毕业设计论文-高速串行通讯技术的研究Word文件下载.doc
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第四章实现高速串行通信的设计方法………………………………39
4.1引言………………………………………………………………………39
4.2利用接口控制线来实现高速通信…………………………………40
4.3仅使用数据线时实现高速通信的方法……………………………41
第五章高速串行通信中应注意的两个问题…………………………43
5.1波特率误差问题………………………………………………………43
5.2通信数据的准确性问题………………………………………………46
第六章参考文献……………………………………………………………48第七章致谢及声明…………………………………………………………50
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中文摘要
摘要
通信是电子技术最初得到的应用之一。
今天,在光线、卫星电视、传真机、和蜂窝电话普遍应用时代,通信系统仍处在引导电子技术发展的前沿。
或许再没有其它电子分支技术更能够对人们日常生活产生深刻的影响。
信号源或信息信号可以是模拟的或数字的。
数字信号与模拟信号相比,更易于再生。
与模拟电路相比,数字电路不易产生失真和干扰。
因为二进制数字电路工作在全通或全断的开关状态下才有意义,所以干扰必须足够大才能使电路从一个状态变到另一个状态。
这两种工作状态有助于信号的再生,因而能在传输中有效地抑制噪声和其他累积干扰。
然而,模拟信号不是双态信号,它的波形有无限多个。
在模拟电路中,即使很小的干扰也能导致信号产生难以接受的失真。
失真一旦产生,就无法通过放大器来去除。
由于模拟信号与累积噪声密不可分,所以不能完全再生。
若采用数字技术,通过检错与纠错可获得极低的差错概率从而产生高保真信号,而模拟系统则没有类似的技术。
数字通信系统还有其他优点:
数字电路比模拟电路更可靠,且其生产成本比模拟电路低。
数字硬件比模拟硬件更具有灵活性,比如微处理器、数字开关、大规模集成(LSl)电路等;
时分复用(TDM)信号比频分复用(FDM)的模拟信号更简单:
不同类型的数字信号(数据、电报、电话、电视等)在传输和交换中都被看成是相同的信号——比特信号;
为方便交换,还可将数字信号以数据包(packet)的形式进行处理。
数字技术本身借助于信号处理,具有抗人为千扰和自然干扰的能力,还能够提供加密和隐私处理。
计算机与计算机之间、数字设备或终端与计算机之间的数据通信需求越来越多,这些数字终端可以通过数字通信链路获得最好的服务。
尽管并行输人-输出方案能提供快速数据传送,并且操作简便,但要求大量的连线是其缺点。
例如,典型8位并行数据端口使用8根数据线,再加上一或两根信息交换线和一根及其以上的地线。
为每根信号线都提供一根独立的地线返回线是相当普遍的,因此8位端口,通常要使用20芯连接导线。
尽管这种多芯导线对只有几米的短距离连接是可接受的,但对长距离连接来说则太昂贵。
Ⅰ
因为长距离情况下,除了多芯导线成本高之外,10根信号线每根可能都需要有独立的驱动和接收电路。
在一部分连线是由无线电波代替(例如通过空间卫星)的情况下,每个数据位所需求的无线电频道可能彼此不同,这就难以接受了。
替代并行数据传输的一种方法是串行系统。
在串行系统中,数据各位的状态是按顺序通过单根导线传送的。
数据的每一位都分配有一个固定的时槽。
在接收端,检测出每一位的状态,并将其存储在彼此分离的触发器中,以便将数据重新组装起来,生成并行的数据字。
这种串行传送的优点是,不论所传送的数据字的位数是多少,它只需一根信号线和一根接地返回线。
而其主要缺点是数据所能传送的速度,比并行传送要低。
因为各位数据是按顺序处理的,字位越长,传送的最高速度就变得越低。
可是,对大多数应用场合而言,串行数据流可以提供足够的数据传输率。
由于数据的传送只需一个通道,因此这种类型的通信系统非常适于无线电或电话线连接。
本文就介绍几种最新的高速串行通信技术
【关键词】:
高速、串行通信
Ⅱ
英文摘要
ABSTRACT
Communicationwasoneofthefirstapplicationsofelectricaltechnology.Today,intheageoffiberopticsandsatellitetelevision,facsimilemachinesandcellulartelephones,communicationsystemsremainattheleadingedgeofelectronics.Probablynootherbranchofelectronicshasasprofoundaneffectonpeople'
severydaylives.
Thesourceorinformationsignalcanbeanalogordigital.Theprimaryadvantageistheeasewithwhichdigitalsignals,comparedwithanalogsignals,areregenerated.Digitalcircuitsarelesssubjecttodistortionandinterferencethananalogcircuits.Bbinarydigitalcircuitsoperateinoneoftwostatesfullyonorfullyof--tobemeanindisturbancemustbelargeenoughtochangethecircuitoperatingpointfromonestatetotheotherSuchtwo-stateoperationfacilitatessignalregenerationandthuspreventsnoiseanddisturbancesfromaccumulatingintransmission.Analogsignals,however,arenottwo-statestheycantakeaninfinitevarietyofshapes.Withanalogcircuits,evenasmalldisturbancecanthereproducedwaveformunacceptablydistorted.Oncetheanalogsignalisdistorted,thediscannotberemovedbyamplification.Becauseaccumulatednoiseisirrevocablyboundto,signals,theycannotbeperfectlyregenerated.Withdigitaltechniques,extremelylowerrorratesproducinghighsignalfidelityarepossiblethrougherrordetectionandcorrectionbutsimilarproceduresarenotavailablewithanalog.
TypicalBlockDiagramandTransformationsreliableandcanbeproducedatalowercostthananalogcircuits.Also,digitalhardwarelendsitselftomoreflexibleimplementationthananaloghardware(e.g.,microprocessors,digitalswitching,andlarge-scaleintegrated(LSI)circuits).Thecombiningofdigitalsignalsusingtime-divisionmultiplexing(TDM)issimplerthanthecombiningofanalogsignalsusingfrequency-divisionmultiplexing(FDM).Differenttypesofdigitalsignals(data,telegraph,telephone,television)canbetreatedasidenticalsignalsintransmissionandswitching--abitisabit.Also,forconvenientswitching,digitalmessagescanbe
Ⅲ
handledinautonomousgroupscalledpackets.Digitaltechniqueslendthemselvesnaturallytosignalprocessingfunctionsthatprotectagainstinterferenceandjamming,orthatprovideencryptionandprivacy.Also,muchdatacommunicationisfromcomputertocomputer,orfromdigitalinstrumentsorterminaltocomputer.Suchdigitalterminationsarenaturallybestservedbydigitalcommunicationlinks.
Althoughaparallelinput-outputschemecanprovidefastdatatransferandissimpleinoperation,ithasthedisadvantageofrequiringalargenumberofinterconnections.Asanexampleatypical8bitparalleldataportuses8datalines,plusoneortwohandshakelinesandoneormoregroundreturnlines.Itisfairlycommonpracticetoprovideaseparategroundreturnlineforeachsignalline,soan8bitportcouldtypicallyusea20coreinterconnectioncable.Whilstsuchamultiwaycableisquiteacceptableforshortdistancelinks,uptoperhapsafewmeters,itbecomestooexpensiveforlongdistancelinkswhere,inadditiontothecostofthemulticorecable,separatedriverandreceivercircuitsmayberequiredoneachofthe10signallines.Wherepartofthelinkistobemadeviaaradiolink,perhapsthroughaspacesatellite,separateradiofrequencychannelswouldberequiredforeachdatabitandthisbecomesunacceptable.
Analternativetotheparalleltransferofdataisaserialsysteminwhichthestatesoftheindividualdatabitsaretransmittedinsequenceoverasinglewirelink.Eachbitisallocatedafixedtimeslot.Atthereceivingendtheindividualbitstatesaredetectedandstoredinseparateflip-flopstages,sothatthedatamaybereassembledtoproduceaparalleldataword.Theadvantageofthisserialmethodoftransmissionisthatitrequiresonlyonesignalwireandagroundreturn,irrespectiveofthenumberofbitsinthedatawordbeingtransmitted.Themaindisadvantageisthattherateatwhichdatacanbetransferredisreducedincomparisonwithaparalleldatatransfer,sincethebitsaredealtwithinsequenceandthelargerthenumberofbitsintheword,theslowerthemaximumtransferspeedbecomes.Formostapplicationshowever,aserialdatastreamcanprovideaperfectlyadequatedata
Ⅳ
transferrate.Thistypeofcommunicationsystemisverysuitableforradioortelephonelink.Thisarticleintroducessomeofthelatesthigh-speedserialcommunicationstechnology
Keywords:
HighSpeed、SerialCommunication
Ⅴ
第一章并行通信和串行通信
1.1计算机的两种数据传输方式及其特点
数据通信主要采用并行通信和串行通信两种方式。
(1)并行通信
并行通信是把一个字符的各数位用几条线同时进行传输,各个位同时传送,可以以字或字节为单位并行进行。
传输速度快,信息率高。
但它比串行通信所用的电缆多,故常用在传输距离较短(几米至几十米)、数据传输率较高的场合。
计算机或PLC各种内部总线就是以并行方式传送数据的。
另外,在PLC底板上,各种模块之间通过底板总线交换数据也以并行方式进行。
实现并行通信的接口就是并行接口。
并行接口可设计为只作为输入/输出接口,也可设计为既作为输入又作为输出的接口。
它可以用两种方法实现,一种是利用同一个接口中的两个通路,一个作输入通路,一个作输出通路;
另一种使用同一个双向通路,既作为输入又作为输出。
连接设备接口有PS/2,PATA,LPT等。
它有2个主要特点;
一是同时并行传送的二进位数就是数据宽度;
二是在计算机与外设之间采用应答式的联络信号来协调双方的数据传送操作,这种联络信号又称为握手信号。
一、简单的并行接口简单的并行接口分0线握手并行接口、1线握手并行接口和2线握手并行接口等多种。
1、0线握手并行接口所谓0线握手(连络),即接口电路中不含协调数据传送的连络信号,这是并行接口的最简形式,它又分输入并行接口和输出并行接口以及输入/输出双向并行接口3种形式。
0线握手输入接口在输入量比较稳定的情况下(输入的状态信息在一个的时间内不改变,如开关量输入),可采用三态门直接读取。
0线握手输出接口当输出数字量无需锁存时,可采用三态门直接输出。
0线双向输入/输出接口当外设与CPU之间需要利用数据总线进行双向传送信息时,I/O设备即能发送信息
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,又能接收信息。
2、1线握手并行接口1线握手并行接口是在0线握手并行接口的基础上,增加了一条握手信号线。
1线握手方式总是假设发送方式所发送的数据已经就绪,接收方可以接收。
二、可编程并行接口可编程并行接口芯片种类较多,Intel公司的8255A(PPI),Motorola公司的MC6820(PIA)和Zilog公司的Z80-PIO都属于这一类器件。
(2)串行通信
串行通信时数据是一位一位顺序传送,只用很少几根通信线,串行传送的速度低,但传送的距离可以很长,其只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。
在PLC网络中传送数据绝大多数采用串行方式。
连接设备接口有SATA,USB等
串口通信的几个概念:
单工、半双工和全双工通信
在串行通信中,数据通常是在两个站之间传送,按照数据的方向可分为3种基本的传送方式:
单工、半双工和全双工,3种传输方式的示意图如图
(1)所示
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1)单工
单工通信使用一根导线,信号的传送方和接收方有明确的方向性。
也就是说,通信只在一个方向上进行。
打印机、电视机就是典型的日常单工设备。
2)半双工
若使用同一根传输线既作为接收又作发送,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,这样的传送方式称为半双工。
采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收发开关分时转接到通信线上,进行方向的切换。
3)全双工
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当数据的发送和接收,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。
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输。
全双工方式无需进行方向的切换。
单工通信不能实现双方交流信息,故在PLC网络中极少使用。
而半双工及全双工通信可实现双方数据传送,故在PLC网络中应用很多。
同步通信和异步通信:
串行通信可分为两种类型,一种是同步通信,另一种是异步通信。
采用同步通信时,将许多字符组成一个组,这样,字符可以一个接一个地传输,但是,在每组信息的开始要加上同步字符,在没有信息要传输时,要填上空字符,因为同步传输不允许有空隙。
采用异步通信时,两个字符之间的传输间隔是任意的,所以,每个字符的前后都要用一些数位来作为分隔位。
比较起来,在传输率相同时,同步通信方式下的信息有效率要比异步方式下的高,因为同步方式下的非数据信息比例比较小。
但是,从另一方面看,同步方式下,要求进行信息传输的双方必须用同一个时钟进行协调,正是这个时钟确定了同步串行传输过程中每1位的位置。
这样一来,如采用同步方式,那么,在传输数据的同时,还必须传输时钟信号。
而在异步方式下,接收方的时钟频率和发送方的时钟频率不必完全一样,而只要比较相近,即不超过一定的允许范围就行了。
在数据传输中,较为广泛采用异步通信,异步通信时的标准数据格式如下:
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从所列格式可以看出,异步通信的特点是一个字符一个字符传输,并且传送一个字符总是以起始比特开始,以停止位结束,字符之间没有固定的时间间隔要求。
每一次有一个起始位,过了就是5~8个的数据位,接着为校验位,可为奇检验,也可为偶校验,也可不设置,最后是1比特,或1比特半,或二比特的停止比特位,停止比特后面是不定长度的空闲比特。
停止比特和空闲比特都规定为高电平,这样就保证起始比特开始处一定有一个下降沿,从而标识数据开始传送。
串行通信中,传输速率用每秒中传送的位数(位/秒)来表示,称之为波特率(bps)。
常用的标准波特率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200bps等。
串行接口标准:
目前普遍采用的一种串行接口标准是RS-232-C标准。
RS-232-C接口标准采用25个引脚的连接器(D型插座)。
RS-232-C规定有25根连线。
波特率:
计算机通信速度的单位称为波特率,波特率是指单位时间内传送的信息量,信息量单位为bit,时间单位为秒,即:
1波特=1位/秒=1bit/s=1bps。
例如:
如果在异步通信中使用1位起始位、8位数据位、无奇偶校验位、1位停止位,则一帧的长度为10bit,如果应用中要求在1s内传送1000个字符,则需要将波特率设为:
10位/字符*1000字符/秒=10000bit/s=10000bps。
在异步通信中,接收方和发送方应使用相同的波特率,才能成功传送数据。
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RS-232C标准:
串行通信中,只有通信双方采用相同的接口标准,才能进行正常的通信。
由于不同设备串行接口的信号线定义、电气规格等特性都不尽相同,因此要使这些设备能够相互连接,需要一个统一的串行通信接口RS-232(又称EIA-RS-323C),是目前较为常用的一种串行通信接口,RS-232C标准的全称是EIA-RS-323C标准,其中EIA代表美国电子工业协会,RS代表推荐标准,232是标识号,C代表RS-232的最新一次的修改。
该标准对串行通信的连接电缆和机械、电气特性、信号功能以及传送过程都进行了明确的规定,适合于数据传输速率在0~20000bit/s范围内的通信。
RS-232C串行通信接口是目前最常用的一种串行接口。
1.2两种传输方式的现状
随着对
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- 毕业设计 论文 高速 串行 通讯 技术 研究