《串行通信數(shù)據(jù)格式》PPT課件.pptx

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1、串行通信數(shù)據(jù)格式.發(fā)送和接收時(shí)序 醫(yī)電02 龍韜臣 1.異步（用于單片機(jī)）通信數(shù)據(jù)格式.發(fā)送和接收時(shí)序。 2.同步（計(jì)算機(jī)內(nèi)部）通信數(shù)據(jù)格式.發(fā)送和接收時(shí)序。 異步通信數(shù)據(jù)格式一般為字符格式一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，每個(gè)字符一位一位地傳輸，并且傳輸一個(gè)字符時(shí)，總是以“起始位”開始，以“停止位”結(jié)束,字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求。每一個(gè)字符的前面都有一位起始位（低電平，邏輯值），字符本身由5-7位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是一位校驗(yàn)位（也可以沒有校驗(yàn)位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定長(zhǎng)的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平（邏輯值），這樣就保證起始位開始處一定有一個(gè)下跳沿。傳送

2、速度一般在509600波特范圍內(nèi)，用于傳送信息量不大，傳送速率要求較低的場(chǎng)合。波特率：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳送2進(jìn)制位數(shù)，以位/秒為單位。1.5本質(zhì)含義是信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間，故可有分?jǐn)?shù)位。 異步通信數(shù)據(jù)格式： 第n-1位 | | |n+1位 | |空閑位| | 七位數(shù)據(jù) | （停止位） 起始位 奇偶校驗(yàn)位（可有可不有） 一位時(shí)間取決于波特率1 1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1 1 0 接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘與波特率有如下關(guān)系：F = n B 這里F 是發(fā)送時(shí)鐘或接收時(shí)鐘的頻率; B 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?n 稱為波特率因子。設(shè)發(fā)送或接收時(shí)鐘的周期為Tc，頻率為F的

3、位傳輸時(shí)間為Td，則： Tc = 1/F , Td = 1/B 得到： Tc = Td /n 在實(shí)際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送時(shí)，n = 1，16，64，實(shí)際常采用n = 16，即發(fā)送或接收時(shí)鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高n倍。在同步通信時(shí)，波特率因子n必須等于1。 例：傳送8位數(shù)據(jù)45H（0100,0101B），奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，則信號(hào)線上的波形象圖2所示那樣：異步通信的速率：若9600bps，每字符8位，1起始，1停止，無奇偶，則實(shí)際每字符傳送10位，則960字符/秒。 異步通信數(shù)據(jù)格式： 第n-1位 | | |n+1位 | |空閑位| | 七位數(shù)據(jù) | （停止位） 起始

4、位 奇偶校驗(yàn)位（可以沒有校驗(yàn)位） 一位時(shí)間取決于波特率1 1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1 1 0 2、異步通信的發(fā)送過程 發(fā)送端以“發(fā)送時(shí)鐘”和“波特率因子”決定一位的時(shí)間長(zhǎng)度。 （1）當(dāng)初始化后，或者沒有信息需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，即空閑位，空閑位可以有任意數(shù)量。 （2）當(dāng)需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端首先輸出邏輯0，作為起始位。 （由CPU控制？）（3）接著，發(fā)送端首先發(fā)送D0位，直到各數(shù)據(jù)位發(fā)送完。 （4）如果需要的話，發(fā)送端輸出校驗(yàn)位。 （5）最后，發(fā)送端輸出停止位（邏輯1）。 （6）如果沒有信息需要發(fā)送時(shí)，發(fā)送端輸出邏輯1，即空閑位，空閑

5、位可以有任意數(shù)量。如果還有信息需要發(fā)送，轉(zhuǎn)入第（2）步。 3.異步通信的接收過程 接收端以“接收時(shí)鐘”和“波特率因子”決定一位的時(shí)間長(zhǎng)度。下面以波特率因子等于16（接收時(shí)鐘每16個(gè)時(shí)鐘周期，使接收移位寄存器移位一次）、正邏輯為例說明，如圖3所示。 圖3 （1）開始通信時(shí)，信號(hào)線為空閑（邏輯1）,當(dāng)檢測(cè)到由1到0的跳變時(shí)，開始對(duì)“接收時(shí)鐘”計(jì)數(shù)。 （2）當(dāng)計(jì)到8個(gè)時(shí)鐘時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若仍為低電平，則確認(rèn)這是“起始位”B，而不是干擾信號(hào)。 （3）接收端檢測(cè)到起始位后，隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)。若為邏輯1, 作為數(shù)據(jù)位1；若為邏輯0，作為數(shù)據(jù)位0。 （4

6、）再隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)。.，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。 （5）檢測(cè)校驗(yàn)位P（如果有的話）。 （6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位后,通信接口電路希望收到停止位S(邏輯1)，若此時(shí)未收到邏輯1，說明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯(cuò)誤”標(biāo)志。若沒有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中送數(shù)據(jù)輸入寄存器。若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯(cuò)標(biāo)志。 （7）本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。 （8）當(dāng)信號(hào)再次變?yōu)榈蜁r(shí)，開始進(jìn)入下一幀的檢測(cè)。 接收端為實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，可以執(zhí)行以下步驟： 在接收端設(shè)置一采樣時(shí)鐘頻率(此頻

7、率是接收頻率的16倍）計(jì)數(shù)器，當(dāng)檢測(cè)到起始位下降沿時(shí)，將其清零，并開始對(duì)采樣時(shí)鐘計(jì)數(shù)，即每來一個(gè)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器加1。 當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到8時(shí)，表示已到達(dá)起始位的中間位置，此時(shí)采樣值為0，說明是真正的起始位（這個(gè)有必要？），同時(shí)將計(jì)數(shù)器清零；若采樣值不為0，則說明一開始檢測(cè)到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干擾，此次檢測(cè)應(yīng)作廢，計(jì)數(shù)器清零，并重新開始檢測(cè)起始位。 檢測(cè)到真正的起始位后，計(jì)數(shù)器清零，以后每次計(jì)到16時(shí)，便采樣收到的信號(hào)波形（即每一位的中間），將采到的數(shù)值暫存起來，同時(shí)將計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)，直至最后的停止位被采樣。 如果停止位采樣正確（為1），則字符被接收，并由暫存器裝入寄存器。若停

8、止位采樣值為0，說明同步或傳輸有問 題，此次采樣所得字符作廢,不被接收。 單片機(jī)的串行通信工作方式SM0、SM1選擇四種工作方式。（1）方式0：同步移位寄存器方式 用于擴(kuò)展并行I/O接口。 1. 一幀8位，無起始位和停止位。 2. RXD：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。 TXD：同步脈沖輸出端，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)位。 3. 波特率B = fosc/12 如： fosc=12MHz，B=1MHz，每位數(shù)據(jù)占1s。 4. 發(fā)送過程：寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收過程：REN=1且RI=0，啟動(dòng)接收，一幀接收完畢，RI=1。 時(shí)序圖： 對(duì)于以上發(fā)送、接收過程應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）接收

9、端總是在每個(gè)字符的頭部（即起始位）進(jìn)行一次重新定位，因此發(fā)送端可以在字符之間插入不等長(zhǎng)的空閑位，不影響接收端的接收。 （2）發(fā)送端的發(fā)送時(shí)鐘和接收端的接收時(shí)鐘，其頻率允許有一定差異，當(dāng)頻率差異在一定范圍內(nèi)，不會(huì)引起接收端檢測(cè)錯(cuò)位，能夠正確接收。并且這種頻率差異不會(huì)因多個(gè)字符的連續(xù)接收而造成誤差累計(jì)（因?yàn)槊總€(gè)字符的開始（起始位處）接收方均重新定位）。只有當(dāng)發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘頻率差異太大，引起接收端采樣錯(cuò)位，才造成接收錯(cuò)誤。 ？（3）起始位、校驗(yàn)位、停止位、空閑位的信號(hào)，由“發(fā)送移位寄存器”自動(dòng)插入。在接收方，“接收移位寄存器”接收到一幀完整信息（起始、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)、停止）后，僅把數(shù)據(jù)的各位送至“數(shù)

10、據(jù)輸入寄存器”，即CPU從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀得的信息，只是有效數(shù)字，不包含起始位、校驗(yàn)位、停止位信息。 同步通信：同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時(shí)傳送字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。 同步通信使用的數(shù)據(jù)格式根據(jù)采用的控制規(guī)程（通信雙方就如何交換信息所建立的一些規(guī)定和過程稱為通信控制規(guī)程),可分為面向字符型和面向位(bit)型兩種，面向字符型數(shù)據(jù)格式又有單同步，雙同步，和外同步之分。三個(gè)同步方式均以2個(gè)字節(jié)的冗余檢驗(yàn)碼CRC作為一幀信息的結(jié)束。 單同步：發(fā)送方先傳送1個(gè)同步字符，

11、再傳送數(shù)據(jù)塊，接收方檢測(cè)到同步字符后接收數(shù)據(jù)；（同步字符和數(shù)據(jù)塊的區(qū)別） 雙同步：發(fā)送方先傳送2個(gè)同步字符，再傳送數(shù)據(jù)塊，接收方檢測(cè)到同步字符后接收數(shù)據(jù)；外同步：用一條專用線來傳送同步字符，以實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方同步操作。 面向字符的同步協(xié)議（IBM的BSC協(xié)議）該協(xié)議規(guī)定了10個(gè)特殊字符（稱為控制字符）作為信息傳輸?shù)臉?biāo)志。其格式為：SYN SOH 標(biāo)題STX 數(shù)據(jù)塊ETB/ETX 塊校驗(yàn)SYN：同步字符（Synchronous character），每幀可加1個(gè)（單同步）或2個(gè)（雙同步）同步字符。SOH：標(biāo)題開始（Start of Header）。標(biāo)題：Header，包含源地址（發(fā)送方地址）、目的地

12、址（接收方地址）、路由指示。（這些都不太懂）STX：正文開始（Start of Text）。數(shù)據(jù)塊：正文（Text），由多個(gè)字符組成。ETB:塊傳輸結(jié)束（end of transmission block），標(biāo)識(shí)本數(shù)據(jù)塊結(jié)束。ETX：全文結(jié)束（end of text），（全文分為若干塊傳輸）。塊校驗(yàn)：對(duì)從SOH開始， 直到ETB/ETX字段的檢驗(yàn)碼。 面向字符的同步協(xié)議： 面向位時(shí)，將數(shù)據(jù)塊看作數(shù)據(jù)流，并用序列01111110作為開始和結(jié)束標(biāo)志。為了避免在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)序列01111110時(shí)引起的混亂，發(fā)送方總是在其發(fā)送的數(shù)據(jù)流中每出現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的l”就插入一個(gè)附加的“0”；接收方則每檢測(cè)到5個(gè)連

13、續(xù)的“1”并且其后有一個(gè)“0”時(shí)，就刪除該“0”。典型的面向位的同步協(xié)議如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC和IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC。 3、面向 、面向 bit 的同步協(xié)議（ ISO 的 HDLC ）一幀信息可以是任意位，用位組合標(biāo)識(shí) 幀的開始和結(jié)束。 幀格式為： 幀格式為：F場(chǎng) A場(chǎng) C場(chǎng) I場(chǎng) FC 場(chǎng) F場(chǎng)F場(chǎng) ：標(biāo)志;作為 一幀的開始和結(jié)束，標(biāo)志字符8位， 01111110 。A場(chǎng)：地址，規(guī)定接收方可為 8的整倍位。接收方檢查每個(gè)地址字節(jié)第 1位，如果為 0 ，則后邊跟著另一個(gè)地址字節(jié)。若為 1 ，則該字節(jié)為最后一個(gè)地址。 C場(chǎng)：控制場(chǎng)。指示信息場(chǎng)的類

14、型，8位或16位。若第1字節(jié)的第1位為0，則還有第2個(gè)字節(jié)也是控制場(chǎng)。 I場(chǎng)：信息場(chǎng)。要傳送的數(shù)據(jù)。 FC場(chǎng)：幀校驗(yàn)場(chǎng)。16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC。除F場(chǎng)和自動(dòng)插入的0位外，均參加CRC計(jì)算。 串口通訊-同步通信方式同步通信方式的特點(diǎn)：采用同步通信時(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)58位。當(dāng)然，對(duì)同一個(gè)傳輸過程，所有字符對(duì)應(yīng)同樣的數(shù)位，比如說n位。這樣，傳輸時(shí)，按每n位劃分為一個(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，

15、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)送端的發(fā)送和空字符用同一個(gè)代碼。接收端當(dāng)然是應(yīng)該能識(shí)別同步字符的，當(dāng)檢測(cè)到有一串?dāng)?shù)位和同步字符相匹配時(shí)，就認(rèn)為開始一個(gè)信息幀，于是，把此后的數(shù)位作為實(shí)際傳輸信息來處理。 QQ中的同步和異步通信：我們用的文件傳輸功能可以看成是同步通信的典范。首先傳文件的雙方必須都說好一個(gè)傳文件的時(shí)間，如果雙方有一個(gè)不在線上，就不能傳送。其次，發(fā)送方發(fā)送文件命令后，接收方要確認(rèn)一下是否接收，這就是個(gè)建立文件傳輸連接的過程。一旦傳輸開始，所有文件數(shù)據(jù)就必須連續(xù)的傳輸過去，任何中斷都將導(dǎo)致傳輸失敗。而異步通信的例子就是我們用的最多的qq發(fā)送文字形式的聊天。比如A要發(fā)給B一個(gè)文字消息：“在嗎？”。這時(shí)B有可能不在線上，但這消息并不馬上就丟失，只要B在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（比如幾天）打開qq，登錄上線就能收到這條消息。但與同步通信相同的一點(diǎn)：發(fā)送方必須指明發(fā)送對(duì)象才能保證異步通信的正確性。如果明明要給B發(fā)消息，卻打開C的對(duì)話框發(fā)送本該給B的消息，那B永遠(yuǎn)都接收不了這一消息了。 Thats allThank you!