串口通信的概念与特性

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   在计算机网络系统建设中需要配备大量可以远程通信的智能设备,其中部分智能设备的远程通信是通过串口通信方式实现的。对于系统集成新手来说,了解什么是串口通信以及它是通过什么通信方式实现远程相互连接、数据传输的十分必要。

    串行通信(Serial Communications)是一种可以将接受来自中央处理器(CPU)的并行数据字符转换为连续的串行数据流并发送出去,同时可将接受的串行数据流转换为并行的数据字符供给中央处理器的硬件电路。通常我们称完成这种功能的电路为串行接口电路。

    串行通信是按如下方式工作的:串口按位(bit)发送和接收字节。虽然这种工作方式比按字节(byte)的并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据,且能够实现远距离通信。典型地,串口用于ASCII字符的传输。通信使用3根线完成,分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的,端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手,但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口,这些参数必须匹配才能实现相互通信。

a,通信波特率。波特率是一个衡量符号传输速率的参数。指的是信号被调制以后在单位时间内的变化情况,即单位时间内载波参数变化的次数,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),这时的波特率为240Bd,比特率为10位*240个/秒=2400bps。一般调制速率大于波特率,比如曼彻斯特编码。通常电话线的波特率为14400,28800和36600。波特率可以远远大于这些值,由于传输线缆有电阻及分布电容特性造成的信号衰减作用,波特率和传输距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信,典型的例子就是GPIB设备的通信。

b,数据位。数据位是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包,实际的数据不会是8位的,标准的值是6、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如,标准的ASCII码是0~127(7位)。扩展的ASCII码是0~255(8位)。如果数据使用简单的文本(标准 ASCII码),那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节,包括开始/停止位,数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取,术语“包”指任何通信的情况。

c,停止位。停止位用于表示单个包的最后一位。典型的值为1,1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的,并且每一个设备有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多,不同时钟同步的容忍程度越大,但是数据传输率同时也越慢。

d,奇偶校验位。奇偶校验位在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式:偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况,串口会设置校验位(数据位后面的一位),用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如,如果数据是011,那么对于偶校验,校验位为0,保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验,校验位为1,这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据,简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态,有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

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