串口通讯-同步通信方式

1、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。
　　2、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。
　　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。
　　3、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：
　　F场 A场 C场 I场 FC场 F场
　　F场：标志场;作为一帧的开始和结束，标志字符为8位，01111110。
　　A场：地址场，规定接收方地址，可为8的整倍位。接收方检查每个地址字节的第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字节。
　　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。
　　4、同步通信的"0位插入和删除技术"
　　在同步通信中，一帧信息以一个（或几个）特殊字符开始，例如，F场=01111110B。
但在信息帧的其他位置，完全可能出现这些特殊字符，为了避免接收方把这些特殊字符误认为帧的开始，发送方采用“0位插入技术"，相应地，接收方采用"0位删除技术"。
　　发送方的0位插入：除了起始字符外，当连续出现5个1时，发送方自动插入一个0。使得在整个信息帧中，只有起始字符含有连续的6个1。
　　接收方的"0位删除技术"：接收方收到连续6个1，作为帧的起始，把连续出现5个1后的0自动删除。
　　5、同步通信的"字节填充技术"
　　设需要传送的原始信息帧为：
　　SOT DATA EOT
　　节填充技术采用字符替换方式，使信息帧的DATA中不出现起始字符SOT和结束字符EOT。
　　设按下表方式进行替换：
　　　　　　　DATA中的原字符 　　替换为
　　　　　　　SOT　　　　　　　　ESC X
　　　　　　　EOT 　　　　　　　 ESC Y
　　　　　　　ESC 　　　　　　　 ESC Z
　　 其中，ESC=1AH，X、Y、Z可指定为任意字符（除SOT、EOT、ESC外）。
　 　发送方按约定方式对需要发送的原始帧进行替换，并把替换后的新的帧发送给接收方。例如图所示：
　　　　　　　　　　　　　

　　接收方按约定方式进行相反替换，可以获得原始帧信息。
　　6、异步通信和同步通信的比较
　　（1）异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小。
　　（2）异步通信只适用于点<--> 点，同步通信可用于点<--> 多。
　　（3）通信效率：异步通信低，同步通信高

串口通讯—异步通信方式
电子工程师网站 　　串行通信可以分为两种类型：同步通信、异步通信。

　　1.异步通信的特点及信息帧格式：
　　以起止式异步协议为例，下图显示的是起止式一帧数据的格式：

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1

　　起止式异步通信的特点是：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１），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳 沿。
　　从图中可看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。
　　异步通信可以采用正逻辑或负逻辑，正负逻辑的表示如下表所示：

	逻辑0	逻辑1
正逻辑	低电平	高电平
负逻辑	高电平	低电平

　　异步通信的信息格式如下边的表所示

起始位	逻辑0	1位
数据位	逻辑0或1	5位、6位、7位、8位
校验位	逻辑0或1	1位或无
停止位	逻辑1	1位，1.5位或2位
空闲位	逻辑1	任意数量

　　注：表中位数的本质含义是信号出现的时间，故可有分数位，如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。

　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2

2.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

　　（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。

　　3、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。

　　（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。

　　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。