第9章 SCI通信模块.ppt
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1、返返章章首首退出退出退出退出目录目录第第9章章 SCI通信模块通信模块返返章章首首退出退出数字-数字编码l单极性编码单极性编码l极化编码极化编码l双极性编码双极性编码返返章章首首退出退出单极性编码l数字传输系统通过在媒体链路上发送脉数字传输系统通过在媒体链路上发送脉冲电压进行通信。冲电压进行通信。l单极性编码的电压只有一级。因此,二单极性编码的电压只有一级。因此,二进制的两个状态只有一个进行了编码,进制的两个状态只有一个进行了编码,通常是通常是1。另一个状态,通常是。另一个状态,通常是0,由零,由零电压或是线路空闲态来代表。电压或是线路空闲态来代表。单极性编码只使用一个电压值的振幅单极性编码只
2、使用一个电压值的振幅返返章章首首退出退出 0 1 0 0 1 1 振幅时间单极性编码返返章章首首退出退出优点:简单直接,实现廉价缺点:1.平均振幅不是零,信号含有直流分量,不能由没有处理直流分量能力的媒体传输,如变压器2.当一个信号不发生改变是,接收端无法知晓每比特的开始和结束,所以具有连续的0或1比特的时候,发生同步问题。(时钟同步线)3.接收方的时钟可能不同步,从而导致接收方错误地读入比特流优缺点返返章章首首退出退出例:例:7个个1比特,以没有电压变化的方式出现,为比特,以没有电压变化的方式出现,为一个不间断的一个不间断的7倍于单个比特时延的正电压,倍于单个比特时延的正电压,当没有信号变化
3、来指明下一个比特的开始时,当没有信号变化来指明下一个比特的开始时,接收方只能依赖于时间因素。但传输延时会使接收方只能依赖于时间因素。但传输延时会使信号时序发生扭曲。给定一个期望比特率为信号时序发生扭曲。给定一个期望比特率为1000bps,数据流中的,数据流中的7个个1可能被拉长为可能被拉长为0.008秒,从而导致多读入了一个秒,从而导致多读入了一个1。返返章章首首退出退出采用两个电压值:一个正电压,一个负电压。通过使用两个电压,使平均电压值下降,减轻了单极性编码中的直流分量问题。1.非归零法(NRZ)2.归零法3.双相位法极化编码极化编码返返章章首首退出退出非归零编码系统中,如果线路空闲表示没
4、有任何信号在传输中。1.非归零电平编码法 信号的电平是根据它所代表的比特位决定的。一个正电压值表示比特1,而一个负电压代表比特0,从而信号的电平依赖于所代表的比特。非归零编码非归零编码返返章章首首退出退出非归零电平编码法 0 1 0 0 1 1 振幅时间返返章章首首退出退出2.非归零反相编码法(NRZ-I)信号电平的一次反转代表比特1。即正电平和负电平之间的一次跃迁,而不是电压值本身,代表一个比特1。0比特由没有电平变化的信号代表。优点:每次遇到比特1都发生电平跃迁,这能够提供一种同步机制。根据统计,连续的比特1出现的几率比连续的比特0出现的几率大。返返章章首首退出退出非归零反相编码法 0 1
5、 1 0 1 0振幅时间返返章章首首退出退出非归零编码系统中,连续的比特0仍然可能造成麻烦。归零电平编码法 信号电平使用了正电平、负电平和零。正电平代表比特1,负电平代表比特0,在每比特间隙的中段,信号将归零。一个比特1实际是由正电压到零的跳变代表,比特0是由负电压到零的跳变代表。归零编码归零编码返返章章首首退出退出优点:数字信号携带同步信息缺点:每比特位需要两次信号变化,增加了占用的带宽。优缺点返返章章首首退出退出归零编码法 0 1 0 0 1 0振幅时间返返章章首首退出退出信号在每比特间隙中发生改变但并不归零,转为相反的一极。1.曼彻斯特编码 一个负电平到正电平的跳变代表比特1,正电平到负
6、电平的跳变代表比特0。(两种电平)2.差分曼彻斯特编码 比特间隙中间的跃迁用于携带同步信息,但是在比特间隙开始位置有一个附加的跃迁用来代表不同比特。开始位置有跃迁代表比特0,没有则代表比特1.差分曼彻斯特编码需要两个信号变化来表示二进制0,但对于二进制1只需要一个。双相位编码法返返章章首首退出退出 0 1 0 0 1 1振幅时间 0 1 1 0 1 0振幅时间返返章章首首退出退出 并行传输并行传输一次使用一次使用n条导线来传输条导线来传输n个比特,每个比特个比特,每个比特都使用专用的线路,而一组中的都使用专用的线路,而一组中的n个比特就可以个比特就可以在每个时钟脉冲从一个设备传输到另一个设备。
7、在每个时钟脉冲从一个设备传输到另一个设备。优点:当其他因素相同时,并行传输将比串优点:当其他因素相同时,并行传输将比串行传输的速度快行传输的速度快n倍倍缺点:费用高,所以并行传输通常被限制在缺点:费用高,所以并行传输通常被限制在最长最长25英尺(约英尺(约7.5米)的距离内。米)的距离内。返返章章首首退出退出返返章章首首退出退出串行传输串行传输比特一个一个一次发送,因此在两个通信设比特一个一个一次发送,因此在两个通信设备之间只需要一条通信信道,而不是备之间只需要一条通信信道,而不是n条。条。优点:只需要一条通信信道,串行传输的费优点:只需要一条通信信道,串行传输的费用大约只是并行传输的用大约只
8、是并行传输的n分之一。分之一。缺点:数据的传送控制比并行通信复杂。缺点:数据的传送控制比并行通信复杂。返返章章首首退出退出因为在设备内部的传输是并行的,因为在设备内部的传输是并行的,所以在发送端和线路之间以及接收端和所以在发送端和线路之间以及接收端和线路之间的接口上,都需要有转换器线路之间的接口上,都需要有转换器(并(并/串转换,串串转换,串/并转换)并转换)返返章章首首退出退出打印机打印机计算机计算机网络网络鼠标鼠标扫描仪扫描仪硬盘硬盘并行、并行、串行接口的应用?串行接口的应用?I2C SPIRS232USB常见的串行通信接口常见的串行通信接口:返返章章首首退出退出串行传输方式串行传输方式同
9、步传输同步传输和和异步传输异步传输同步传输同步传输1位位 数据数据计算机计算机外设外设 1 2 3 4 5 6 7 81001111110011111同步时钟同步时钟1位位 数据数据计算机计算机异步传输异步传输外设外设靠靠发送发送和和接收接收速率速率相同来保证相同来保证比特率:位比特率:位/秒秒(bps)波特率:码元波特率:码元/秒秒(Baud)高位高位先送先送发送发送速率速率接收接收速率速率返返章章首首退出退出串行传输方式串行传输方式1.异步传输异步传输 异步通信是指通信的异步通信是指通信的发发送与接收送与接收设备设备使用各自的使用各自的时钟时钟控制数据的控制数据的发发送和接收送和接收过过程
10、。程。为为使双方的收使双方的收发协发协调调,要求,要求发发送和接收送和接收设备设备的的时钟时钟尽可能一致。尽可能一致。返返章章首首退出退出异步通信是以字符(构成的帧)为异步通信是以字符(构成的帧)为单位进行传输,字符与字符之间的间隙单位进行传输,字符与字符之间的间隙(时间间隔)是任意的,但每个字符中(时间间隔)是任意的,但每个字符中的各位是以固定的时间传送的,即字符的各位是以固定的时间传送的,即字符之间是异步的(字符之间不一定有之间是异步的(字符之间不一定有“位位间隔间隔”的整数倍的关系),但同一字符的整数倍的关系),但同一字符内的各位是同步的(各位之间的距离均内的各位是同步的(各位之间的距离
11、均为为“位间隔位间隔”的整数倍)。的整数倍)。返返章章首首退出退出异步通信的数据格式异步通信的数据格式:异步通信的特点异步通信的特点:不要求收发双方时钟的严:不要求收发双方时钟的严格一致,实现容易,设备开销较小,但每个格一致,实现容易,设备开销较小,但每个字符要附加字符要附加23位用于起止位,各帧之间还位用于起止位,各帧之间还有间隔,因此传输效率不高。有间隔,因此传输效率不高。返返章章首首退出退出2、同步通信、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,使双方达同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,使双方达到完全同步。此时,传输数据的位之间的距离均为到完全同步。此时,
12、传输数据的位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整的整数倍,同时传送的字符间不留间隙,即数倍,同时传送的字符间不留间隙,即保持位同步保持位同步关系,关系,也保持字也保持字符同步符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。外同步外同步 自同步自同步返返章章首首退出退出面向字符的同步格式面向字符的同步格式:此时,传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集(如此时,传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集(如ASCII码)中的字符所组成。图中码)中的字符所组成。图中帧头为帧头为1个或个或2个同步字符个同步字符SYN(ASCII码为码为16H)。)。
13、SOH为序始为序始字符(字符(ASCII码为码为01H),),表示标题的开始,表示标题的开始,标题标题中包含源地址、目标地址和路由指示等信中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。息。STX为文始为文始字符(字符(ASCII码为码为02H),表示传送的数据块开始。),表示传送的数据块开始。数据块数据块是传送的正文内容,由多个字符组成。数据块后面是是传送的正文内容,由多个字符组成。数据块后面是组终组终字符字符ETB(ASCII码为码为17H)或)或文终字符文终字符ETX(ASCII码为码为03H)。)。然后是然后是校验码校验码。典型的面向字符的同步规程如典型的面向字符的同步规程如IBM的二进制同步
14、的二进制同步规程规程BSC。返返章章首首退出退出面向位的同步格式面向位的同步格式:此时,将数据块看作数据流,并用序列此时,将数据块看作数据流,并用序列01111110作为开始和结束标作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起的混乱,发送方总时引起的混乱,发送方总是在其发送的数据流中每出现是在其发送的数据流中每出现5个连续的个连续的1就插入一个附加的就插入一个附加的0;接收;接收方则每检测到方则每检测到5个连续的个连续的1并且其后有一个并且其后有一个0时,就删除该时,就删除该0。典型的面向位的同步协议如典型的面向位的同步协议如ISO的高级数
15、据链路控制规程的高级数据链路控制规程HDLC和和IBM的同步数据链路控制规程的同步数据链路控制规程SDLC。同步通信的特点同步通信的特点是以特定的位组合是以特定的位组合“01111110”作为帧的开始和结作为帧的开始和结束标志,所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高,但束标志,所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高,但实现的硬件设备比异步通信复杂。实现的硬件设备比异步通信复杂。返返章章首首退出退出二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向1、单工、单工单工单工是指数据传输仅能沿是指数据传输仅能沿一个方向一个方向,不能实现反向传输。,不能实现反向传输。2、半双工、半双工半双
16、工半双工是指数据传输可以沿是指数据传输可以沿两个方向两个方向,但需要分时进行。,但需要分时进行。3、全双工、全双工全双工全双工是指数据可以是指数据可以同时进行双向同时进行双向传输。传输。单工 半双工半双工 全双工全双工返返章章首首退出退出三、信号的调制与解调三、信号的调制与解调 利用调制器(利用调制器(Modulator)把数字信号转换成模拟把数字信号转换成模拟信号信号,然后送到通信线路上去,再由解调器,然后送到通信线路上去,再由解调器(Demodulator)把从通信线路上收到的)把从通信线路上收到的模拟信号转模拟信号转换成数字信号换成数字信号。由于通信是双向的,调制器和解调器。由于通信是双
17、向的,调制器和解调器合并在一个装置中,这就是调制解调器合并在一个装置中,这就是调制解调器MODEM。返返章章首首退出退出四、串行通信的错误校验四、串行通信的错误校验 1、奇偶校验奇偶校验在发送数据时,数据位尾随的在发送数据时,数据位尾随的1位为奇偶校验位(位为奇偶校验位(1或或0)。奇校验时,)。奇校验时,数据中数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数;偶校验时,的个数之和应为奇数;偶校验时,数据中数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。接收字符时,的个数之和应为偶数。接收字符时,对对“1”的个数进行校验,若发现不一致,则说明传输数据过程中出现
18、的个数进行校验,若发现不一致,则说明传输数据过程中出现了差错。了差错。3、循环冗余校验循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验,这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验,常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强,广泛应用于同步通信中。错能力强,广泛应用于同步通信中。2、代码和校验代码和校验代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或),产生一个代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或),产生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾。接收方接
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