異步通信,異步通信是什么意思

異步通信,異步通信是什么意思

異步通信中，數(shù)據(jù)通常以字符或者字節(jié)為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端逐幀發(fā)送，通過傳輸線被接收設(shè)備逐幀接收。發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。

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

通信協(xié)議（通信規(guī)程）：使用異步串口傳送一個(gè)字符的信息時(shí)，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(yàn)位、停止位。

異步通訊的時(shí)序，如下圖所示。

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其中各位的意義如下：

起始位：先發(fā)出一個(gè)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(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時(shí)鐘定位。

奇偶校驗(yàn)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(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來校驗(yàn)資料傳送的正確性。

停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)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(dāng)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(jìn)制位數(shù)。例如資料傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)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(gè)字符的傳輸時(shí)間內(nèi)能和發(fā)送設(shè)備保持同步就能正確接收。下一個(gè)字符起始位的到來又使同步重新校準(zhǔn)（依靠檢測起始位來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收方的時(shí)鐘自同步的）。

相關(guān)芯片

專用USRT和UART接口芯片

ACE（Asynchronous Communications Element）芯片

最常用的ACE芯片是TI公司的TL16C系列，各芯片如下：

TL16C2550 - 具有 16 字節(jié) FIFO 的 1.8V 至 5V 雙路 UART

芯片文檔鏈接 [1]

TL16C2552 - 具有 16 字節(jié) FIFO 的 1.8V 至 5V 雙路 UART

芯片文檔鏈接 [2]

TL16C450 - 沒有 FIFO 的單路 UART

芯片文檔鏈接 [3]

TL16C552 - 具有 16 字節(jié) FIFO 和并行端口的雙路 UART

芯片文檔鏈接 [4]

支持USART的芯片

現(xiàn)在多數(shù)的Microcontroller和DSP芯片內(nèi)部都配置有USART，可以同時(shí)支持同步傳輸和異步傳輸，主要廠商的Microcontroller如下：

TI ： MSP430 系列

芯片文檔鏈接 [5]

Philips ： XA-H3/H4系列芯片文檔鏈接 [6]

Freescale： MPC823 系列芯片文檔鏈接 [7]

Samsung： S3C2410系列芯片文檔鏈接 [8]

Asynchronous Communications 異步通信

異步通信指兩個(gè)互不同步的設(shè)備通過計(jì)時(shí)機(jī)制或其他技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。異步通信中兩個(gè)字符之間的時(shí)間間隔是不固定的，而在一個(gè)字符內(nèi)各位的時(shí)間間隔是固定的?；旧?，發(fā)送方可以隨時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而接收方必須在信息到達(dá)時(shí)準(zhǔn)備好接收。相反，同步傳輸是一個(gè)精確同步的位流，其中字符的起始是由計(jì)時(shí)機(jī)制來定位的。

在大量使用異步與同步傳輸?shù)拇笮蜋C(jī)/終端環(huán)境中，異步傳輸用于傳輸來自用戶周期性按鍵的終端的字符。接收系統(tǒng)知道等待下一次按鍵，即使這會花費(fèi)較多的時(shí)間。相反，同步傳輸用作定期傳輸大量信息的大型系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路。協(xié)議為在公用電話系統(tǒng)上利用慢速鏈路而進(jìn)行了優(yōu)化，因此無關(guān)位將從傳輸中刪除，并且時(shí)鐘用于隔開字符。

在異步通信中，字符作為比特串編碼，由起始位(start bit)、數(shù)據(jù)位(data bit)、奇偶校驗(yàn)位(parity)和停止位(stop bit)組成。這種用起始位開始，停止位結(jié)束所構(gòu)成的一串信息稱為幀(frame)。校驗(yàn)比特有時(shí)用于檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。傳輸?shù)摹捌鹗家煌Ｖ埂蹦Ｊ揭馕吨鴮τ诿總€(gè)新字符，傳輸都重新從頭開始，而消除在上次傳輸過程中可能出現(xiàn)的任意計(jì)時(shí)差異。當(dāng)差異確實(shí)出現(xiàn)時(shí)，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)機(jī)制能夠請求重傳。

在傳送一個(gè)字符時(shí)，由一位低電平的起始位開始，接著傳送數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位的位數(shù)為5～8。在傳輸時(shí)，按低位在前，高位在后的順序傳送。奇偶校驗(yàn)位用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性，也可以沒有，可由程序來指定。最后傳送的是高電平的停止位，停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位結(jié)束到下一個(gè)字符的起始位之間的空閑位要由高電平2來填充（只要不發(fā)送下一個(gè)字符，線路上就始終為空閑位）。

異步通信中典型的幀格式是：1位起始位，7位（或8位）數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位，2位停止位。

在異步通信中，每接收一個(gè)字符，接收方都要重新與發(fā)送方同步一次，所以接收端的同步時(shí)鐘信號并不需要嚴(yán)格地與發(fā)送方同步，只要它們在一個(gè)字符的傳輸時(shí)間范圍內(nèi)能保持同步即可，這意味著對時(shí)鐘信號漂移的要求要比同步信號低得多，硬件成本也要低的多，但是異步傳送一個(gè)字符，要增加大約20％的附加信息位，所以傳送效率比較低。異步通信方式簡單可靠，也容易實(shí)現(xiàn)，故廣泛地應(yīng)用于各種微型機(jī)系統(tǒng)中。

異步傳輸可以在兩臺鄰近的計(jì)算機(jī)之間發(fā)生，方法是在每臺計(jì)算機(jī)的異步通信端口之間連接一條不帶調(diào)制解調(diào)器的電纜。如果計(jì)算機(jī)之間的距離很遠(yuǎn)，則每個(gè)端口都需要一個(gè)調(diào)制解調(diào)器來轉(zhuǎn)換用于通過模擬電話線傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)數(shù)字信號。在正常交換(撥號)或租用電話線上，異步傳輸可以以高達(dá)56kbit/s的速度進(jìn)行。

信道是兩個(gè)通信設(shè)備之間的一個(gè)單一通信路徑，是由物理連接或復(fù)用技術(shù)創(chuàng)建的。電路是一個(gè)提供通信信道的實(shí)際物理連接。撥號電話系統(tǒng)為兩個(gè)系統(tǒng)之間的通信信道提供電路。單工電路是一個(gè)在單一方向傳輸信號的單向傳輸路徑。半雙工電路是一個(gè)在兩個(gè)方向都提供傳輸?shù)膫鬏斅窂?，但一次只能一個(gè)方向。全雙工鏈路是一個(gè)能夠同時(shí)在兩個(gè)電路上進(jìn)行雙向傳輸?shù)碾p向傳輸路徑。

糾錯(cuò)方法

所有傳輸介質(zhì)都易受干擾和由介質(zhì)本身引進(jìn)的問題的影響，如電阻和信號衰減。外來干擾可以由背景噪聲、大氣輻射、機(jī)器甚至故障設(shè)備引起。受干擾影響的比特?cái)?shù)隨傳輸速率的增力而增加，因?yàn)樵诟蓴_的時(shí)幀中涉及到更多的比特。要更正這些問題，需使用檢錯(cuò)與糾錯(cuò)方法。

在奇偶校驗(yàn)時(shí)，各組中1的數(shù)目必須總是相同(無論奇或偶)，以表示一組比特正確無誤地傳輸。逐個(gè)字符的檢查叫做VRC (垂直冗余校驗(yàn))。逐塊檢查叫做LRC(縱向冗余校驗(yàn))。在傳輸開始之前，兩個(gè)系統(tǒng)的奇偶校驗(yàn)方法必須達(dá)成一致。有偶校驗(yàn)(1的數(shù)目必須為偶數(shù))、奇校驗(yàn)(1的數(shù)目必須為奇數(shù))、空號奇偶校驗(yàn)(校驗(yàn)位始終為0)和傳號奇偶校驗(yàn)(校驗(yàn)位始終為1)。

新型的調(diào)制解調(diào)器提供高級的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)方法，比上面討論過的那些方法要實(shí)用并有效得多。

接口標(biāo)準(zhǔn)

用于異步通信的連接在OSI(開放系統(tǒng)互連)參考模型的物理層中被定義。此層定義與連接器類型、管腳引出線和電氣信號相關(guān)的規(guī)范。如RS-232、RS-449、CCITT V.24等之類的標(biāo)準(zhǔn)為各種要求定義這些接口。

為確保連接的設(shè)備可以互相通信定義了各種標(biāo)準(zhǔn)。EIA(電子工業(yè)協(xié)會)已經(jīng)為在計(jì)算機(jī)設(shè)備間通過銅線傳輸異步信息設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)。EIA RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)是一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C定義了物理連接、信號電壓與定時(shí)、錯(cuò)誤檢查及其他功能等內(nèi)容以及位流通過單個(gè)線路的串行傳輸。相反，并行傳輸包括在同一個(gè)電纜的多個(gè)線路上同時(shí)發(fā)送多個(gè)比特，類似于多車道高速公路。

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

EIA RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)支持短距離傳輸。例如，用它將計(jì)算機(jī)連接至調(diào)制解調(diào)器。如果電纜長度變得過長，電流將減弱，而且接收方也許無法讀取它。RS-232電纜建議的最大長度為50英尺，最大信號速率為20kbps。要經(jīng)過較長距離連接內(nèi)部系統(tǒng)，請建立一個(gè)LAN。要與所在建筑物外部的系統(tǒng)連接，可使用調(diào)制解調(diào)器和電話系統(tǒng)或由本地和長途運(yùn)營商提供的其他服務(wù)。