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[導(dǎo)讀] 數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種: 并行通信:是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個資料的各位同時傳送。它的特點是傳輸速度快,適用于短距離通信,但要求通訊速率較高的應(yīng)用場合。

數(shù)據(jù)通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種:

并行通信:是指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線將一個資料的各位同時傳送。它的特點是傳輸速度快,適用于短距離通信,但要求通訊速率較高的應(yīng)用場合。

串行通信:是指利用一條傳輸線將資料一位位地順序傳送。特點是通信線路簡單,利用簡單的線纜就可實現(xiàn)通信,降低成本,適用于遠距離通信,但傳輸速度慢的應(yīng)用場合。

一、異步通信及其協(xié)議

異步通信以一個字符為傳輸單位,通信中兩個字符間的時間間隔是不固定的,然而在同一個字符中的兩個相鄰位代碼間的時間間隔是固定的。

通信協(xié)議(通信規(guī)程):是指通信雙方約定的一些規(guī)則。在使用異步串口傳送一個字符的信息時,對資料格式有如下約定:規(guī)定有空閑位、起始位、資料位、奇偶校驗位、停止位。

異步通訊的時序,如圖5-1。

其中各位的意義如下:

起始位:先發(fā)出一個邏輯”0”信號,表示傳輸字符的開始。

資料位:緊接著起始位之后。資料位的個數(shù)可以是4、5、6、7、8等,構(gòu)成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送,靠時鐘定位。

奇偶校驗位:資料位加上這一位后,使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗),以此來校驗資料傳送的正確性。

停止位:它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志??梢允?位、1.5位、2位的高電平。

空閑位:處于邏輯“1”狀態(tài),表示當前線路上沒有資料傳送。

波特率:是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進制位數(shù)。例如資料傳送速率為120字符/秒,而每一個字符為10位,則其傳送的波特率為10×120=1200字符/秒=1200波特。

注:異步通信是按字符傳輸?shù)?,接收設(shè)備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個字符起始位的到來又使同步重新校準(依靠檢測起始位來實現(xiàn)發(fā)送與接收方的時鐘自同步的)。

二、資料傳送方式

根據(jù)資料傳送方向的不同有以下三種方式。如圖5-2所示。

(1)單工方式 (2)半雙工方式 (3)全雙工方式

圖5-2 資料傳送方式

1、單工方式

資料始終是從A設(shè)備發(fā)向B設(shè)備。

2、 半雙工方式

資料能從A設(shè)備傳送到B設(shè)備,也能從B設(shè)備傳送到A設(shè)備。在任何時候資料都不能同時在兩個方向上傳送,即每次只能有一個設(shè)備發(fā)送,另一個設(shè)備接收。但是通訊雙方依照一定的通訊協(xié)議來輪流地進行發(fā)送和接收。

3、 全雙工方式

允許通信雙方同時進行發(fā)送和接收。這時,A設(shè)備在發(fā)送的同時也可以接收,B設(shè)備亦同。全雙工方式相當于把兩個方向相反的單工方式組合在一起,因此它需要兩條數(shù)據(jù)傳輸線。在計算機串行通訊中主要使用半雙工和全雙工方式。

三、信號傳輸方式

1、基帶傳輸方式

在傳輸線路上直接傳輸不加調(diào)制的二進制信號,如圖所示。它要求傳送線的頻帶較寬,傳輸?shù)臄?shù)字信號是矩形波。

基帶傳輸方式僅適宜于近距離和速度較低的通信。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

2、頻帶傳輸方式

傳輸經(jīng)過調(diào)制的模擬信號

在長距離通信時,發(fā)送方要用調(diào)制器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,接收方則用解調(diào)器將接收到的模擬信號再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,這就是信號的調(diào)制解調(diào)。

實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)任務(wù)的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。采用頻帶傳輸時,通信雙方各接一個調(diào)制解調(diào)器,將數(shù)字信號寄載在模擬信號(載波)上加以傳輸。因此,這種傳輸方式也稱為載波傳輸方式。這時的通信線路可以是電話交換網(wǎng),也可以是專用線。

常用的調(diào)制方式有三種:

調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相,分別如下圖所示。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

四、串行接口標準

串行接口標準:指的是計算機或終端(資料終端設(shè)備DTE)的串行接口電路與調(diào)制解調(diào)器MODEM等(數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE)之間的連接標準。

RS-232C標準

RS-232C是一種標準接口,D型插座,采用25芯引腳或9芯引腳的連接器,如圖5-5所示。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

微型計算機之間的串行通信就是按照RS-232C標準設(shè)計的接口電路實現(xiàn)的。如果使用一根電話線進行通信,那幺計算機和MODEM之間的聯(lián)機就是根據(jù)RS-232C標準連接的。其連接及通信原理所示

RS232信號定義

RS-232C標準規(guī)定接口有25根聯(lián)機。只有以下9個信號經(jīng)常使用。

引腳和功能分別如下:

1. TXD(第2腳):發(fā)送資料線,輸出。發(fā)送資料到MODEM。

2. RXD(第3腳):接收資料線,輸入。接收資料到計算機或終端。

3. (第4腳):請求發(fā)送,輸出。計算機通過此引腳通知MODEM,要求發(fā)送資料。

4. (第5腳):允許發(fā)送,輸入。發(fā)出 作為對 的回答,計算機才可以進行發(fā)送資料。

5. (第6腳):資料裝置就緒(即MODEM準備好),輸入。表示調(diào)制解調(diào)器可以使用,該信號有時直接接到電源上,這樣當設(shè)備連通時即有效。

6. CD(第8腳):載波檢測(接收線信號測定器),輸入。表示MODEM已與電話線路連接好。

7. 如果通信線路是交換電話的一部分,則至少還需如下兩個信號:

8. RI(第22腳):振鈴指示,輸入。MODEM若接到交換臺送來的振鈴呼叫信號,就發(fā)出該信號來通知計算機或終端。

9. (第20腳):資料終端就緒,輸出。計算機收到RI信號以后,就發(fā)出 信號到MODEM作為回答,以控制它的轉(zhuǎn)換設(shè)備,建立通信鏈路。

10. GND(第7腳):信號地

邏輯電平

RS-232C標準采用EIA電平,規(guī)定:

“1”的邏輯電平在-3V~-15v之間

“0”的邏輯電平在+3V~+15V之間。

由于EIA電平與TTL電平完全不同,必須進行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換,MCl488完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換,MCl489完成EIA電平到ITL電平的轉(zhuǎn)換。還有MAX232可以同時完成TTL-》EIA和EIA-》TTL的電平轉(zhuǎn)換。

除了RS-232C標準以外,還有一些其它的通用的異步串行接口標準,如:

RS-423A標準

為了克服RS-232C的缺點,提高傳送速率,增加通信距離,又考慮到與RS-232C的兼容性,美國電子工業(yè)協(xié)會在1987年提出了RS-423A標準。該標準的主要優(yōu)點是在接收端采用了差分輸入。而差分輸入對共模干擾信號有較高的抑制作用,這樣就提高了通信的可靠性。RS-423A用-6v表示邏輯“1”,用+6v表示邏輯“0”,可以直接與RS-232C相接。采用RS-423A標準以獲得比RS-232C更佳的通信效果。

RS-422A標準

RS-422A總線采用平衡輸出的發(fā)送器,差分輸入的接收器。如圖5-8所示。

RS-422A的輸出信號線間的電壓為±2v,接收器的識別電壓為±0.2v。共模范圍±25v。在高速傳送信號時,應(yīng)該考慮到通信線路的阻抗匹配,一般在接收端加終端電阻以吸收掉反射波。電阻網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該是平衡的,所示。

RS-485標準

RS-485適用于收發(fā)雙方共享一對線進行通信,也適用于多個點之間共享一對線路進行總線方式聯(lián)網(wǎng),但通信只能是半雙工的,線路如圖5-10所示。

典型的RS232到RS422/485轉(zhuǎn)換芯片有:MAX481/483/485/487/488/489/490/491,SN75175/176/184等等,它們均只需單一+5v電源供電即可工作(芯片內(nèi)部采用電荷泵方式升壓)。具體使用方法可查閱有關(guān)技術(shù)手冊。

五、S3C2410內(nèi)置的UART控制器

S3C2410內(nèi)部具有3個獨立的UART控制器,每個控制器都可以工作在Interrupt(中斷)模式或DMA(直接內(nèi)存訪問)模式,也就是說UART控制器可以CPU與UART控制器傳送資料的時候產(chǎn)生中斷或DMA請求。并且每個UART均具有16字節(jié)的FIFO(先入先出寄存器),支持的最高波特率可達到230.4Kbps

UART的操作

UART的操作分為以下幾個部分,分別是:資料發(fā)送、資料接收、產(chǎn)生中斷、產(chǎn)生波特率、Loopback模式、紅外模式以及自動流控模式。

資料發(fā)送

發(fā)送的資料幀格式是可以編程設(shè)置的。它包含了起始位、5~8個資料位、可選的奇偶校驗位以及1~2位停止位。這些都是通過UART的控制寄存器 ULCONn 來設(shè)置的。

資料接收

同發(fā)送一樣,接收的資料幀格式也是可以進行編程設(shè)置的。此外,還具備了檢測溢出出錯、奇偶校驗出錯、幀出錯等出錯檢測,并且每種錯誤都可以置相應(yīng)的錯誤標志。

自動流控模式

S3C2410的UART0和UART1都可以通過各自的nRTS和nCTS信號來實現(xiàn)自動流控。

在自動流控(AFC)模式下nRTS取決于接收端的狀態(tài),而nCTS控制了發(fā)送斷的操作。具體地說:只有當nCTS有效時(表明接收方的FIFO已經(jīng)準備就緒來接收資料了),UART才會將FIFO中的資料發(fā)送出去。在UART接收資料之前,只要當接收FIFO有至少2-byte空余的時候,nRTS就會被置為有效。圖5-12是UART 自動流控模式的連接方式

中斷/DMA請求產(chǎn)生

S3C2410的每個UART都有7種狀態(tài),分別是:溢出覆蓋(Overrun)錯誤、奇偶校驗錯誤、幀出錯、斷線錯誤、接收就緒、發(fā)送緩沖空閑、發(fā)送移位器空閑。它們在UART狀態(tài)寄存器 UTRSTATn / UERSTATn 中有相應(yīng)的標志位。

波特率發(fā)生器

每個UART控制器都有各自的波特率發(fā)生器來產(chǎn)生發(fā)送和接收資料所用的序列時鐘,波特率發(fā)生器的時鐘源可以CPU內(nèi)部的系統(tǒng)時鐘,也可以從CPU的 UCLK 管腳由外部取得時鐘信號,并且可以通過 UCONn 選擇各自的時鐘源。

波特率產(chǎn)生的具體計算方法如下:

當選擇CPU內(nèi)部時鐘時:

UBRDIVn=(int)(PCLK/(bps*16))-1,bps為所需要的波特率值,PCLK為CPU內(nèi)部外設(shè)總線(APB)的工作時鐘。

當需要得到更精確的波特率時,可以選擇由 UCLK 引入的外部時鐘來生成。

UBRDIVn=(int)(UCLK/(bps*16))-1

LoopBack操作模式

S3C2410 CPU的UART提供了一種測試模式,也就是這里所說的LoopBack模式。在設(shè)計系統(tǒng)的具體應(yīng)用時,為了判斷通訊故障是由于外部的數(shù)據(jù)鏈路上的問題,還是CPU內(nèi)驅(qū)動程序或CPU本身的問題,這就需要采用LoopBack模式來進行測試。在LoopBack模式中,資料發(fā)送端TXD在UART內(nèi)部就從邏輯上與接收端RXD連在一起,并可以來驗證資料的收發(fā)是否正常。

UART控制寄存器

下面將針對UART的各個控制寄存器逐一進行講解,以期對UART的操作和設(shè)置能有更進一步的了解。

ULCONn (UART Line Control Register)見圖5-13

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-13

Word Length :資料位長度

Number of Stop Bit :停止位數(shù)

Parity Mode :奇偶校驗位類型

Infra-Red Mode :UART/紅外模式選擇(當以UART模式工作時,需設(shè)為“0”)

UCONn (UART Control Register)見圖5-14

Receive Mode :選擇接收模式。如果是采用DMA模式的話,還需要指定說使用的DMA信道。

Transmit Mode :同上。

Send Break Signal :選擇是否在傳1幀資料中途發(fā)送Break信號。

Loopback Mode :選擇是否將UART置于Loopback測試模式。

Rx Error Status Interrupt Enable :選擇是否使能當發(fā)生接收異常時,是否產(chǎn)生接收錯誤中斷。

Rx Time Out Enable :是否使能接收超時中斷。

Rx Interrupt Type :選擇接收中斷類型。

選擇0:Pulse(脈沖式/邊沿式中斷。非FIFO模式時,一旦接收緩沖區(qū)中有資料,即產(chǎn)生一個中斷;為FIFO模式時,一旦當FIFO中的資料達到一定的觸發(fā)水平后,即產(chǎn)生一個中斷)

選擇1:Level(電平模式中斷。非FIFO模式時,只要接收緩沖區(qū)中有資料,即產(chǎn)生中斷;為FIFO模式時,只要FIFO中的資料達到觸發(fā)水平后,即產(chǎn)生中斷)

Tx Interrupt Type :類同于Rx Interrupt Type

Clock SelecTIon :選擇UART波特率發(fā)生器的時鐘源。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-14

UFCONn (UART FIFO Conrtol Register)見圖5-15

FIFO Enable :FIFO使能選擇。

Rx FIFO Reset :選擇當復(fù)位接收FIFO時是否自動清除FIFO中的內(nèi)容。

Tx FIFO Reset :選擇當復(fù)位發(fā)送FIFO時是否自動清除FIFO中的內(nèi)容。

Rx FIFO Trigger Level :選擇接收FIFO的觸發(fā)水平。

Tx FIFO Trigger Level :選擇發(fā)送FIFO的觸發(fā)水平。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-15

UMCONn (UART Modem Control Register)見圖5-16

Request to Send :如果在AFC模式下,該位將由UART控制器自動設(shè)置;否則的話就必須由用戶的軟件來控制。

Auto Flow Control :選擇是否使能自動流控(AFC)。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-16

UTRSTATn (UART TX/RX Status Register)見圖5-17

Receive buffer data ready :當接收緩沖寄存器從UART接收端口接收到有效資料時將自動置“1”。反之為“0”則表示緩沖器中沒有資料。

Transmit buffer empty :當發(fā)送緩沖寄存器中為空,自動置“1”;反之表明緩沖器中正有資料等待發(fā)送。

Transmitter empty :當發(fā)送緩沖器中已經(jīng)沒有有效資料時,自動置“1”;反之表明尚有資料未發(fā)送。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-17

UERSTATn (UART Error Status Register)見圖5-18

Overrun Error :為“1”,表明發(fā)生Overrun錯誤。

Frame Error :為“1”。表明發(fā)生Frame(幀)錯誤。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-18

UFSTATn?。海║ART FIFO Status Register)見圖5-19

Rx FIFO Count :接收FIFO中當前存放的字節(jié)數(shù)。

Tx FIFO Count :發(fā)送FIFO中當前存放的字節(jié)數(shù)。

Rx FIFO Full :為“1“表明接收FIFO已滿。

Tx FIFO Full :為“1“表明發(fā)送FIFO已滿。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-19

UMSTATn?。海║ART FIFO Status Register)見圖5-20

Clear to Send :為“0”表示CTS無效;為“1”表示CTS有效。

Delta CTS :指示自從上次CPU訪問該位后,nCTS的狀態(tài)有無發(fā)生改變。

為“0”則說明不曾改變;反之表明nCTS信號已經(jīng)變化了。

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-20

UTXHn 和 URXHn 分別是UART發(fā)送和接收資料寄存器

這兩個寄存器存放著發(fā)送和接收的資料,當然只有一個字節(jié)8位資料。需要注意的是在發(fā)生溢出錯誤的時候,接收的資料必須要被讀出來,否則會引發(fā)下次溢出錯誤

UBRDIVn :(UART Baud Rate Divisor Register)見圖5-21

數(shù)據(jù)通信的幾種基本方式以及原理解析

圖5-21

關(guān)于UART波特率的計算方法,在前面的內(nèi)容中已經(jīng)有詳細的闡述,此處不做多余說明。

小結(jié):讀寫狀態(tài)寄存器UTRSTAT 以及錯誤狀態(tài)寄存UERSTAT,可以反映芯片目前的讀寫狀態(tài)以及錯誤類型。FIFO 狀態(tài)寄存器UFSTAT 和MODEM 狀態(tài)寄存器UMSTAT,通過前者可以讀出目前FIFO 是否滿以及其中的字節(jié)數(shù);通過后者可以讀出目前MODEM 的CTS狀態(tài)。

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