同步通信与异步通信

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"串行通信的基本概念1\o"CurrentDocument"异步通信ASYNC和同步通信SYNC2\o"CurrentDocument"串口通讯一异步通信方式5\o"CurrentDocument"“模拟”和“数字”8串行通信的基本概念所谓“串行通信”：是指数据是一位一位顺序传送。问题：为什么要采用串行通信呢？解答：采用串行通信的主要原因是：为了降低通信线路的价格和简化通信设备，并且可以利用现有的通信线路。并行通信和串行通信在计算机领域中，有两种数据通信方式：串行传送和并行传送并行传送数据在多条并行1位宽的传输线上同时由源传送到目的。示意图如下：串行传送数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送。示意图如下:并行通信与串行通信的比较：从距离上看：并行通信适宜于近距离的数据传送，通常小于30米。而串行通信适宜于远距离传送，可以从几米到数千公里。从速度上看：在短距离内,并行接口的数据传输速度要比串行接口的传输速度高的多。从设备、费用上看：对于远距离通信而言，串行通信的费用显然比较低异步通信ASYNC和同步通信SYNC在串行通信中有两种基本的通信方式：异步通信ASYNC和同步通信SYNC异步通信在异步通信中，CPU与外设之间有两项约定：字符格式---字符的编码形式及规定，每个串行字符由以下四个部分组成：⑴1个起始位，低电平；⑵5--8个数据位；⑶1个奇偶校验位；⑷1--2个终止位(停止位)高电平；波特率波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数，以位/秒位单位，它是衡量串行数据传送速度快慢的重要标志和参数。例如：假如数据出送速率是120位/秒，则传送的波特率为：120波特。注意：异步通信的传送速度一般在50波特19200波特之间。同步通信在异步通信中，每个字符要用起始位和终止位作为字符开始和结束的标志，占用了一些时间，为了提高数据块的传送速度，就要设法去掉这些标志，就采用同步通信。同步通信的速度可达500千波特。但是它的硬件电路比较复杂。RS--232C串行接口一个完整的串行通信系统包括数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)，如下图所示:数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)0DTE是产生二进制信号的数据源，也是接收数据的目的，是由数据发送器或接收器或者具有两者组成的设备，它可以是一个计算机。数据通信设备DCE(DataCommunicationEquipment)0DCE是一个使传输信号符合线路要求，或者满足DTE要求的信号匹配器。例如：MODEM就是DCE设备。在DTE与DCE之间传输的是“1”或“0”的数据，同时传送一些控制应答信号。RS--232C是由美国电子工业协会推荐的标准接口，它是应用于串行二进制交换的数据通信设备和数据终端设备之间的标准接口。RS--232C标准的电器特征：数据〃0〃(〃空号〃，space)及控制线的接通状态规定为+3V----+15V；数据〃1〃(〃传号”,mark)及控制线的断开状态规定为-3V15V；噪声容限为±(3--5)V；当输入恰好为±3V时，分别确定为空号和传号，当输入端开路时，终端定为传号.可编程通信接口8251AInter8251AUSART是用同步/异步接收发送器,是专为Intel微处理器设计的，可作CPU和串行外设的接口电路。8251A的基本性能可编程通信接口8251A的基本性能如下：可用于同步和异步传送；同步传送：5--8bit/字符内部或外部字符同步化，自动插入同步字符；异步传送：5--8bit/字符，时钟速率为通信波特的1、16或64倍；可产生中止字符(BreakCharacter),可产生1、1.5或2位的停止位；波特率：DC---19.2K(异步)；DC--64K(同步)；完全双工、双缓冲器发送器接收器；误差检测---具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。关于8251A的结构和引脚功能，请大家参照有关书籍。8251A的初始化8251A的各种工作方式及工作进程都是用初始化及实时控制实现的°8251A的初始化编程分为两部分：方式指令和命令指令。方式指令方式指令字是指定为异步工作时的各位定义。如下表：D7D6D5D4D3D2D1D0SSEPPENLLBB212121方式指令字中各字段的含义为：S---停止位的位数；EP---偶校验产生/检查；PEN---奇偶校验;L---字符长度；B---波特率因子命令指令字命令指令字的格式如下表：D7D6D5D4D3D2D1D0EHIRRTSERSBRKRxEDTRTxEN方式指令与命令指令都是由CPU作为控制字写入的。

串口通讯一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。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:帝偶起止式异步协议的帧格式帝偶0/1(VI10010/10/10/110/10/10/1100/10/111.1‘1榜验起始仕7仲媲押图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01位数据位逻辑0或15位、6位、7位、8位校验位逻辑0或1位或无

停止位逻辑11位，1.5位或停止位逻辑11位，1.5位或2位注：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（0100,01015），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。k校主牢榭雉阡柄zzmuLUumarm、瞄始位□7-.D«r敢据证』先长送DO位?.奇蠢校Ift但S：择止杭图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。（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）本恒信息全部接收完，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，开始进入下一恒的检测。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。“模拟”和“数字”所谓“模拟”，是指把某一个量用与它相对应的连续的物理量来表示；所谓“数字”，是指把某一个量用与它相当的离散的（不连续的）数字来表示。以用于计时的钟表为例，指针式钟表是以指针的连续走动指示时间，所以它是一种“模拟”方式；相反，数字式钟表每隔一定时间跳一个数，是一种非连续计时方式，即“数字”方式。电信是用电信号进行远距离传递信息的过程。这个过程的主要内容就是首先要把信息转变成电信号，然后再通过有线或无线方式传送出去。电信号有两种不同的类型，一种叫做“模拟信号”，另一种叫做“数字信号”。什么叫“模拟信号”？以电话为例加以说明。在电话通信中，传送的信息是发话人（信源）的声音。声音是由振动发出的。声波通过送话器（变换器）转变成跟随声音的强弱变化而变化的电信号，由于该信号是“模拟”声音变化的，因此叫做“模拟信号”。这个模拟信号通过线路（信道）传送到对方，再通过受话器（反变换器）转变为原来的声音，为受话人（信宿）所听到。模拟信号的特点是它连续地“模拟”着信息的变化，信号的波形在时间上是连续的，所以又可称之为“连续信号”。原始的电话、传真、电视的信号都是模拟信号。用模拟信号传送信息的通信叫做“模拟通信”。“数字信号”是什么？这可以用电报通信为例来说明。早期的莫尔斯电报，其电报信号是用“点”和“划”组成的电码（叫做莫尔斯电码）来代表文字和数字。如果用有电流代表“1”、无电流代表“0”，那么“点”就是1、0，“划”就是1、1、1、0。莫尔斯电码是用一点一划代表A，用一划三点代表B，所以A就是101110，B就是1110101010……。数字信号是数字形式的信号，它的特点是离散的、不连续的。用数字信号传送信息的通信就叫做数字通信，现代电子计算机输入、输出的信号以及它所处理的信号都是离散信号，是速率非常高的数字信号。所以计算机之间的通信也是数字通信。数字通信可以传送符号、数字、数据等数字信号。也可以传送经数字化处理后的话音、图像等模拟信号。模拟信号转变为数字信号的过程叫做“模数变换”；相反，数字信号转变为模拟信号的过程称“数模变换”。关于调制解调器的问答（二）博正一、串行传送和并行传送有什么区别？串行传送和并行传送的区别是对于要传送的数据是一位一位地传送，还是若干位（通常是一个字节，即8位）同时传送。因为计算机中的数据以字节为单位进行存储，所以在并行传送时，一般一次传送一个字节。而采用串行传送时，必须先进行并串转换，然后再一位一位地传送。显然，并行传送的速率要比串行传送要高。但是，由于并行传送要求有多条线路，因此当传送距离稍远一点时，就变得很不实际了。所以在一般情况下，只采用串行传送。一般的微型计算机都提供外接的串行接口和并行接口。调制解调器一般接到串行接口上，其他常见的外设，如鼠标器、扫描仪、绘图仪等，也通过串行接口接入。只有打印机采用并行接口。二、什么是同步通信？什么是异步通信？在串行通信中，由于是一位一位地进行数据传送。为了把每个字节区别开来，需要收发双方在传送数据的串行信息流中，加入一些标记信号位。根据所添加的标记信号位的不同方式，分成同步通信和异步通信两种。异步通信在添加标记信号位时，把所传送的数据以字节为单位。每个字节前加上一位起始位，每个字节的后面加上停止位，停止位可以是1位、1.5位或2位。有时，还要加上一位奇偶检验位。1（起始位）+2（停止位）+1（奇偶校验位）K4位标记信号位。这样，异步通信方式的效率就比较低。同步通信是把所传送的数据以多个字节（100字节以上）为单位，在其前后添加标记信号。可见，同步通信效率较高。一般高速数据通信都采用同步通信。三、rs—232接口包拉什么内容？rs—232接口是美国电子工业协会（electronicindustriesassociation，eia）制定的，它规定了数据终端设备dte和数据电路设备dce之间如何进行连接。rs代表推荐标准，232是一个编号。调制解调器和微型计算机之间的连接都是经过rs—232接口实现的。rs—232接口标准主要包括以下4个方面的内容：1、机械特性规定了接口的形状和尺寸、引线数目多。例如，rs—232接口有25针，分上下两排排列。2、电气特性规定了多条线路电平电压的范围。例如，rs-232接口用低于一3v的电压表示“1”，用高于4v的电压表示“0”。3、功能特性规定了每条线的连接方法及其信号的意义。4、规程特性规定了各种可能事件的出现时序。四、rs—232接口是如何工作的？下面以发送数据为例，说明rs—232接口的工作过程：1、建立通信链路当dte（即微型计算机）要发送数据时，把cd线置成“0”（高电平），通知dce（即调制解调器），计算机已处于通信就绪状态。调制解调器响应该信号，把cc线置为高电平来回答计算机，调制解调器已接入远程通信线路，准备好通信。计算机得到调制解调器的响应信号后，把ca线置成高电平，通知调制解调器，它请求发送数