9.1　串行通信基本知识

9.1　串行通信基本知识

9.1.1　串行通信与并行通信

计算机系统中各部件之间通过数据传输进行通信，在数据通信中，按每次传送的数据位数，通信方式可分为串行通信和并行通信。图9-1为这两种通信方式的电路连接示意图。

图9-1　两种通信方式的电路连接形式

（a）并行通信；（b）串行通信

并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或PLC各种内部总线就是以并行方式传送数据的。

串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

9.1.2　串行通信的分类

1.按照数据传送方向分类

串行通信按照数据传送方向，可分为单工（simplex）、半双工（half duplex）和全双工（full duplex）三种制式。

单工：通信线的一端是发送器，一端是接收器，数据只能按照一个固定的方向传送，如图9-2（a）所示。

半双工：系统的每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，但同一时刻只能有一个站发送，一个站接收，如图9-2（b）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9-2　单工、半双工和全双工三种制式

（a）单工；（b）半双工；（c）全双工

全双工：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9-2（c）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。

2.按照串行数据的时钟控制方式分类

按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为异步通信和同步通信两类。

（1）异步通信。(https://www.daowen.com)

在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。

在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。图9-3表示异步通信的字符帧格式。

图9-3　异步通信的字符帧格式

①　字符帧。

字符帧也称数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成，如图9-3所示。

起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑低电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。

数据位：数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定，一般可以是5位、7位或8位，标准的ASCII码是0～127（7位），扩展的ASCII码是0～255（8位）。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。

奇偶校验位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。

停止位：停止位可以是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。

在异步通信中，两相邻字符帧之间可以没有空格，也可以有若干个空闲位，这由用户来决定。

②　波特率。

波特率是异步通信中的另一个重要指标。

波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，也称比特数，单位为b/s（位/秒）。波特率用于表征数据传输的速度，波特率越高，数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同，字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。

（2）同步通信。

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。