串行通信的基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

單片機(jī)與單片機(jī)或與其他計(jì)算機(jī)之間通常有兩種信息交換方式：并行通信和串行通信。

1.串行通信與并行通信的比較

在并行通信中，數(shù)據(jù)的所有二進(jìn)制位在多條并行的傳輸線上同時(shí)傳送，如圖4-14a所示。在串行通信中，數(shù)據(jù)的所有二進(jìn)制位在一條傳輸線上一位一位地按順序逐個(gè)傳送，如圖4-14b所示。

圖4-14兩種通信方式

a)并行通信b)串行通信

并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快、效率高，缺點(diǎn)是傳輸線較多、長距離傳輸?shù)某杀据^高并且可靠性差，只適用于近距離傳輸。與并行通信相比，串行通信的缺點(diǎn)是速度慢、效率低，優(yōu)點(diǎn)是傳輸線較少、長距離傳輸?shù)某杀据^低，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。

2.串行通信的數(shù)據(jù)傳輸模式

根據(jù)數(shù)據(jù)流的方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種傳輸模式，如圖4-15所示。

圖4-15串行通信的傳輸模式

a)單工b)半雙工c)全雙工

在單工模式下，數(shù)據(jù)僅能從發(fā)送器傳送至接收器，傳輸方向單一，不能反方向傳輸。在半雙工模式下，僅有一根數(shù)據(jù)傳輸線，數(shù)據(jù)可以沿兩個(gè)方向傳輸，但在任意時(shí)刻數(shù)據(jù)僅能沿一個(gè)方向傳輸。在全雙工模式下，通信設(shè)備之間有兩根傳輸線，可以同時(shí)完成兩個(gè)不同方向的數(shù)據(jù)傳輸。

3.串行通信的速度

串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速度被稱為波特率(Baudrate)，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位的個(gè)數(shù)，單位為位/秒(bit/s)。例如，若單片機(jī)每秒鐘傳送960個(gè)字符，而每個(gè)字符包含10位(bit)，則傳輸波特率為960×10bit/s=9600bit/s=9600波特。常用波特率有2400波特、4800波特、9600波特、19200波特、38400波特和115200波特等。

串行通信的類型

串行通信又分為異步通信和同步通信兩種類型。

(1)異步串行通信

在異步通信中，數(shù)據(jù)以字符為單位在一根傳輸線上傳送。同一字符中各位之間的傳輸時(shí)間間隔是固定的。相鄰字符之間的傳輸時(shí)間間隔由發(fā)送方控制，是不固定的，既可以連續(xù)傳送，也可以間斷傳送。

由于字符之間的傳輸時(shí)間間隔不固定，所以必須在字符傳輸時(shí)附加必要的格式信息，以便接收方判斷字符傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。附加了格式信息的字符數(shù)據(jù)被稱作字符幀。一個(gè)字符幀通常包含起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位，相鄰字符幀之間的是空閑位，如圖4-16所示。字符幀中各位的作用如下：

圖4-16異步串行通信的字符幀格式

1)起始位：字符幀的起始位，為低電平“0”，代表一個(gè)完整字符幀的開始。

2)數(shù)據(jù)位：包含5~8位，在起始位之后，按低位在前、高位在后的順序傳輸。

3)奇偶校驗(yàn)位：只占用一位，在數(shù)據(jù)位之后，可以沒有該位。奇偶校驗(yàn)的功能也可以被其他功能取代，例如，在串口的多機(jī)通信中，可以用該位指示字符幀傳送的是從機(jī)地址(即從機(jī)編號(hào))還是實(shí)際數(shù)據(jù)。

4)停止位：以高電平“1”表示一個(gè)字符幀的結(jié)束，停止位可以占1位或2位。

5)空閑位：不傳送數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸線上傳送空閑位，為高電平“1”。傳輸線上由空閑位“1”變?yōu)槠鹗嘉弧?”時(shí)，開始傳送一個(gè)新的字符幀。

在異步通信中，為保證通信成功，數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方必須采用的相同的波特率。

(2)同步串行通信

同步通信將若干個(gè)數(shù)據(jù)字符連接成數(shù)據(jù)塊，以數(shù)據(jù)塊為單位傳送信息。如圖4-17所示，同步通信的字符幀由同步字符、數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)字符三部分構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)字符個(gè)數(shù)由傳輸任務(wù)決定，不受限制;同步字符的個(gè)數(shù)為1個(gè)(單同步字符)或2個(gè)(雙同步字符);校驗(yàn)字符有1或2個(gè)，用于接收端驗(yàn)證接收數(shù)據(jù)的正確性。在同步通信中，接收方和發(fā)送方必須采用精確、同步的時(shí)鐘和相同的波特率。同步通信速度遠(yuǎn)高于異步通信。

圖4-17同步串行通信格式