第十七节 串行通信与并行通信

一、串行通信
1、概念：指在计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。

2、特点：通信线路简单，成本低，易于扩展，传输速度远但是传输速度慢，不支持热插拔

3、串口通信分类（根据数据的传送方向）：单工、半双工、全双工

4、用途：多用于工控和测量设备以及部分通信设备中。例如计算机上常用的COM设备、USB设备和网络通信等设备。

5、参数：波特率、数据位、停止位、奇偶校验
1）波特率：携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数成为码元传输速率。
2）

6、格式：数据字（七位ASCII码）；奇偶位（第八位）；起始位；停止位

数据字为七位的ASCII码时的通信格式.png

7、串口分类：
1）RS-232-C(22根线)：不平衡传输方式，即所谓单端通讯，共模抑制能力差，对应于点对点通讯。
2）RS-422(5根线)：支持点对多的双向通信，采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向。
3）RS-485(2/4根线)：平衡传输方式、需要在传输线上接终接电阻。二线实现多点双向通信，四线只能实现点对多通信。

区别.png

RS-422可支持40个节点，RS-485支持128个节点，网络拓扑图不支持环形或星形网络。

8、总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。
下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。

9、通信分类：
1）异步通信：每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以字符为单位一个个地发送和接收。

异步传送的通信格式.png

异步通信的通信格式.png

在异步数据传输时，通信双方必须约好：字符格式、通信速率
2）同步通信：是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息，通常含有若干个数据字符。
数据格式分别为面向字符和面向比特。

面向字符型的同步通信数据格式.png

面向比特型的同步通信数据格式.png

10、握手
1）软件握手：将数据字节作为控制字符，透过 SetXMode 函式，即可启用或停用 2 个控制字符：XON 与 XOFF。数据接收器将传送这些字符，以于通讯期间暂停传送器。
2）硬件握手：使用实际的硬件线路，RTS/CTS 与 DTR/DSR 线路可搭配使用。
第一种线路集为 RTS (Request to Send) 与 CTS (Clear to Send)。当接收器可接收资料时，则将插入 (Assert) RTS 线路，表示接收器已可接收资料。接着将由 CTS 输入线路的传送器读取此讯息，表示已可传送数据。
第二种线路集为 DTR (Data Terminal Ready) 与 DSR (Data Set Ready)。由于此种线路可让串行端口与调制解调器之间通讯现有状态，因此主要用于调制解调器的通讯作业。举例来说，当调制解调器可为计算机传送数据时，将先中断 DTR 线路，代表目前是透过电话线进行链接作业。接着 DSR 线路将读取该讯息，计算机则开始传送数据。
在一般情况下，DTR/DSR 线路是用以表示系统可进行通讯作业，而 RTS/CTS 线路则用于独立的数据框架。
3）XModem握手：普遍用于调制解调器通讯作业，只要计算机透过 XModem 协议连接其他装置，即可使用 LabWindows/CVI 的 XModem 函式，以传送档案至其他地址 (Site)。该函式为 XModemConfig、XModemSend，与 XModemReceive。

11、串口回环测试：连接适当的引脚，以允许在同一端口上接收和发送信号。它允许发送和接受来自同一串口的数据，以验证端口的可用性。
可用于解决串行通信问题，无需连接到第三方硬件，可以显示串口、线缆或生成消息的软件中的问题。

12、串行接口组成部分：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制寄存器

13、串行接口的工作方式：
1）方式0：移位寄存器方式（半双工方式）数据帧为8位，低位在先，高位在后，没有起始位和停止位。
2）方式1：8位可变波特率方式（异步全双工通信）数据帧为10位，起始位1位低电平，8位数据位，1位高电平停止位
3）方式2：9位固定波特率方式（1个起始位、8个数据位（低位在前）、1个可编程的第9位（TB8/RB8）、1个停止位）
4）方式3：9位可变波特率方式（1个起始位、8个数据位（低位在前）、1个可编程的第9位（TB8/RB8）、1个停止位）

二、并行通信
1、概念：以字节或字节的倍数为传输单位，一次传送一个或一个以上字节的数据，数据的各位同事进行传送。
2、适用：外部设备与危机之间进行近距离、大量和快速的信息交换。
3、特点：传输速度快，但是当距离较远、数位较多时，通信线路复杂且成本高。

典型的并行接口电路图.png

4、并行接口电路的组成：输入缓冲寄存器、输出缓冲寄存器、状态寄存器、控制寄存器、数据信息

三、SPI接口的数据通信
1、SPI接口的信号：MISO、MOSI、SCLK、/SS
1）MOSI（主出从入）：主器件的输出和从器件的输入，用于主器件到从器件的串行数据输入。
2）MISO（主入从出）：主器件的输出和主器件的输入，用于实现从器件到主器件的数据传输。
3）SCLK（串行时钟信号）：主器件的输出和从器件的输入，用于同步主器件和从器件之间在MOSI和MISO线上的串行数据传输。
4）/SS（从机选择信号）：输入信号，主器件用它来选择出游从模式的SPI模块。

四、SPI接口的数据通信方式

1）单主机-单从机方式

连接方式.png

2）双器件方式（互为主从方式）

连接方式.png

3）单主机-多从机方式

连接方式.png

五、I^2C通信接口
1、特点：简单性、有效性、总线占用空间小，低成本、支持多个主件
2、模式：标准模式、快速模式、高速模式，寻址方式有7位和10位方式。
3、I^2总线只用两根线：串行数据SDA、串行时钟SCL