一文讲清嵌入式的串并转换与设备同步

Posted 2022-08-18 timerring

并行通信与串行通信

通信：CPU与外设、计算机之间交换信息

通信方式：串行、并行

1. 并行通信

同一时刻数据的各位并行（同时）地传送，如按字节传送，一次同时传8位。

• 优点：处理速度快
• 缺点：占口线多，线路复杂，成本高，传输距离短，小于20M

2. 串行通信

数据一位一位地依次传送，只要少数几条线就可交换信息。

• 优点：线路简单（可利用电话线，降低成本），适用于远距离传输
• 缺点：速度比较慢

3. 串行通信的传输方式

有单工、半双工、双工之分

3.1 单工通信

只允许一个方向传输数据.

为控制线路换向，必须对两端设备协调，以便确定数据流方向，谁发送谁接收，何时发送等等。这种协调可以靠增加接口的附加控制线来实现，也可用软件约定来实现

3.2 半双工通信

双向交替通信又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

3.3 双工通信

允许两个方向同时进行数据传输，A发B收，同时B发A收。显然两个传输方向上的资源必须完全独立，A与B有独立的接收器和发送器，从A到B和从B到A的数据通路也必须完全分开。

以上3种通信方式是在两个站之间进行的，称为点到点通信方式，还有一种主从多终端方式，A站可向多个终端（B、C、D等）发出信息，在A站允许的条件下，可以控制管理B、C、D等站在不同时间向A站发出信息，根据数据传输方向分为多终端半双工通信和多终端双工通信。

4. 参数规定

• 字符格式规定(一帧)：
  起始位（0），数据位（5、7、8位），校验位（可选，如奇偶校验位），和停止位（1）。
• 波特率(位/秒)对传送速率的规定
  波特率是衡量数据传送速率的指标，它要求发送站与接收站要以相同的数据传送速率工作

例：要求每秒传送120个字符，每个字符帧为10位。字符间无空闲位，则传送的波特率为：

B=120字符/秒∗10位/字符

=1200位/秒=1200波特

可见传送二进制电平时，波特率就是每秒传送多少位，与每一位的传送时间成反比。

Td=1/1200位/秒=0.833ms/位

这种方式利用每个字符的起止信号来建立同步，其特点是：每个字符内部的各位均采用固定的时间间隔，而每个字符间的间隔可以改变，没有固定时间，完全靠每个字符附加的起始位和停止位来进行识别，所以称为“异步”

• 优点是：实现较简单，比较灵活
• 缺点是：每个字符都要建立一次同步，要额外附加码元，所以传送速率低

5. 串←→并转换与设备同步

两个通信设备在串行线路上成功地实现通信必须解决两个问题：

• 一是串←→并转换，即如何把要发送的并行数据串行化，把接收的串行数据并行化；
• 二是设备同步，即同步发送设备与接收设备的工作节拍，以确保发送数据在接收端被正确读出。

5.1 串并转换

• 发端：并串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。
• 收端：串并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。

设备同步对通信双方有两个共同要求：

• 一是通信双方必须采用统一的编码方法；
• 二是通信双方必须能产生相同的传送速率。

一般说来，通讯协议分为了电气协议和软件协议两个部分。

串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的。

当向SBUF发“写”命令时（执行“MOV SBUF,A”指令），即是向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志位TI=1。

在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置允许接收位REN（SCON.4）=1就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收SBUF中，同时使RI=1。当发读SBUF命令时（执行“MOV A,SBUF”命令），便由接收缓冲器（SBUF）取出信息通过89C51内部总线送CPU。