第3章 串行口通信編程基礎.doc

第3章串行口通信編程基礎15第3章串行口通信編程基礎3.1基本概念3.1.1串行口通信-同步傳輸和異步傳榆（1）同步傳輸方式采用同步傳輸時，將許多字符組成一個信息組，這樣，字符可以一個接一個地傳輸，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，要填上空字符，因為同步傳輸不允許有間隙。在同步傳輸過程中，一個字符可以對應5-8bits。當然，對同一個傳輸過程，所有字符對應同樣的比特數(shù)，比如說n比特。這樣，傳輸時，按每n比特劃分為一個時間片，發(fā)送端在一個時間片中發(fā)送一個字符，接收端則在一個時間片中接收一個字符。同步傳輸時，一個信息幀中包含許多字符，每個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代碼。在整個系統(tǒng)中，由一個統(tǒng)一的時鐘控制發(fā)送端酌發(fā)送和空字符。接收瑞當然是應該能識別同步字符的，當檢測到有一串比特和同步字符相匹配時，就認為開始一個信息幀，于是，把此后的比特作為實際傳輸信息來處理。（2）異步傳輸方式異步傳輸方式指比特被劃分成小組獨立傳送。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方不知道它們會在什么時候到達。異步傳輸存在一個潛在的問題，即接收方并不知道數(shù)據(jù)會在什么時候到達。在它檢測到數(shù)據(jù)并作出響應之前，第一個比特已經(jīng)過去了。因此這個問題需要通過通信協(xié)議加以解決。如每次異步傳輸都以一個開始比特開頭它通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)到達了。這就給了接收方響應、接收和緩存數(shù)據(jù)比特的時間。在傳輸結(jié)束時，一個停止比特表示一次傳輸?shù)慕K止。異步傳輸被設計用于低速設備，比如鍵盤和某些打印機等。另外，它的開銷也比較多。如使用終端與一臺計算機進行通信。按下一個字母鍵、數(shù)字鍵或特殊字符鍵就發(fā)送一個8blt的ASC代碼。在這種情況下，為解決接收問題每8bits就多傳送2bits。這樣，總的傳輸負載就增加25。對于數(shù)據(jù)傳輸量很小的低速設備來說，這影響不大。但對于那些數(shù)據(jù)傳翰量很大的高速設備來說，25的負載增值就相當嚴重了。燕山大學工學學士學位論文163.1.2單工、雙工和全雙工通信在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個站如(終端和微機)之間進行傳送,按照數(shù)據(jù)流的方向可分成3種基本的傳送方式：單工,雙工和全雙工,3種傳輸方式的示意如圖23所示。（1）單工單工通信使用一根導線,信號的發(fā)送方和接收方有明確的方向性。也就是說一個方向上進行。這樣的例子很多，包搞機場監(jiān)視器、打印機、電視機。（2）半雙工若使用同一根傳輸線既作接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳送，但通信雙方不能同時收發(fā)數(shù)據(jù)，這樣的傳送方式就是半雙工制。采用半雙工方式時，通信系統(tǒng)每一端的發(fā)送器和接收器，通過收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)接到通信線上，進行方向的切換，因此，會產(chǎn)生時間延遲。收發(fā)開關(guān)實際上是由軟件控制的電子開關(guān)。當計算機主機用串行接口連接顯示終端時，在半雙工方式中，輸入過程和輸出過程使用同一通路。有些極算機和顯示終端之間采用半雙工方式工作，這時從鍵盤上輸入的字符在發(fā)送到主機的同時就被送到終端上顯示出來，而不是用回送的辦法，這樣就避免了接收過程和發(fā)送過程同時進行的悄況。目前多數(shù)終端和串行接口都為半雙工方式提供了換向能力，也為全以下方式提供了兩條獨立的引腳.實際使用時一般并不需要通信雙方同時既發(fā)送又接收，像打印機這類的單問傳送設備,半雙上甚至單工就能勝任，也無需倒向。（3）全雙工當數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流，分別由兩根不同的傳輸線傳送時,通信雙方能在同一時刻進行發(fā)送和接收操作。這樣的傳送方式就是全雙工制。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每端都設置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換，因此，沒有切換操作所產(chǎn)生的時間延遲，這對那些不能有時間延誤的交互式應用(例如遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng))十分有利。這種方式要求通信雙方均有發(fā)送器和接收器，同時，需要兩根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號(可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線)。比如，計算機主機(設備一)用串行接口連接顯示終端，而顯示終端帶有鍵盤(兩者成為一體，為另一設備)。這樣，一方面鍵盤上輸入的字符送到主機內(nèi)存；另一方面，主機內(nèi)存的信息可以送到屏幕顯示。通常，往鍵盤第3章串行口通信編程基礎17上輸入一個字符以后，先不顯示，計算機主機收到字符后，立即回送到終端，然后終端再把這個字符顯示出來。這樣，前一個字符的回送過程和后一個字符的輸入過程是同時進行的，即工作于全雙工方式。3.1.3數(shù)據(jù)編碼計算機是一種數(shù)字設備它通過接通和斷開固化在芯片上的微小電子開關(guān)來工作。所有的開關(guān)都只有兩種狀態(tài)：開或關(guān)。用符號o或1表示比特，它是計算機能夠存儲的最小的信息單元。每個比特只能存儲0或1這兩個截然不同的微小信息單元，當它們單獨存在時并沒有多大作用。但如果把它們放到一起，就會產(chǎn)生很多0和1的不同組合。比如說，兩個比特就可以有4種不同的組合(OO、01、10和11)。n個比特就有2n個組合。因此，可以將種組合與某個確定的內(nèi)容，比如一個字符或是一個數(shù)字聯(lián)系起來，這種聯(lián)系一般稱為編碼。下面我們討論幾種常用的編碼方案。廣為流行的編碼是美國標準信息交換碼ASCII碼。這是一種7bits編碼，它為每一個鍵盤字符和一些特殊功能分配一個唯一的組合。大多數(shù)Pc，和很多其他的計算機都使用這種編碼。每一個代碼對應一個可打印或不可打印字符。可打印字符包括字母、數(shù)字，以及逗號、括號和問號等特殊的標點符號。不可打印并不是指那些禁止在報紙、電視或私人牌照亡出現(xiàn)的文字。它指的是某些代碼，被用來表示一個特殊的功能，比如換行字符、制表符、回車等。第二種最常用的編碼是擴展的二進制表示的十進制編碼BCD碼，它主要用于IBM大型機和外圍設備。它是一種7bits代碼，因此包含256個不同字符。和ASCII碼一樣，它也有可打印字符和不可打印字符。比如，字母M的BCD碼為11010100。和前面一樣，可以把它看成1101-0100，并寫出代碼的十六進制格式D4。3.1.4數(shù)據(jù)安全和完整串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息出錯。這種情況下，出現(xiàn)了誤碼。把如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤叫“檢錯”。發(fā)現(xiàn)錯誤后，如何消除錯誤叫“糾錯”。（1）奇偶校驗大多數(shù)措誤檢測技術(shù)都發(fā)送其值與數(shù)據(jù)相關(guān)的附加比特。這樣，當數(shù)據(jù)彬改變時，附加比特將之值不再與新數(shù)據(jù)相符(至少理論燕山大學工學學士學位論文18上如此)。也許最常用的方法是奇偶校驗（ParityChecking）、奇偶校驗計算數(shù)據(jù)中為1的比特的個數(shù)，再增加一個階加比特，使得1的個數(shù)為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)。該附加比特就叫做奇偶比特(ParityBit)。奇校驗所有傳送的比特(含字符的各比特和校驗比特)中，“1”的個數(shù)為奇。則按照這種規(guī)則。上例可表示為：00100，0101偶校驗所有傳送的比特(含字符的各比特和校驗比特)中，“1”的個數(shù)力偶數(shù)。上例同樣可以表示為：10100，0101奇偶校驗能夠檢測出信息傳輸過程中的部分誤碼(lbit誤碼能檢出1，2bits及2bits以上誤碼不能檢出)，不能糾錯。在發(fā)現(xiàn)錯誤后，只能要求重發(fā)。但由于其實現(xiàn)簡單，仍得到了廣泛使用。（2）循環(huán)冗余校驗奇偶校驗本身是不太可靠的然而，如果把幀組合成兩維比特陣列、每次發(fā)送一列。那么，奇偶校驗就很可靠了。該方法的一個問題是，只有在所有列J都發(fā)送先畢后，錯誤才能檢測出來。因此，接收方不知道那個列是不正確的。這樣就無從選擇，只有重發(fā)所打列對于單個鉛誤這是個很大的額外工作。若列重發(fā)時又發(fā)生f錯誤，問題就復雜了。循外冗余校驗(CRC，cyclicRedundancycheck)是一種將每個比特串看作一個多項式，通過多項式除法來檢測錯誤的方法。通常，這種方法將比特串bnb1nb2nb3nb2b1b0解釋成多項式bnxnb1nx1nb2nx2nb2x2b1x1b0x0CRC的基本步驟為：（1）事先約定的生成多項式G(x)。（2）給定一個比特串，在其尾部追加幾個0(0的個數(shù)等于G（X）的次數(shù))形成