串行异步通信-UART

 

 

串行通信可以分为两种类型：同步通信、异步通信。

　　1.异步通信的特点及信息帧格式： 
　　 以起止式异步协议为例，下图显示的是起止式一帧数据的格式：

起止式异步通信的特点是：一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平，逻辑值），字符本身由5-7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平（逻辑值１），这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。
　　 从图中可看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。 
　　 异步通信可以采用正逻辑或负逻辑，正负逻辑的表示如下表所示：

	逻辑0	逻辑1
正逻辑	低电平	高电平
负逻辑	高电平	低电平

异步通信的信息格式如下边的表所示：

起始位	逻辑0	1位
数据位	逻辑0或1	5，6，7，8位
校研位	逻辑0或1	1位或无
停止位	逻辑1	1位，1.5位或2位
空闲位	逻辑1	任意数量

注：表中位数的本质含义是信号出现的时间，故可有分数位，如1.5。 
　　 例：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位，则信号线上的波形象图2所示那样：异步通信的速率：若9600bps，每字符8位，1起始，1停止，无奇偶，则实际每字符传送10位，则960字符/秒。 

图2

2.异步通信的接收过程

　　接收端以“接收时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。下面以波特率因子等于16（接收时钟每16个时钟周期，使接收移位寄存器移位一次）、正逻辑为例说明，如图3所示。

 

图3

    （1）开始通信时，信号线为空闲（逻辑1）,当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。　

　　（2）当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”B，而不是干扰信号。

　　（3）接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1, 作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。

　　（4）再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据。….，直到全部数据位都输入。

　　（5）检测校验位P（如果有的话）。

　　（6）接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。

　　（7）本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。

　　（8）当信号再次变为低时，开始进入下一幀的检测。

　　3、异步通信的发送过程

　　发送端以“发送时钟”和“波特率因子”决定一位的时间长度。

　　（1）当初始化后，或者没有信息需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位，空闲位可以有任意数量。

　　（2）当需要发送时，发送端首先输出逻辑0，作为起始位。

　　（3）接着，发送端首先发送D0位，直到各数据位发送完。

　　（4）如果需要的话，发送端输出校验位。

　　（5）最后，发送端输出停止位（逻辑1）。

　　（6）如果没有信息需要发送时，发送端输出逻辑1，即空闲位，空闲位可以有任意数量。如果还有信息需要发送，转入第（2）步。

　　对于以上发送、接收过程应注意以下几点：

　　（1）接收端总是在每个字符的头部（即起始位）进行一次重新定位，因此发送端可以在字符之间插入不等长的空闲位，不影响接收端的接收。

　　（2）发送端的发送时钟和接收端的接收时钟，其频率允许有一定差异，当频率差异在一定范围内，不会引起接收端检测错位，能够正确接收。并且这种频率差异不会因多个字符的连续接收而造成误差累计（因为每个字符的开始（起始位处）接收方均重新定位）。只有当发送时钟和接收时钟频率差异太大，引起接收端采样错位，才造成接收错误。

　　（3）起始位、校验位、停止位、空闲位的信号，由“发送移位寄存器”自动插入。在接收方，“接收移位寄存器”接收到一帧完整信息（起始、数据、校验、停止）后，仅把数据的各位送至“数据输入寄存器”，即CPU从“数据输入寄存器”中读得的信息，只是有效数字，不包含起始位、校验位、停止位信息。