Control),美国国家标准协会(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规?串口接线：DB9 & DB25 目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时(12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口(RS422,RS485较远)，若距离较远，

15、需附加调制解调器（MODEM）。最为简单且常用的是三线制接法，即地、接收数据和发送数据三脚相连，本文只涉及到最为基本的接法，且直接用RS232相连。 1.DB9和DB25的常用信号脚说明 9针串口（DB9） 25针串口（DB25） 针号 功能说明 缩写 针号 功能说明 缩写 1 数据载波检测 DCD 8 数据载波检测 DCD 2 接收数据 RXD 3 接收数据 RXD 3 发送数据 TXD 2 发送数据 TXD 4 数据终端准备 DTR 20 数据终端准备 DTR 5 信号地 GND 7 信号地 GND 6 数据设备准备好 DSR 6 数据准备好 DSR 7 请求发送 RTS 4 请求发送 R

16、TS 8 清除发送 CTS 5 清除发送 CTS 9 振铃指示 DELL 22 振铃指示 DELL 2.RS232C串口通信接线方法（三线制） 首先，串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连，两个串口相连或一个串口和多个串口相连 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连； 两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口） 上面表格是对微机标准串行口而言的，还有许多非标准设备，如接收GPS数据或电子罗盘数据，只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连，彼此交叉，信号

17、地对应相接，就能百战百胜。 3.串口调试中要注意的几点： 串口调试时，准备一个好用的调试工具，如串口调试助手、串口精灵等，有事半功倍之效果； 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。 单工、半双工和全双工的定义 如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。 如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。 如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。 电话线就是二线全双工信道。 由于采用了回波抵消技术，双向的传输信号不致混淆不清。双工信道有时也将收、发信道分开，采用分离

18、的线路或频带传输相反方向的信号，如回线传输。 奇偶校验 串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，例如，传输字符E，其各位为： 0100，0101=45H D7 D0 由于干扰，可能使位变为1，这种情况，我们称为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发现错误后，如何消除错误，叫“纠错”。 最简单的检错方法是“奇偶校验”，即在传送字符的各位之外，再传送1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。 奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如： 1 0110，0101 0 0110，0001 偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“

19、1”的个数为偶数，如： 1 0100，0101 0 0100，0001 奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码（1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出），同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。 有些检错方法，具有自动纠错能力。如循环冗余码（CRC）检错等。 串口通讯流控制 我们在串行通讯处理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF这两个选项，这就是两个流控制的选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，但对普通RS232编程，了解一点这方面的知识是有好处的。那么，流控制在串行通讯中有何作用，在编制串行通讯程序怎样应用呢？这里我们就来

20、谈谈这个问题。 1.流控制在串行通讯中的作用 这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。 PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF

21、（继续/停止），下面分别说明。 2.硬件流控制 硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。 硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS

22、线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。 常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。 3.软件流控制 由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。 应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。