第3章 串行口通信編程基礎(chǔ).doc

第3章串行口通信編程基礎(chǔ)15第3章串行口通信編程基礎(chǔ)3.1基本概念3.1.1串行口通信-同步傳輸和異步傳榆（1）同步傳輸方式采用同步傳輸時(shí)，將許多字符組成一個(gè)信息組，這樣，字符可以一個(gè)接一個(gè)地傳輸，但是，在每組信息(通常稱為幀)的開始要加上同步字符，在沒有信息要傳輸時(shí)，要填上空字符，因?yàn)橥絺鬏敳辉试S有間隙。在同步傳輸過程中，一個(gè)字符可以對(duì)應(yīng)5-8bits。當(dāng)然，對(duì)同一個(gè)傳輸過程，所有字符對(duì)應(yīng)同樣的比特?cái)?shù)，比如說(shuō)n比特。這樣，傳輸時(shí)，按每n比特劃分為一個(gè)時(shí)間片，發(fā)送端在一個(gè)時(shí)間片中發(fā)送一個(gè)字符，接收端則在一個(gè)時(shí)間片中接收一個(gè)字符。同步傳輸時(shí)，一個(gè)信息幀中包含許多字符，每個(gè)信息幀用同步字符作為開始，一般將同步字符和空字符用同一個(gè)代碼。在整個(gè)系統(tǒng)中，由一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘控制發(fā)送端酌發(fā)送和空字符。接收瑞當(dāng)然是應(yīng)該能識(shí)別同步字符的，當(dāng)檢測(cè)到有一串比特和同步字符相匹配時(shí)，就認(rèn)為開始一個(gè)信息幀，于是，把此后的比特作為實(shí)際傳輸信息來(lái)處理。（2）異步傳輸方式異步傳輸方式指比特被劃分成小組獨(dú)立傳送。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。異步傳輸存在一個(gè)潛在的問題，即接收方并不知道數(shù)據(jù)會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。在它檢測(cè)到數(shù)據(jù)并作出響應(yīng)之前，第一個(gè)比特已經(jīng)過去了。因此這個(gè)問題需要通過通信協(xié)議加以解決。如每次異步傳輸都以一個(gè)開始比特開頭它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)了。這就給了接收方響應(yīng)、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時(shí)間。在傳輸結(jié)束時(shí)，一個(gè)停止比特表示一次傳輸?shù)慕K止。異步傳輸被設(shè)計(jì)用于低速設(shè)備，比如鍵盤和某些打印機(jī)等。另外，它的開銷也比較多。如使用終端與一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。按下一個(gè)字母鍵、數(shù)字鍵或特殊字符鍵就發(fā)送一個(gè)8blt的ASC代碼。在這種情況下，為解決接收問題每8bits就多傳送2bits。這樣，總的傳輸負(fù)載就增加25。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸量很小的低速設(shè)備來(lái)說(shuō)，這影響不大。但對(duì)于那些數(shù)據(jù)傳翰量很大的高速設(shè)備來(lái)說(shuō)，25的負(fù)載增值就相當(dāng)嚴(yán)重了。燕山大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文163.1.2單工、雙工和全雙工通信在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站如(終端和微機(jī))之間進(jìn)行傳送,按照數(shù)據(jù)流的方向可分成3種基本的傳送方式：?jiǎn)喂?雙工和全雙工,3種傳輸方式的示意如圖23所示。（1）單工單工通信使用一根導(dǎo)線,信號(hào)的發(fā)送方和接收方有明確的方向性。也就是說(shuō)一個(gè)方向上進(jìn)行。這樣的例子很多，包搞機(jī)場(chǎng)監(jiān)視器、打印機(jī)、電視機(jī)。（2）半雙工若使用同一根傳輸線既作接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上傳送，但通信雙方不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式就是半雙工制。采用半雙工方式時(shí)，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)接到通信線上，進(jìn)行方向的切換，因此，會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲。收發(fā)開關(guān)實(shí)際上是由軟件控制的電子開關(guān)。當(dāng)計(jì)算機(jī)主機(jī)用串行接口連接顯示終端時(shí)，在半雙工方式中，輸入過程和輸出過程使用同一通路。有些極算機(jī)和顯示終端之間采用半雙工方式工作，這時(shí)從鍵盤上輸入的字符在發(fā)送到主機(jī)的同時(shí)就被送到終端上顯示出來(lái)，而不是用回送的辦法，這樣就避免了接收過程和發(fā)送過程同時(shí)進(jìn)行的悄況。目前多數(shù)終端和串行接口都為半雙工方式提供了換向能力，也為全以下方式提供了兩條獨(dú)立的引腳.實(shí)際使用時(shí)一般并不需要通信雙方同時(shí)既發(fā)送又接收，像打印機(jī)這類的單問傳送設(shè)備,半雙上甚至單工就能勝任，也無(wú)需倒向。（3）全雙工當(dāng)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時(shí),通信雙方能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作。這樣的傳送方式就是全雙工制。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。全雙工方式無(wú)需進(jìn)行方向的切換，因此，沒有切換操作所產(chǎn)生的時(shí)間延遲，這對(duì)那些不能有時(shí)間延誤的交互式應(yīng)用(例如遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng))十分有利。這種方式要求通信雙方均有發(fā)送器和接收器，同時(shí)，需要兩根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號(hào)(可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線)。比如，計(jì)算機(jī)主機(jī)(設(shè)備一)用串行接口連接顯示終端，而顯示終端帶有鍵盤(兩者成為一體，為另一設(shè)備)。這樣，一方面鍵盤上輸入的字符送到主機(jī)內(nèi)存；另一方面，主機(jī)內(nèi)存的信息可以送到屏幕顯示。通常，往鍵盤第3章串行口通信編程基礎(chǔ)17上輸入一個(gè)字符以后，先不顯示，計(jì)算機(jī)主機(jī)收到字符后，立即回送到終端，然后終端再把這個(gè)字符顯示出來(lái)。這樣，前一個(gè)字符的回送過程和后一個(gè)字符的輸入過程是同時(shí)進(jìn)行的，即工作于全雙工方式。3.1.3數(shù)據(jù)編碼計(jì)算機(jī)是一種數(shù)字設(shè)備它通過接通和斷開固化在芯片上的微小電子開關(guān)來(lái)工作。所有的開關(guān)都只有兩種狀態(tài)：開或關(guān)。用符號(hào)o或1表示比特，它是計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)的最小的信息單元。每個(gè)比特只能存儲(chǔ)0或1這兩個(gè)截然不同的微小信息單元，當(dāng)它們單獨(dú)存在時(shí)并沒有多大作用。但如果把它們放到一起，就會(huì)產(chǎn)生很多0和1的不同組合。比如說(shuō)，兩個(gè)比特就可以有4種不同的組合(OO、01、10和11)。n個(gè)比特就有2n個(gè)組合。因此，可以將種組合與某個(gè)確定的內(nèi)容，比如一個(gè)字符或是一個(gè)數(shù)字聯(lián)系起來(lái)，這種聯(lián)系一般稱為編碼。下面我們討論幾種常用的編碼方案。廣為流行的編碼是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼。這是一種7bits編碼，它為每一個(gè)鍵盤字符和一些特殊功能分配一個(gè)唯一的組合。大多數(shù)Pc，和很多其他的計(jì)算機(jī)都使用這種編碼。每一個(gè)代碼對(duì)應(yīng)一個(gè)可打印或不可打印字符?？纱蛴∽址ㄗ帜浮?shù)字，以及逗號(hào)、括號(hào)和問號(hào)等特殊的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。不可打印并不是指那些禁止在報(bào)紙、電視或私人牌照亡出現(xiàn)的文字。它指的是某些代碼，被用來(lái)表示一個(gè)特殊的功能，比如換行字符、制表符、回車等。第二種最常用的編碼是擴(kuò)展的二進(jìn)制表示的十進(jìn)制編碼BCD碼，它主要用于IBM大型機(jī)和外圍設(shè)備。它是一種7bits代碼，因此包含256個(gè)不同字符。和ASCII碼一樣，它也有可打印字符和不可打印字符。比如，字母M的BCD碼為11010100。和前面一樣，可以把它看成1101-0100，并寫出代碼的十六進(jìn)制格式D4。3.1.4數(shù)據(jù)安全和完整串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息出錯(cuò)。這種情況下，出現(xiàn)了誤碼。把如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤叫“檢錯(cuò)”。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除錯(cuò)誤叫“糾錯(cuò)”。（1）奇偶校驗(yàn)大多數(shù)措誤檢測(cè)技術(shù)都發(fā)送其值與數(shù)據(jù)相關(guān)的附加比特。這樣，當(dāng)數(shù)據(jù)彬改變時(shí)，附加比特將之值不再與新數(shù)據(jù)相符(至少理論燕山大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文18上如此)。也許最常用的方法是奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）、奇偶校驗(yàn)計(jì)算數(shù)據(jù)中為1的比特的個(gè)數(shù)，再增加一個(gè)階加比特，使得1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)。該附加比特就叫做奇偶比特(ParityBit)。奇校驗(yàn)所有傳送的比特(含字符的各比特和校驗(yàn)比特)中，“1”的個(gè)數(shù)為奇。則按照這種規(guī)則。上例可表示為：00100，0101偶校驗(yàn)所有傳送的比特(含字符的各比特和校驗(yàn)比特)中，“1”的個(gè)數(shù)力偶數(shù)。上例同樣可以表示為：10100，0101奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)出信息傳輸過程中的部分誤碼(lbit誤碼能檢出1，2bits及2bits以上誤碼不能檢出)，不能糾錯(cuò)。在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，只能要求重發(fā)。但由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，仍得到了廣泛使用。（2）循環(huán)冗余校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)本身是不太可靠的然而，如果把幀組合成兩維比特陣列、每次發(fā)送一列。那么，奇偶校驗(yàn)就很可靠了。該方法的一個(gè)問題是，只有在所有列J都發(fā)送先畢后，錯(cuò)誤才能檢測(cè)出來(lái)。因此，接收方不知道那個(gè)列是不正確的。這樣就無(wú)從選擇，只有重發(fā)所打列對(duì)于單個(gè)鉛誤這是個(gè)很大的額外工作。若列重發(fā)時(shí)又發(fā)生f錯(cuò)誤，問題就復(fù)雜了。循外冗余校驗(yàn)(CRC，cyclicRedundancycheck)是一種將每個(gè)比特串看作一個(gè)多項(xiàng)式，通過多項(xiàng)式除法來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤的方法。通常，這種方法將比特串bnb1nb2nb3nb2b1b0解釋成多項(xiàng)式bnxnb1nx1nb2nx2nb2x2b1x1b0x0CRC的基本步驟為：（1）事先約定的生成多項(xiàng)式G(x)。（2）給定一個(gè)比特串，在其尾部追加幾個(gè)0(0的個(gè)數(shù)等于G（X）的次數(shù))形成