串行通信与串行通信接口PPT文档格式.ppt

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（5）通信协议：

控制数据通信的一系列规则。

发送与接收设备都要按相同的通信协议工作，如同两个谈话的人使用同一种语言一样。

数据通信过程一般按以下步骤进行：

（1）数据打包。

数据打包就是对需要传送的数据进行包装，形成数据包或报文。

报文内除了数据本身外，还有报头、报尾等一些附加信息，如报文说明、长度、校验等。

（2）数据转换与编码。

数据转换与编码就是对报文作适当变换，以适应传输要求。

如串行通信中的并串转换，0、1的传输编码（归零编码、不归零编码等）、信号电平的选择，以及信号的调制形式等。

（3）数据传输。

经过转换与编码后，将代表报文的信号（数字信号或模拟信号）放到传输介质上，发往接收设备。

（4）数据转换与译码。

接收设备将接收到的信号经转换与译码后，形成报文。

（5）数据解包。

接收设备根据数据打包时的协议从报文中去除附加信息，得到最终需要的数据。

并行通信与串行通信,2数据通信方式,

（1）并行通信并行通信是指所传送数据的各位同时发送或接收。

数据有多少位，就要多少根传输线。

计算机中表示数据的最基本单位是位（bit），但为了处理的方便与快捷，往往将多个位一起使用，形成一个字（word）或字节（byte）。

并行通信时常以字节为单位进行信号连接与数据传送，由于一个字节为8位（8bit），故最少需要8条数据线。

并行通信的特点是传送速度快，但由于连线较多致使成本高，只适合于近距离计算机或设备之间的数据通信。

如计算机与打印机之间通常采用并行通信方式。

另外，在过程控制系统中，处于同一机柜内的主计算机（上位机）与通道计算机（下位机）之间也常用并行通信方式传送数据。

（2）串行通信,串行通信数据流从源节点依次逐位历经传输介质到达目的节点的传输过程。

通过信号传输来传递数字信息。

串行通信的几个环节,数据编码将数据转换为通信的传输信号。

数据成帧将数据按规定格式排列，加载通信必须的起始、同步、结束标志，源地址，目的地址等，形成通信帧。

串行化将以字节为单位的并行数据按规则排列成位串。

发送数据流逐位通过发送器接口在传输介质上形成传输信号。

传输信号流历经传输介质从源节点到达目的节点的。

接收信号流经传输被连接在传输介质上的接收器接收。

数据还原接收信号经解码反串行化由接收者还原出被传输的数据。

差错控制出错检测；

差错纠正。

数据编码与编码波形,按某种规则将要传输的数据转换为相应信号过程被称为通信编码。

通过编码将数据转换成适合于传输的物理信号。

采用用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态的，称为摸拟数据编码。

用矩形脉冲信号的高低电平来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。

数字数据编码波形,单极性码信号电平是单极性，如逻辑1用高电平，逻辑0为0电平的信号表达方式。

双极性码信号电平为正、负两种极性的，如逻辑1用正电平，逻辑0为负电平的信号表达方式。

a单极性非归零码b单极性归零码c双极性非归零码d双极性归零码,a单极性非归零码b单极性归零码c双极性非归零码d双极性归零码,归零码（RZ）在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。

双极性归零码的逻辑1只在该码元时间中的某段（如码元时间的一半）维持高电平后就回复到零电平，逻辑0只在该码元时间的一半维持负电平后也回复到零电平。

非归零码（NRZ）在整个码元时间内都维持有效电平的编码方式。

a单极性非归零码b单极性归零码c双极性非归零码d双极性归零码,曼彻斯特编码（ManchesterEncoding）把时间划分为等间隔的小段。

其中每小段代表一个比特（位bit）。

每个比特时间又被分为两半，前半段所传信号是该时间段比特值的反码，后半段传送的是该比特值本身。

从高电平跳变到低电平表示0，从低电平跳变到高电平表示1。

特点：

其波形（时钟周期）中间点总有一次信号电平的变化，因而具有可用于时钟同步的内在信息。

信号本身携带有同步信息。

无需另外传送同步信号。

数据波形时钟波形M编码波形,双相L曼彻斯特编码（ManchesterBiphaseL）,双相L曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种变形码。

从高电平跳变到低电平表示1，从低电平跳变到高电平表示0。

双相L曼彻斯特编码是标准曼彻斯特编码的反码。

差分码,用时钟周期起点电平的变化与否代表数据“1”、“0”状态的编码。

如用时钟周期起点电平变化代表“1”，不变化代表“0”。

差分码按初始状态为高电平或低电平，有相位截然相反两种波形。

差分曼彻斯特编码既具有差分码的特点，又具有曼彻斯特编码的特点。

时钟周期起点电平的变化与否代表数据的“1”、“0”状态，即差分码的特点。

有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。

令牌环网中就使用了差分曼彻斯特码。

时钟周期的中间点电平跳变一次，即曼彻斯特编码的特点。

基带编码信号不经过任何调制处理、编码信号基本保持数据波原样的，称为基带编码信号。

编码信号基本保持数据信号的原有频率。

曼彻斯特编码信号为典型的基带编码信号。

载波调制信号通信信号需经过调制处理由调制器产生一定频率的载波信号。

依照数据内容（1,0状态）和调制规则改变载波信号的幅值/相位。

载波信号在加载数据后形成载波调制信号。

载波信号与数据信号的频率无关（相互独立）。

如ZigBee通信中以2.4G的高频载波信号承载传输速率为10-250Kbps的数据。

数字信息的模拟信号编码,数字信号传送时要求传输线的频带很宽，而在长距离通信时，通常是用电话线进行传送的，其带宽往往不能满足要求，这时会产生信号的畸变，而且数据通信速率越高信号畸变越严重。

一种解决方案是采用数字信息的模拟信号转换技术将数字信号传输变为模拟信号传输，称为信号调制。

在数据接收端还要将模拟信号复原为数字信息，称为解调。

完成调制与解调的装置称为调制解调器（MODEM）。

调制与解调示意图,模拟数据编码,模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0，1状态。

信号的幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数。

幅值键控（ASKAmplitude-SheftKeying）又称键控调幅。

频移键控（FSKFrequency-SheftKeying）又称键控调频。

相移键控（PSKPhase-SheftKeying）又称键控调相。

几种模拟数据编码的波形,数据的串行/并行转换,数据的串行化现场设备或计算机中的数据信息一般由数据块或多个数据字节组成。

例如一个通信数据由10个8位字节构成。

按规定的排列顺序（例如由高位到低位排列）将多个字节中并列的数据位全部排成一个数据串，被称为串行化。

将10个8位字节的数据排列成80个数据位的数据位流。

发送者依次逐位发送该串数据，形成数据位流。

发送者按一定的约定规则，将多个字节中的按字节并列的数据位全部排成一个单列的数据位串。

数据的反串行化接收者将逐位接收到的数据位流，并按照预先规定好的（与发送者相同的）排列规则，还原出数据的原有形态（即多个数据字节）的过程，被称为反串行化。

数据的串行化与反串行化也被称为数据的串行/并行转换。

单字节数据的报文帧,数据报文的帧结构“起始”位（帧头）+“数据”位+“停止”位（帧尾）。

“起始”位（帧头）通知接收方有数据到达。

给接收者一段准备接收数据、缓存数据和做出其它响应所需要的时间。

可设置一个或多个起始字节作为帧头。

“停止”位（帧尾）告知接收方本次传输过程的终止。

可设置一个或其他规定字节作为帧尾。

多字节数据报文帧的结构,每次传送n个字节的数据块。

用12个同步字符表示数据传送的开始，接着是n个字节的数据块，字符之间不允许留空隙，当没有字符可发送时，则连续发送同步字符。

通信的连接与确认,连接握手从发出连接请求到确认收发双方已经建立了连接关系的过程。

通信伙伴双方已经做好准备，可以进入数据收发的状态。

可以通过软件和硬件来实现。

硬件连接握手接收者在准备好了后将相应的端口线带入到某个规定的电平状态，如高电平。

发送者从串行接口监测到这个信号的电平变化，便开始发送数据。

接收者可以在任何时候将这根端口线带入到低电平；

当发送者检测到这个低电平，就停止发送。

软件连接握手发送者通过发送一个特定字节表明它想要发送数据。

接收者看到这个字节的时候，也发送一个编码来声明自己可以接收数据。

当发送者看到这个信息时就知道它已完成连接，可以发送数据了。

接收者还可以通过一个另外的编码来告诉发送者停止发送。

确认接收者向发送者发送一个回复信息，表明数据已经正确收到，这个过程称为确认。

确认报文可以是一个的特别定义的报文，例如标识接收者地址或编号，表明哪个接收者已正确接收报文。

发送方根据是否接收到确认报文，采取相应的措施，或结束本次通信，或重发，或开始下一个通信过程。

中断请求与处理,中断请求：

中断是用于通知CPU有任务需要立即响应的一个信号。

中断处理：

中断响应服务程序用于在中断发生时执行所期望的相应操作。

中断请求按事件驱动发生硬件中断。

一个软件缓存的计数器到达了一个触发值。

节点可以通过中断请求与处理进入串行通信处理过程。

串行通信的中断请求与处理,串行通信的中断请求将串口的串行通信中断请求信号连接到中断控制器。

在要求进行串行通信时，由串口将相应的端口置位。

CPU通过自动检测端口事件，发现串口的串行通信中断请求。

串行通信的中断处理此时转入的中断处理程序即串行通信的处理程序。

处理正常的通信过程。

处理在发送、接收过程的非正常状态。

通信中发生了异常事件，需要根据状态变化停止执行现行程序而转向与状态变化相适应的应用程序。

轮询,CPU通过周期性地主动探询各外部端口是否有事件发生工作过程称为轮询。

主节点周期性地主动探询各从节点，与从节点交换数据的过程也称为轮询。

轮询的频率决定了对事件的反应快慢。

在计算机或PLC控制器等通过串口与I/O之间传输数据时通常会采用轮询。

串行通信接口通信接口规范EIA232,EIA-232数据通信的特点信号传输距离最大15米。

数据的最大传送速率在20Kbps。

只适合于两台设备之间的数据传输。

EIA-232的信号电平采用负逻辑。

以-5V-15V电平表示逻辑“1”。

以+5V+15V表示逻辑“0”。

常用的RS-232总线接口信号,端口连线,通信节点间端口直接连接（无Modem）,DB-9连接器,DB-9连接器的外形与管脚排列,通信接口规范EIA485,EIA485的特点用于通信节点多，位置分散，通信距离远，要求采用最少的连线完成的通信任务。

允许一对线路上连接多达32个发送器和接收器。

2根连线实现多节点互连。

连接可以是半双工的，也可以上全双工的。

规范了数据收发的平衡差分电路。

没有规定数据链路协议，时钟需求。

没有规定连接器。

使用方便，价格便宜。

485节点的半双工连接,EIA-485与EIA-232主要技术参数比较,通信接口规范通用串行总线USB,即插即用的计算机外设扩展总线，用于实现低成本的即插即用连接。

USB2.0数据传输速率可达480Mbps（兼容USB1.1版本，USB1.1的传输速率为12Mbps或1.5Mbps）。

最多可连接127台设备（包括根集线器）。

得到