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第六讲_串口通信原理及操作流程
RS-422A接口
SN75174 +5V SN75175
TTL 电平
+5V
双向需4条线
TTL 电平
SN75175
SN75174
RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条线为逻辑 “1”状态,另一条线就为逻辑“0”,比采用单端不平衡驱动对电压 的放大倍数大一倍。 差分电路能从地线干扰中拾取有效信号,差分接收器可以分辨 200mV以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声,由于差分放 大器的作用,可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地 线干扰和电磁干扰的影响。 RS-422A传输速率(90Kbps)时,传输距离可达1200米。
C51串口通信时一个比特是一个码元,所以波特率 等同于比特率,即每秒钟传输二进制代码的位数 ,单位是:位/秒(bps)。
如每秒钟传送240个字符,而每个字符格式包含 10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位), 这时的比特率为: 10位×240个/秒 = 2400 bps
传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距 离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输 线使用每0.3m(约1英尺)有50PF电容的非平 衡屏蔽双绞线时,传输距离随传输速率的增加而 减小。当比特率超过1000 bps 时,最大传输距 离迅速下降,如9600 bps 时最大距离下降到只 有76m(约250英尺)。
串行通信与并行通信
在计算机系统中,CPU和外部通信有两种通信方式:并行通 信和串行通信。 并行通信,即数据的各位同时传送;串行通信,即数据一位一 位顺序传送。
发送
GND (a)
…
计算机1
计算机2 或外设 GND
计算机1 GND
接收
计算机2 或外设 GND
(b)
并行通信
串行通信
串行通信 通信距离 远
发 送 0 11100110 设 备
:
步通信的数据格异式
一个字符帧 空 闲 起 始 位 数据位
中断的概念
校 验 位
停 止 位
空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点:不要求收发双方时钟的严格一致, 实现容易,设备开销较小,但每个字符要附加2~3位 用于起止位,各帧之间还有间隔,因此传输效率不高。
信号定义
DataA, DataB, GND
典型应用: PC + 直连电缆 + Modem
TXD 计 RXD 算 机 甲
TXD RXD 计 算 机 乙
计 算 机 甲
TXD RXD 4 5 6 20
TXD RXD 4 计 5 算 6 机 20 乙
近程通信连接
RS-232C接口存在的问题
1
2
3
传输距离短 ,传输速率 低
有电平偏移
抗干扰能力 差
RS-232信号传输及信号波形
功能特性
X=213 -N
X=216 -N
X=213 -N
X=213 -N
X=216 -N
过程特性
过程特性规定了信号之间的时序关系,以便正 确地接收和发送数据 。
TXD 计 算 机 RXD RTS DSR M O D E M M O D E M TXD RXD RTS DSR 计 算 机
1.3 串行通信的传输方向
①单工
发送 TXD RXD 接收
②半双工
发 送 接 收 TXD / RXD
接 收
发 送
③全双工
发送 TXD RXD RXD TXD
接收
发送
接收
1.4 信号的调制与解调
调制器(Modulator):把数字信号转换成模拟信 号,然后送到通信线路上去。 解调器(Demodulator):把从通信线路上收到的 模拟信号转换成数字信号。 调制解调器MODEM:由于通信是双向的,调制器和 解调器合并在一个装置中。
2.3 RS-485接口
RS-485是RS-422A的变型 :RS-422A用于全双工,而 RS-485则还可用于半双工。 RS-485是一种多发送器标准 ,在通信线路上最多可以使用 32 对差分驱动器/接收器。 RS-485的信号传输采用 两线间的电压来表示逻辑1和逻 辑0。由于发送方需要两根传输 线,接收方也需要两根传输线 。传输线采用差动信道,所以 它的干扰抑制性极好,又因为 它的阻抗低,无接地问题,所 以传输距离可达1200米,传 输速率可达1Mbps。
并行通信 近
抗干扰能力
传输速度 成本
高
慢 低
低
快 高
异步通信与同步通信
1.异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使 用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。 为使双方的收发协调,要求发送和接收设 备的时钟尽可能一致。
间隙任意 接 收 10100100 设 备
1 0 10100100 1 0 11100110 1
RS-232 信号传输
D0 D7
……
UAR T
StopParity Start Data
Data
Start
StopParity
Data
Start
收发器
Parity Stop Start Data Parity Stop
5V
+12V
并行
TTL
0V
RS-232
-12V
+12或者-12V?
RS-232信号传输及信号波形
由于M进制的一个码元可以用 log2 M个二进制码 元去表示,因而在保证信息速率不变的情况下, M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之 间有以下转换关系: 信息传输速率Rb简称传信率,又称比特率等。它 表示单位时间内传递的平均信息量或比特数, 单位是比特/秒,可记为bit/s ,或 b/s ,或bps。
面向位的同步格式 :
8位 01111110 8位 地址场 8位 控制场 ≥0位 信息场 16位 校验场 8位 01111110
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1 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。 同步通信的特点是以特定的位组合“01111110”作为 帧的开始和结束标志,所传输的一帧数据可以是任意位。所 以传输的效率较高,但实现的硬件设备比异步通信复杂。
1.5串行通信的错误校验
1、奇偶校验 在发送数据时,数据位尾随的1位为奇偶校验位(1或0)。 奇校验时,数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应 为奇数;偶校验时,数据中“1”的个数与校验位“1”的个 数之和应为偶数。接收字符时,对“1”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。 2、代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或), 产生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾。接 收方接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和(或各字 节异或),将所得结果与发送方的“校验和”进行比较,相 符则无差错,否则即认为传送过程中出现了差错。 3、循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的 循环校验,常用于对磁盘信息的传输、存储区完整性校验等 。这种校验方法纠错能力强,广泛应用于同步通信中。
1
13
1
5
14
25
6
9
笔记本通过本设备 可连接到串口鼠标、各种串口设备, PLC、POS、门禁、检测、 通讯用仪器仪表等 串口232接口的外设。
电气特性、逻辑电平
EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能 都作了规定。 在TxD和RxD上:逻辑1=-3V~-15V 逻辑0=+3~+15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上: 信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V~+15V 信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V~-15V
同步通信
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,传输数据的位之间的距 离均为“位间隔”的整数倍,同时传送的字符间不 留间隙,即保持位同步关系,也保持字符同步关系。
计 算 机 甲
0 1 1 0 1
数据 时钟
时钟
计 算 机 乙
计 算 机 甲
数据
0 1 1 0 1
数据+时钟
计 算 机 乙
1.6 传输速率与传输距离
码元传输速率RB简称传码率,又称符号速率等 。它表示单位时间内传输码元的数目,单位是 波特(Baud),记为B。
• 例如,若1秒内传2400个码元,则传码率为2400B。
数字信号有多进制和二进制之分,但码元速率 与进制数无关,只与传输的码元长度T有关:
1 RB = ( B) T
RS-232C RS-232C
电话网 DTE DCE DCE DTE
调制解调的方式有多种,这里调频为例: 通过数字信号对二个不同频率的正弦载波信号的键 控和信号的合成实现。
高频 正弦 信号 模拟 电子开 关 频带信 号输出 低频 正弦 信号 数字信号 10101010 模拟 电子开 关 合成
1
0
1
外同步
自同步
同步通信
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
SOH(01H):表示标题的开始 标题:中包含源地址、目标地址和路由指示等信息 STX(02H),表示传送的数据块开始 组终字符ETB(17H)或文终字符ETX(03H)。 校验码 典型的面向字符的同步规程:IBM的二进制同步规程BSC