异步通信,异步通信是什么意思

异步通信,异步通信是什么意思

异步通信中，数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。

异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。

通信协议（通信规程）：使用异步串口传送一个字符的信息时，对资料格式有如下约定：规定有空闲位、起始位、资料位、奇偶校验位、停止位。

异步通讯的时序，如下图所示。

其中各位的意义如下：

起始位：先发出一个逻辑”0”信号，表示传输字符的开始。

资料位：紧接着起始位之后。资料位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。

奇偶校验位：资料位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验资料传送的正确性。

停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。

空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。

波特率：是衡量资料传送速率的指针。表示每秒钟传送的二进制位数。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

注：异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就能正确接收。下一个字符起始位的到来又使同步重新校准（依靠检测起始位来实现发送与接收方的时钟自同步的）。

相关芯片

专用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 字节 FIFO 的 1.8V 至 5V 双路 UART

芯片文档链接 [1]

TL16C2552 - 具有 16 字节 FIFO 的 1.8V 至 5V 双路 UART

芯片文档链接 [2]

TL16C450 - 没有 FIFO 的单路 UART

芯片文档链接 [3]

TL16C552 - 具有 16 字节 FIFO 和并行端口的双路 UART

芯片文档链接 [4]

支持USART的芯片

现在多数的Microcontroller和DSP芯片内部都配置有USART，可以同时支持同步传输和异步传输，主要厂商的Microcontroller如下：

TI ： MSP430 系列

芯片文档链接 [5]

Philips ： XA-H3/H4系列芯片文档链接 [6]

Freescale： MPC823 系列芯片文档链接 [7]

Samsung： S3C2410系列芯片文档链接 [8]

Asynchronous Communications 异步通信

异步通信指两个互不同步的设备通过计时机制或其他技术进行数据传输。异步通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。基本上，发送方可以随时传输数据，而接收方必须在信息到达时准备好接收。相反，同步传输是一个精确同步的位流，其中字符的起始是由计时机制来定位的。

在大量使用异步与同步传输的大型机/终端环境中，异步传输用于传输来自用户周期性按键的终端的字符。接收系统知道等待下一次按键，即使这会花费较多的时间。相反，同步传输用作定期传输大量信息的大型系统之间的数据链路。协议为在公用电话系统上利用慢速链路而进行了优化，因此无关位将从传输中删除，并且时钟用于隔开字符。

在异步通信中，字符作为比特串编码，由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity)和停止位(stop bit)组成。这种用起始位开始，停止位结束所构成的一串信息称为帧(frame)。校验比特有时用于检错和纠错。传输的“起始一停止”模式意味着对于每个新字符，传输都重新从头开始，而消除在上次传输过程中可能出现的任意计时差异。当差异确实出现时，检错和纠错机制能够请求重传。

在传送一个字符时，由一位低电平的起始位开始，接着传送数据位，数据位的位数为5～8。在传输时，按低位在前，高位在后的顺序传送。奇偶校验位用于检验数据传送的正确性，也可以没有，可由程序来指定。最后传送的是高电平的停止位，停止位可以是1位、1.5位或2位。停止位结束到下一个字符的起始位之间的空闲位要由高电平2来填充（只要不发送下一个字符，线路上就始终为空闲位）。

异步通信中典型的帧格式是：1位起始位，7位（或8位）数据位，1位奇偶校验位，2位停止位。

在异步通信中，每接收一个字符，接收方都要重新与发送方同步一次，所以接收端的同步时钟信号并不需要严格地与发送方同步，只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持同步即可，这意味着对时钟信号漂移的要求要比同步信号低得多，硬件成本也要低的多，但是异步传送一个字符，要增加大约20％的附加信息位，所以传送效率比较低。异步通信方式简单可靠，也容易实现，故广泛地应用于各种微型机系统中。

异步传输可以在两台邻近的计算机之间发生，方法是在每台计算机的异步通信端口之间连接一条不带调制解调器的电缆。如果计算机之间的距离很远，则每个端口都需要一个调制解调器来转换用于通过模拟电话线传输的计算机数字信号。在正常交换(拨号)或租用电话线上，异步传输可以以高达56kbit/s的速度进行。

信道是两个通信设备之间的一个单一通信路径，是由物理连接或复用技术创建的。电路是一个提供通信信道的实际物理连接。拨号电话系统为两个系统之间的通信信道提供电路。单工电路是一个在单一方向传输信号的单向传输路径。半双工电路是一个在两个方向都提供传输的传输路径，但一次只能一个方向。全双工链路是一个能够同时在两个电路上进行双向传输的双向传输路径。

纠错方法

所有传输介质都易受干扰和由介质本身引进的问题的影响，如电阻和信号衰减。外来干扰可以由背景噪声、大气辐射、机器甚至故障设备引起。受干扰影响的比特数随传输速率的增力而增加，因为在干扰的时帧中涉及到更多的比特。要更正这些问题，需使用检错与纠错方法。

在奇偶校验时，各组中1的数目必须总是相同(无论奇或偶)，以表示一组比特正确无误地传输。逐个字符的检查叫做VRC (垂直冗余校验)。逐块检查叫做LRC(纵向冗余校验)。在传输开始之前，两个系统的奇偶校验方法必须达成一致。有偶校验(1的数目必须为偶数)、奇校验(1的数目必须为奇数)、空号奇偶校验(校验位始终为0)和传号奇偶校验(校验位始终为1)。

新型的调制解调器提供高级的检错和纠错方法，比上面讨论过的那些方法要实用并有效得多。

接口标准

用于异步通信的连接在OSI(开放系统互连)参考模型的物理层中被定义。此层定义与连接器类型、管脚引出线和电气信号相关的规范。如RS-232、RS-449、CCITT V.24等之类的标准为各种要求定义这些接口。

为确保连接的设备可以互相通信定义了各种标准。EIA(电子工业协会)已经为在计算机设备间通过铜线传输异步信息设定了标准。EIA RS-232-C标准是一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C定义了物理连接、信号电压与定时、错误检查及其他功能等内容以及位流通过单个线路的串行传输。相反，并行传输包括在同一个电缆的多个线路上同时发送多个比特，类似于多车道高速公路。

RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

EIA RS-232-C标准支持短距离传输。例如，用它将计算机连接至调制解调器。如果电缆长度变得过长，电流将减弱，而且接收方也许无法读取它。RS-232电缆建议的最大长度为50英尺，最大信号速率为20kbps。要经过较长距离连接内部系统，请建立一个LAN。要与所在建筑物外部的系统连接，可使用调制解调器和电话系统或由本地和长途运营商提供的其他服务。