串行通信的通信方式详解

串行通信根据数据通信时，传送字符中的位（bit）数目相同与否，分为同步传送和异步传送。

1.同步传送

同步传送是采用同步传输时，将许多字符组成一个信息组进行传输，但是需要在每组信息（通常称为帧）的开始处加上同步字符，在没有帧数据传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应5～8bit。当然在同一个传输过程中，所有字符对应同样的比特数。

同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符来指示。其数据格式如图9-1所示。它克服了异步传送效率低的缺点，但同步传送所需的软、硬件价格是异步传送时的8～12倍。因此，通常在数据传送速率超过2000bit/s的系统中，才采用同步传送，它适用于1∶n点之间的数据传输。

图9-1 同步传送数据格式

图9-2 异步串行通信方式的信息格式

2.异步传送

在异步传送（也称为起止式传送）中，数据是一帧一帧（包含一个字符代码或一个字节数据）传送的。在帧格式中，一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。通常在异步串行通信中，收发的每一个字符数据是由四个部分按顺序组成的，如图9-2所示。

图9-2中各位作用如下：

1）起始位：指在通信线上没有数据被传送时，处于逻辑1状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。起始位所起的作用就是设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。

2）数据位：当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位。数据位可以是5、6、7或8位，IBM PC中，经常采用7位或8位数据传送。这些数据位接收到移位寄存器中构成传送数据字符。在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位开始发送，依此顺序在接收设备中被转换为并行数据。不同系列的PLC采用不同的数据位。

3）奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶校验位。奇偶校验用于有限差错检测，通信双方约定一致的奇偶校验方式。如果选择偶校验，那么组成数据位和奇偶位的逻辑1的个数必须是偶数；如果选择奇校验，那么逻辑1的个数必须是奇数。

那么怎么来计算奇偶校验呢？

它是对数据传输正确性的一种校验方法。在数据传输前附加一位奇校验位，用来表示传输的数据中“1”的个数是奇数还是偶数，为奇数时，校验位置为“0”，否则置为“1”，用以保持数据的奇偶性不变。例如，需要传输“11001110”，数据中含5个“1”，所以其奇校验位为“0”，同时把“110011100”传输给接收方，接收方收到数据后再一次计算奇偶性，“110011100”中仍然含有5个“1”，所以接收方计算出的奇校验位还是“0”，与发送方一致，表示在此次传输过程中未发生错误。奇偶校验就是接收方用来验证发送方在传输过程中所传数据是否由于某些原因造成破坏。

具体方法如下：(www.xing528.com)

奇校验：就是让原有数据序列中（包括要加上的一位）1的个数为奇数。如：1000110（0）就必须添0，这样原来有3个1，已经是奇数，所以添上0之后1的个数还是奇数个。

偶校验：就是让原有数据序列中（包括要加上的一位）1的个数为偶数。如1000110（1）就必须加1，这样原来有3个1，要想1的个数为偶数就只能添1。

4）停止位：在奇偶校验位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位。停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的低电平。接收设备收到停止位之后，通信线便又恢复逻辑1状态，直到下一个字符数据的起始位到来。通常PLC采用1位停止位。

异步传送就是按照上述约定好的固定格式，一帧一帧地传送，因此采用异步传送的方式，硬件结构简单，但是传送每一个字节就要加起始位、停止位，因而传送效率低，主要用于中、低速的通信。

例如，传送一个ASCII字符（7位），若选用2位停止位，那么传送这个7位的ASCII字符就需要11位，其中起始位1位，校验位1位，停止位2位，其格式如图9-3所示。

图9-3 异步传送

另外，在异步数据传送中，CPU与外设之间必须有两项规定：

（1）字符数据格式

即前述的字符信号编码形式。例如起始位占用1位，数据位为7位，奇偶校验位占用1位，加上停止位1位，于是一个字符数据就由10位构成；也可以采用数据位为8位，无奇偶校验位等格式。

（2）波特率

即数据的传输速率，表示每秒中传送二进制数的位数。其单位是位/秒（bit/s），假如数据传送的格式是7位字符，加上奇校验位、一个起始位以及一个停止位，共10个数据位，而数据传输速率是240bit/s，则传输的波特率为

10×240bit/s=2400bit/s

每一位的传送时间即为波特率的倒数

T_d=1bit/（2400bit/s）≈0.416ms

所以，要想通信双方能够正常收发数据，则必须有一致的数据收发规定。