串行通信数据格式优秀课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,2020/1/6,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,串行通信数据格式,.,发送和接收时序,医电,02,龙韬臣,1,1.,异步（用于单片机）通信数据格式,.,发送和接收时序。,2.,同步（计算机内部）通信数据格式,.,发送和接收时序。,2,异步通信数据格式一般为字符格式,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），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。,传送速度一般在,509600,波特范围内，用于传送信息量不大，传送速率要求较低的场合。,波特率：单位时间传送,2,进制位数，以位,/,秒为单位。,1.5,本质含义是信号出现的时间，故可有分数位。,3,异步通信数据格式：,第,n-1,位,|,|n+1,位,|,空闲位,|,|,七位数据,|,|,（停止位）,起始位,奇偶校验位（可有可不有）,一位时间取决于波特率,1,1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1 1 0,4,接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：,F=n B,这里,F,是发送时钟或接收时钟的频率,;B,是数据传输的波特率；,n,称为波特率因子。设发送或接收时钟的周期为,Tc,，频率为,F,的位传输时间为,Td,，则：,Tc=1/F,Td=1/B,得到：,Tc=Td/n,在实际串行通信中，波特率因子可以设定。在异步传送时，,n=1,，,16,，,64,，实际常采用,n=16,，即发送或接收时钟的频率要比数据传送的波特率高,n,倍。在同步通信时，波特率因子,n,必须等于,1,。,5,例：传送,8,位数据,45H,（,0100,0101B,），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。,6,异步通信数据格式：,第,n-1,位,|,|n+1,位,|,空闲位,|,|,七位数据,|,|,（停止位）,起始位,奇偶校验位（可以没有校验位）,一位时间取决于波特率,1,1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1 1 0,7,2,、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。,（由,CPU,控制？）,（,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。,8,3.,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。图,3,9,（,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,）本幀信息全部接收完，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，开始进入下一幀的检测。,10,接收端为实现采样数据的基准，可以执行以下步骤：,在接收端设置一采样时钟频率,(,此频率是接收频率的,16,倍）,计数器，当检测到起始位下降沿时，将其清零，并开始对采样时钟计数，即每来一个时钟，计数器加,1,。,当计数器计到,8,时，表示已到达起始位的中间位置，此时采样值为,0,，,说明是真正的起始位（这个有必要？）,，同时将计数器清零；若采样值不为,0,，则说明一开始检测到的下降沿不是真正的起始位前沿，而是一次干扰，此次检测应作废，计数器清零，并重新开始检测起始位。,检测到真正的起始位后，计数器清零，以后每次计到,16,时，便采样收到的信号波形（即每一位的中间），将采到的数值暂存起来，同时将计数器清零，重新计数，直至最后的停止位被采样。,如果停止位采样正确（为,1,），则字符被接收，并由暂存器装入寄存器。若停止位采样值为,0,，说明同步或传输有问题，此次采样所得字符作废,不被接收。,11,单片机的串行通信工作方式,SM0,、,SM1,选择四种工作方式。,（,1,）方式,0,：同步移位寄存器方式,用于扩展并行,I/O,接口。,1.,一帧,8,位，无起始位和停止位。,2.RXD,：数据输入,/,输出端。,TXD,：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。,3.,波特率,B=fosc/12,如：,fosc=12MHz,，,B=1MHz,，每位数据占,1,s,。,4.,发送过程：写入,SBUF,，启动发送，一帧发送结束，,TI=1,。,接收过程：,REN=1,且,RI=0,，启动接收，一帧接收完毕，,RI=1,。,12,13,14,时序图：,15,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。,16,同步通信：,同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。,17,同步通信使用的数据格式根据采用的控制规程（通信双方就如何交换信息所建立的一些规定和过程称为通信控制规程,),可分为面向字符型和面向位,(bit),型两种，面向字符型数据格式又有单同步，双同步，和外同步之分。三个同步方式均以,2,个字节的冗余检验码,CRC,作为一帧信息的结束。,单同步：发送方先传送,1,个同步字符，再传送数据块，接收方检测到同步字符后接收数据；,（同步字符和数据块的区别）,双同步：发送方先传送,2,个同步字符，再传送数据块，接收方检测到同步字符后接收数据；,外同步：用一条专用线来传送同步字符，以实现收发双方同步操作。,18,面向字符的同步协议（,IBM,的,BSC,协议）,该协议规定了,10,个特殊字符（称为控制字符）作为信息传输的标志。其格式为：,SYN SOH,标题,STX,数据块,ETB/ETX,块校验,SYN,：,同步字符,（,Synchronous character,），每帧可加,1,个（单同步）或,2,个（双同步）同步字符。,SOH,：标题开始（,Start of Header,）。,标题：,Header,，包含源地址（发送方地址）、目的地址（接收方地址）、路由指示。,（这些都不太懂）,STX,：正文开始（,Start of Text,）。,数据块：正文（,Text,），由多个字符组成。,ETB:,块传输结束（,end of transmission block,），标识本数据块结束。,ETX,：全文结束（,end of text,），（全文分为若干块传输）。,块校验：对从,SOH,开始，,直到,ETB/ETX,字段的检验码。,19,面向字符的同步协议,：,20,面向位时，将数据块看作数据流，并用序列,01111110,作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列,01111110,时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现,5,个连续的,l”,就插入一个附加的“,0”,；接收方则每检测到,5,个连续的“,1”,并且其后有一个“,0”,时，就删除该“,0”,。,典型的面向位的同步协议如国际标准化组织（,ISO,）的高级数据链路控制规程,HDLC,和,IBM,的同步数据链路控制规程,SDLC,。,21,3,、面向、面向,bit,的同步协议（,ISO,的,HDLC,）,一帧信息可以是任意位，用位组合标识 帧的开始和结束。帧格式为：帧格式为：,F,场,A,场,C,场,I,场,FC,场,F,场,F,场：标志,;,作为 一帧的开始和结束，标志字符,8,位，,01111110,。,A,场：地址，规定接收方可为,8,的整倍位。接收方检查每个地址字节第,1,位，如果为,0,，则后边跟着另一,个地址字节。若为,1,，则该字节为最后一个地址。,C,场：控制场。指示信息场的类型，,8,位或,16,位。若第,1,字节的第,1,位为,0,，则还有第,2,个字节也是控制场。,I,场：信息场。要传送的数据。,FC,场：帧校验场。,16,位循环冗余校验码,CRC,。除,F,场和自动插入的,0,位外，均参加,CRC,计算。,22,23,串口通讯,-,同步通信方式同步通信方式的特点：,采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息（通常称为帧）的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙,？,。在同步传输过程中，一个字符可以对应,5,8,位。当然，对同一个传输过程，所有字符对应同样的数位，比如说,n,位。这样，传输时，按每,n,位划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。,同步传输时，一个信息帧中包含许多字符，每个信息帧用同步字符作为开始，一般将同步字符和空字符用同一个代码。,在整个系统中，由一个统一的时钟控制发送端的发送和空字符用同一个代码。,接收端当然是应该能识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，把此后的数位作为实际传输信息来处理。,24,QQ,中的同步和异步通信：,我们用的文件传输功能可以看成是同步通信的典范。首先传文件的双方必须都说好一个传文件的时间，如果双方有一个不在线上，就不能传送。其次，发送方发送文件命令后，接收方要确认一下是否接收，这就是个建立文件传输连接的过程。一旦传输开始，所有文件数据就必须连续的传输过去，任何中断都将导致传输失败。,而异步通信的例子就是我们用的最多的,qq,发送文字形式的聊天。比如,A,要发给,B,一个文字消息：“在吗？”。这时,B,有可能不在线上，但这消息并不马上就丢失，只要,B,在一定的时间间隔内（比如几天）打开,qq,，登录上线就能收到这条消息。但与同步通信相同的一点：发送方必须指明发送对象才能保证异步通信的正确性。如果明明要给,B,发消息，却打开,C,的对话框发送本该给,B,的消息，那,B,永远都接收不了这一消息了。,25,Thats allThank you!,26,