单片机串行数据传输技术在工业数据监测中的应用.doc

单片机串行数据传输技术在工业数据监测中的应用 串行通信基础知识 通信基础 从广义上来说，通信就是信息的传递或交换，一台计算机与另一台计算机之间的信息交换传递，计算机与外部设备之间的信息交换等都是通信的一种[1]。 数据通信的方式主要有并行数据通信和串行数据通信（本设计主要研究的是串行数据通信）。通常情况下，都是由信息传送的距离远近来选择其通信方式的，短距离的数据通信一般采用并行的方式，最常见的例子是计算机和外部设备之间的通信，如打印机，CPU、存储器模块和设备控制器之间的通信。而一般当距离大于30米的时候就要采用串行通信了，如公用电话系统、互联网。MCS-51系列单片机是具有串行和并行二种基本通信方式的[2]。 并行通信是指数据的各个位同时传送，可以以字或字节为单位并行进行，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行通信的主要优点是速度快，但应用到长距离的连接时就无优点可言了。首先，在长距离上使用多条线路要比使用一条线路昂贵。另外一个问题涉及到比特传输所需要的时间。短距离时，多个信道上同时传输的比特几乎总是能够同时收到。但长距离时，。并行通信方式连接如图2-1[2]。 串行通信使用一对数据信号线，数据在一对数据信号线上一位一位顺序传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。其优点是串行通信的收、发双方只需要有一条传输信道（一对传送线），比较便宜又易于实现，而且用在长距离连接中也比并行通信更加可靠。其缺点是每次只能传输一个比特位，所以传输速度比较慢。串行通信方式连接如图2-2[2]。 　　　　　图2-1　并行通信方式连接图　　　　　　　　　　图2-2　串行通信方式连接图 串行通信的基本通信方式 串行通信的数据是逐位传送的，发送方发送的每一位都具有因定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅如此，接收方还要确定一个信息组的开始和结束。为此，串行通信对传送数据的格式作了严格的规定。不同的串行通信方式具有不同的数据格式[1]。下面简单介绍一下常用的两种基本串行通信方式：同步通信和异步通信及其数据格式。 同步通信 所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率始终保持一致（同步）的通信，这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系[1]。 同步通信把许多字符组成一个信息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。 同步通信要求在传输线路上始终保持连续的字符位流，若计算机没有数据传输，则线路上要用专用的“空闲”字符或同步字符填充。 同步通信传送信息的位数几乎不受限制，通常一次通信传的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。但它要求在通信中保持精确的同步时钟，所以其发送器和接收器比较复杂，成本也较高，一般用于传送速率要求较高的场合。 用于同步通信的数据格式有许多种，下面主要介绍的是单同步字符格式和双同步字符格式（其数据格式如下图）。在数据开始传送前，用同步字符（单或双）来表示，检测到规定的同步字符（可以是用户约定或者采用ASCⅡ码中规定的SYN代码）后，就按顺序来传送数据，直到此段数据传送完。此过程中时钟信号也要同时传送。同步通信的优点是可以提高传送速率（达56kb/s或更高），但硬件比较复杂。 从图中可以看出，在帧格式中，字符由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity)和停止位(stop bit)组成。起始位表示一个字符的开始，停止位则表示一个字符的结束。这种用起始位开始，停止位结束所构成的一串信息称为帧(frame)（注意：异步通信中的“帧”与同步通信中“帧”是不同的，异步通信中的“帧”只包含一个字符，而同步通信中“帧”可包含几十个到上千个字符）。在传送一个字符时，由一位的低电平起始位开始，起始位还被用作同步接收端的时钟信号，以保证以后的接收能正确进行。接着传送数据位，它可以是5位（D0-D4）、6位、7位或8位（D0-D7），在传输时，按低位在前，高位在后的顺序传送。奇偶校验位用于检验数据的传送是否正确，也可以没有，可由程序来指定。最后传送的是高电平的停止位，停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位结束到下一个字符的起始位之间的空闲位要由2位（逻辑1）来填充（只要不发送下一个字符，线路上就始终为空闲位）。存在空闲位正是异步通信的特征之一。 从以上叙述可以看出，在异步通信中，每接收一个字符，接收方都要重新与发送方同步一次，所以接收端的时钟信号并不需要严格地与发送方同步，只要它们在一个字符的传输时间范围内