《串口通信》PPT课件.ppt
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1、 第三讲第三讲 串口通信串口通信10/26/20221主要内容主要内容1.串行通信的基本概念串行通信的基本概念2.串行通信协议串行通信协议3.串行接口标准串行接口标准4.MSComm控件控件5.使用使用MSComm控件编程控件编程10/26/202221.串行通信的基本概念串行通信的基本概念n计算机系统中两个功能模块之间的信息交换有两种方式:计算机系统中两个功能模块之间的信息交换有两种方式:并行通信与串行通信。并行通信与串行通信。n串行通信串行通信:数据通过数据通过一根数据线一根数据线进行发送和接收,其特进行发送和接收,其特征是把各个二进制位连成串,一位一位地传送。征是把各个二进制位连成串,一
2、位一位地传送。n并行通信并行通信:数据的各位通过数据的各位通过若干根数据线若干根数据线同时进行发送同时进行发送和接收。和接收。10/26/202231.1并行通信并行通信n并行通信:并行通信:在一些联络信号的控制下,一次将在一些联络信号的控制下,一次将8位,位,16位或位或32位数据位数据同时进行传送。并行通信中传输线数量没有限制,除了数据线外还同时进行传送。并行通信中传输线数量没有限制,除了数据线外还应有应有通信联络控制线通信联络控制线。n完成并行通信的接口电路称为并行接口。完成并行通信的接口电路称为并行接口。n优点:优点:通信速率高,适用于近距离高速通信场合,如微机系统中通信速率高,适用于
3、近距离高速通信场合,如微机系统中CPU与存储器、与存储器、I/O端口之间。端口之间。n缺点:缺点:n数据线多,联络控制线也多,需要定时同步,通信成本高。数据线多,联络控制线也多,需要定时同步,通信成本高。n随着通信距离的增加,干扰严重,通信质量下降。随着通信距离的增加,干扰严重,通信质量下降。10/26/202241.2串行通信串行通信n串行通信:串行通信:一条信息的各位数据被一条信息的各位数据被逐位按顺序传送逐位按顺序传送。数据的各位按照。数据的各位按照时间顺序依次传送,最少只需一根传输线即可完成,如时间顺序依次传送,最少只需一根传输线即可完成,如8位数据分位数据分8次次传送。发送方需要将数
4、据按二进制位进行分解,一位、一位地分时经传送。发送方需要将数据按二进制位进行分解,一位、一位地分时经过单条数据线传送。接收方需要一位一位地从单条数据线上接收数据,过单条数据线传送。接收方需要一位一位地从单条数据线上接收数据,并且将它们重新组装成一个数据。并且将它们重新组装成一个数据。n完成串行通信的接口电路称为串行接口。完成串行通信的接口电路称为串行接口。n优点:优点:所需数据线少,通信成本低,传输距离远,串行通讯的距离可所需数据线少,通信成本低,传输距离远,串行通讯的距离可以从几米到几千米。如交换机、路由器配置线,以从几米到几千米。如交换机、路由器配置线,GPS接收机接口、电接收机接口、电子
5、地图接口子地图接口(Winsock、网线传数据)、网线传数据)。n缺点:缺点:速度较慢。速度较慢。10/26/202251.3串行通信串行通信VS并行通信并行通信n从理论上来说,并行通信的速率更高。从理论上来说,并行通信的速率更高。n从应用上看,无论从通信速度、造价还是通信质量上来看,现今的串行传输从应用上看,无论从通信速度、造价还是通信质量上来看,现今的串行传输方式都比并行传输方式更胜一筹。例如:方式都比并行传输方式更胜一筹。例如:USB取代取代IEEE1284,SATA取代取代PATA,PCIExpress取代取代PCI。n串行通信之所以被广泛采用,一个主要原因是可以在现有的电话网络上进行
6、串行通信之所以被广泛采用,一个主要原因是可以在现有的电话网络上进行信息的远距离传输,只需增加信息的远距离传输,只需增加Modem,便可以在电话网络上实现远程通信。,便可以在电话网络上实现远程通信。n并行传输技术遭遇发展困境。并行传输技术遭遇发展困境。10/26/20226主要内容主要内容1.串行通信的基本概念串行通信的基本概念2.串行通信协议串行通信协议3.串行接口标准串行接口标准4.MSComm控件控件5.使用使用MSComm控件编程控件编程10/26/202272.1串行通信协议串行通信协议n通信协议通信协议:指通信双方的一种约定。(在串行通信中,一根传输线:指通信双方的一种约定。(在串行
7、通信中,一根传输线上既传输数据信息又传送控制联络信息,所以需要一系列约定来识上既传输数据信息又传送控制联络信息,所以需要一系列约定来识别信息流中,哪一部分是联络信号,哪一部分是数据信号。)在约别信息流中,哪一部分是联络信号,哪一部分是数据信号。)在约定中对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检错方式以及定中对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检错方式以及控制字符作出统一的规定,通信双方必须共同遵守。控制字符作出统一的规定,通信双方必须共同遵守。n串行通信协议中,需要解决以下问题:串行通信协议中,需要解决以下问题:n双方约定的发送与接收速率(双方约定的发送与接收速率(波特率波特率,即位
8、,即位/秒);秒);n约定采用的数据格式(约定采用的数据格式(帧格式帧格式););n接收方怎样知道一批数据的开始、结束(即接收方怎样知道一批数据的开始、结束(即帧同步问题帧同步问题););n接收方怎样从数据流中采样每位数据(接收方怎样从数据流中采样每位数据(位同步位同步););n接接收收方方怎怎样样判判断断接接收收数数据据的的正正确确性性(数数据据校校验验),如如何何处处理理收收发发错误;错误;n解决这些问题的方法大体有解决这些问题的方法大体有同步通信同步通信与与异步通信异步通信两种。两种。10/26/20228n异异步步通通信信以以字字符符为为单单位位传传送送数数据据。为为了了解解决决帧帧同
9、同步步,每每个个字字符符都都附附加加了了一一些些控控制制信信息息,由由4部部分分组组成成:1位位起起始始位位(低低电电平平)、58位数据位、位数据位、1位奇偶校验位、位奇偶校验位、12位停止位(高电平)。位停止位(高电平)。n异异步步通通信信的的通通信信中中两两个个字字符符的的时时间间间间隔隔是是不不固固定定的的,而而在在同同一一字字符中两个相邻位代码间的间隔是固定的。符中两个相邻位代码间的间隔是固定的。2.2异步通信异步通信10/26/20229n只只要要接接收收方方检检测测到到数数据据线线上上出出现现了了由由高高电电平平向向低低电电平平的的跳跳变变,并并且且低电平能持续一段时间,就表明已经
10、接收到一帧数据的开始。低电平能持续一段时间,就表明已经接收到一帧数据的开始。n这这时时接接收收方方就就可可以以按按照照接接收收时时钟钟从从数数据据线线上上采采样样数数据据,直直到到接接收收到到了停止位,表明接收完一帧数据。了停止位,表明接收完一帧数据。n接收方还可以通过接收方还可以通过奇偶校验位奇偶校验位判断数据传送过程中是否出现错误。判断数据传送过程中是否出现错误。2.2异步通信异步通信奇偶校验奇偶校验在发送数据时,数据位尾随的在发送数据时,数据位尾随的1位为奇偶校验位(位为奇偶校验位(1或或0)。奇校验)。奇校验时,数据中时,数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数
11、;偶的个数之和应为奇数;偶校验时,数据中校验时,数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。的个数之和应为偶数。接收字符时,对接收字符时,对“1”的个数进行校验,若发现不一致,则说明传的个数进行校验,若发现不一致,则说明传输数据过程中出现了差错。输数据过程中出现了差错。10/26/202210n异异步步传传送送控控制制比比较较简简单单,对对发发送送与与接接收收时时钟钟要要求求不不很很严严格格(发发送送和和接接收收时时钟钟可可以以不不用用同同一一个个,所所以以不不必必传传送送时时钟钟信信号号),不不会会造造成成错错误误累累积积,但但是是由由于于每每个个数数据据在在传传送送时
12、时都都要要附附加加控控制制信信息息,约约有有20%的冗余。的冗余。n传送速率并不高,为传送速率并不高,为509600波特之间。波特之间。n由由于于异异步步通通信信每每次次发发送送一一个个字字符符都都加加起起始始位位及及停停止止位位,使使其其通通信信效率比较低,因此异步通信一般用在速率比较慢的场合。效率比较低,因此异步通信一般用在速率比较慢的场合。n异步串行接口特别适合于使用普通电话线进行远距离数据通信。异步串行接口特别适合于使用普通电话线进行远距离数据通信。2.2异步通信异步通信10/26/202211n同步通信以同步通信以数据块数据块为单位传送数据,为了解决帧同步,在每一批数据为单位传送数据
13、,为了解决帧同步,在每一批数据流之前,附加同步信息(流之前,附加同步信息(12个同步字符),最后以校验字符结束。个同步字符),最后以校验字符结束。n如果在数据传送过程中,发生数据断流(即发送方没有数据可发送)如果在数据传送过程中,发生数据断流(即发送方没有数据可发送)应以同步字符填充。应以同步字符填充。n接收方检测到协议要求的接收方检测到协议要求的12个同步字符后,就可以认为双方已经取个同步字符后,就可以认为双方已经取得一致,之后就可以在得一致,之后就可以在严格的时钟控制严格的时钟控制下采样数据线接收数据。同步采样数据线接收数据。同步通信对双方的时钟要求很严格通信对双方的时钟要求很严格,并且并
14、且容易造成错误累积容易造成错误累积。2.3同步通信同步通信10/26/202212n同步通信时发送时钟和接收时钟必须用同步通信时发送时钟和接收时钟必须用同一个同一个时钟信号以减少错误时钟信号以减少错误累积,所以,在发送数据的同时还需要将发送时钟信号发送给接收累积,所以,在发送数据的同时还需要将发送时钟信号发送给接收方作为接收时钟。方作为接收时钟。n同步通信可以根据校验字符判断所接收的一批字符是否在传送过程同步通信可以根据校验字符判断所接收的一批字符是否在传送过程中出现错误。中出现错误。n同步通信的传送同步通信的传送速率较高速率较高(通常其传送速率为(通常其传送速率为50几百千波特)。几百千波特
15、)。在高速传送时,一般应采用同步协议。在高速传送时,一般应采用同步协议。2.3同步通信同步通信10/26/2022132.4串行通信传输方式串行通信传输方式n串行通信的过程是将通信双方传输的数据序列变成电信号,在选定串行通信的过程是将通信双方传输的数据序列变成电信号,在选定的通信线路上完成传递。通常,将通信传输方式分为的通信线路上完成传递。通常,将通信传输方式分为信号传输方式信号传输方式和和线路传输方式线路传输方式两种。两种。n信号传输方式信号传输方式是指按信号原样传输的是指按信号原样传输的基波传输基波传输或利用原信号调制成或利用原信号调制成高频载波的高频载波的载波传输载波传输。n在近距离传输
16、时,广泛使用的是按信号原样传输的基波传输方在近距离传输时,广泛使用的是按信号原样传输的基波传输方式。如式。如RS-232,RS-485等通信方式。这种方式实现简单,但对等通信方式。这种方式实现简单,但对通信距离有一定的限制。通信距离有一定的限制。n在远距离传输时,通常需要使用在远距离传输时,通常需要使用Modem。通过。通过Modem,可以将,可以将原信号调制成为高频的模拟信号,然后通过电话网络,进行远原信号调制成为高频的模拟信号,然后通过电话网络,进行远距离传输。距离传输。10/26/2022142.4串行通信传输方式串行通信传输方式n线路传输方式线路传输方式是指通信双方设备之间传送数据时,
17、数据流的方向及对线路是指通信双方设备之间传送数据时,数据流的方向及对线路的使用方式,包括的使用方式,包括单工、半双工、全双工和多工方式单工、半双工、全双工和多工方式传输。传输。n单工方式单工方式在传输线路上,数据只能按一个固定的方向传输。这种方式用途较窄,在传输线路上,数据只能按一个固定的方向传输。这种方式用途较窄,仅适用于一些简单的单向通信或数据传输的场合。仅适用于一些简单的单向通信或数据传输的场合。n半双工方式半双工方式 当使用同一根传输线既作为输入又作为输出时,虽然数据可以在两个方当使用同一根传输线既作为输入又作为输出时,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据。向上传送
18、,但通信双方不能同时收发数据。n全双工方式全双工方式 当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传输时,通信双方都能在当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传输时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作。特别适用于那些不能有时间延迟的交互式同一时刻进行发送和接收操作。特别适用于那些不能有时间延迟的交互式应用系统。应用系统。n多工方式多工方式 使用复用技术,将一个信道划分为若干个频带或时间片,从而使多路信使用复用技术,将一个信道划分为若干个频带或时间片,从而使多路信号同时共享信道。使用复用器和集中器可以降低成本,提高传输效率。号同时共享信道。使用复用器和集中器可以降低成本,提高传输效率。10/
19、26/2022152.5数据纠错和检错数据纠错和检错n由于突发性干扰(电气干扰、天气干扰等)引起传输信号的误码,由于突发性干扰(电气干扰、天气干扰等)引起传输信号的误码,这将直接影响通信系统的可靠性。这将直接影响通信系统的可靠性。n将如何发现传输中的错误叫做将如何发现传输中的错误叫做检错检错。n当发现错误后,如何消除和纠正错误叫做当发现错误后,如何消除和纠正错误叫做纠错纠错。n在基本通信规程中,一般采用奇偶校验检错,以反馈重发方式纠错。在基本通信规程中,一般采用奇偶校验检错,以反馈重发方式纠错。n在高级通信规程中,一般采用循环冗余校验在高级通信规程中,一般采用循环冗余校验CRC检错,以自动纠错
20、检错,以自动纠错方式纠错。方式纠错。n要减小误码率,提高传输质量,首先,改善传输通道的电气特性,要减小误码率,提高传输质量,首先,改善传输通道的电气特性,使误码率达到要求。其次,采用检错、纠错技术。使误码率达到要求。其次,采用检错、纠错技术。10/26/2022162.6传输速率与距离传输速率与距离n传输速率传输速率和和距离距离是衡量串行通信的两个重要方面。是衡量串行通信的两个重要方面。n波特率波特率n在并行通信中,传输速率以每秒传送的字节数(在并行通信中,传输速率以每秒传送的字节数(B/s)来表示。)来表示。n在串行通信中,以每秒传送的位数(在串行通信中,以每秒传送的位数(bit/s)来表示
21、。此时,可以使用波)来表示。此时,可以使用波特率来表示数据传输的速率,即特率来表示数据传输的速率,即1波特波特=1bit/s。n常用的标准波特率是常用的标准波特率是110,300,1200,2400,4800,9600,19200等,等,波特率越高,传送速度越快。波特率越高,传送速度越快。n发送接收时钟发送接收时钟n在串行通信中,在串行通信中,(二进制数据是以数字信号波形的形式出现的二进制数据是以数字信号波形的形式出现的),连续的,连续的数字波形的定时发送和接收是在发送数字波形的定时发送和接收是在发送/接收时钟的控制下进行的。接收时钟的控制下进行的。n在发送数据时,发送器在发送时钟的有效沿(下
22、降沿)作用下将移位寄在发送数据时,发送器在发送时钟的有效沿(下降沿)作用下将移位寄存器的数据按位移位串行输出。存器的数据按位移位串行输出。n在接收数据时,接收器在接收时钟的有效沿(上升沿)作用下对接收数在接收数据时,接收器在接收时钟的有效沿(上升沿)作用下对接收数据按位采样,并按位串行移入移位寄存器。据按位采样,并按位串行移入移位寄存器。n发送发送/接收时钟的快慢将直接影响通信设备的发送接收时钟的快慢将直接影响通信设备的发送/接收数据的速度。接收数据的速度。10/26/2022172.6传输速率与距离传输速率与距离n传输距离与传输速率的关系传输距离与传输速率的关系n串行接口或终端直接传送串行信
23、息位流的最大距离与传送速率串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传送速率及传输线的电器特性有关及传输线的电器特性有关n传输距离随着传输速率的增加而减少。传输距离随着传输速率的增加而减少。n在实际应用中,对于远距离传送,一般都需要加入在实际应用中,对于远距离传送,一般都需要加入Modem。波特率波特率(bps)1 号号电缆传输电缆传输距离距离(英尺)(英尺)2 号号电缆传输电缆传输距离(英尺)距离(英尺)11050003000300500030001200300030002400100050048001000250960025025010/26/202218主要内容主要内容1.串行通信的
24、基本概念串行通信的基本概念2.串行通信协议串行通信协议3.串行接口标准串行接口标准4.MSComm控件控件5.使用使用MSComm控件编程控件编程10/26/2022193.串行接口标准串行接口标准(1)RS-232C标准标准(2)RS-423A,422A,485标准标准(3)USB标准标准nRS-232C标准(协议)的全称是标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准,定义是标准,定义是“数据数据终端设备(终端设备(DTE)和数据通讯设备()和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交)之间串行二进制数据交换接口技术标准换接口技术标准”。n目前广泛地应用于计算机和终端或外设之间的近距离连接
25、。目前广泛地应用于计算机和终端或外设之间的近距离连接。如何区别如何区别DTE与与DCEDCE一方提供时钟,一方提供时钟,DTE不提供时钟,但它依靠不提供时钟,但它依靠DCE提供的时钟工提供的时钟工作。比如作。比如PC机和机和MODEN之间的连接。之间的连接。PC机就是一个机就是一个DTE,MODEN是一个是一个DCE,DTE可以从硬件上区别它的接口为针式(公可以从硬件上区别它的接口为针式(公头),头),DCE的接口为孔式(母头)。的接口为孔式(母头)。10/26/2022203.1连接器的机械特性连接器的机械特性 10/26/2022213.2串口通信基本接线方法串口通信基本接线方法 9 9针
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