串行通信的三种方式

串行通讯的基本概念:与外界的信息交换称为通讯.基本的通讯方式有并行通讯和串行通讯两种.

一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯.并行通讯的特点是:各数据位同时传送,传送速度快、效率高,但有多少数据位就需多少根数据线,因此传送成本高,且只适用于近距离(相距数米)的通讯.

一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯.串行通讯的特点是:数据位传送,传按位顺序进行,最少只需一根传输线即可完成,成本低但送速度慢.串行通讯的距离可以从几米到几千米.

根据信息的传送方向,串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种.信息只能单向传送为单工;信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工;信息能够同时双向传送则称为全双工.

串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种方式.在单片机中,主要使用异步通讯方式.

MCS_51单片机有一个全双工串行口.全双工的串行通讯只需要一根输出线和一根输入线.数据的输出又称发送数据(TXD),数据的输入又称接收数据(RXD).串行通讯中主要有两个技术问题,一个是数据传送、另一个是数据转换.数据传送主要解决传送中的标准、格式及工作方式等问题.数据转换是指数据的串并行转换.具体说,在发送端,要把并行数据转换为串行数据;而在接收端,却要把接收到的串行数据转换为并行数据.

1. 单工/半双工和全双工的定义

如果在通信过程的任意时刻,信息只能由一方A传到另一方B,则称为单工.

如果在任意时刻,信息既可由A传到B,又能由B传A,但只能由一个方向上的传输存在,称为半双工传输.

如果在任意时刻,线路上存在A到B和B到A的双向信号传输,则称为全双工.

电话线就是二线全双工信道. 由于采用了回波抵消技术,双向的传输信号不致混淆不清.双工信道有时也将收、发信道分开,采用分离的线路或频带传输相反方向的信号,如回线传输.

2. 串口通讯—全双工和半双工方式

在串行通信中,数据通常是在两个站(如终端和微机)之间进行传送,按照数据流的方向可分成三种基本的传送方式:全双工、半双工、和单工.但单工目前已很少采用,下面仅介绍前两种方式.

• 全双工方式(full duplex)

当数据的发送和接收分流,分别由两根不同的传输线传送时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作,这样的传送方式就是全双工制,如图1所示.在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送.全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟,这对那些不能有时间延误的交互式应用(例如远程监测和控制系统)十分有利.这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器,同时,需要2根数据线传送数据信号.(可能还需要控制线和状态线,以及地线).

图1

比如,计算机主机用串行接口连接显示终端,而显示终端带有键盘.这样,一方面键盘上输入的字符送到主机内存;另一方面,主机内存的信息可以送到屏幕显示.通常,往键盘上打入1个字符以后,先不显示,计算机主机收到字符后,立即回送到终端,然后终端再把这个字符显示出来.这样,前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的,即工作于全双工方式.

• 半双工方式(half duplex)

若使用同一根传输线既作接收又作发送,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据,这样的传送方式就是半双工制,如图2所示.采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟.收/发开关实际上是由软件控制的电子开关.

图2

当计算机主机用串行接口连接显示终端时,在半双工方式中,输入过程和输出过程使用同一通路.有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作,这时,从键盘打入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来,而不是用回送的办法,所以避免了接收过程和发送过程同时进行的情况.

目前多数终端和串行接口都为半双工方式提供了换向能力,也为全双工方式提供了两条独立的引脚.在实际使用时,一般并不需要通信双方同时既发送又接收,像打印机这类的单向传送设备,半双工甚至单工就能胜任,也无需倒向.