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數據通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種：
并行通信：是指利用多條數據傳輸線將一個資料的各位同時傳送。它的特點是傳輸速度快，適用于短距離通信，但要求通訊速率較高的應用場合。
串行通信：是指利用一條傳輸線將資料一位位地順序傳送。特點是通信線路簡單，利用簡單的線纜就可實現通信，降低成本，適用于遠距離通信，但傳輸速度慢的應用場合。
一、異步通信及其協議
異步通信以一個字符為傳輸單位，通信中兩個字符間的時間間隔是不固定的，然而在同一個字符中的兩個相鄰位代碼間的時間間隔是固定的。
通信協議（通信規(guī)程）：是指通信雙方約定的一些規(guī)則。在使用異步串口傳送一個字符的信息時，對資料格式有如下約定：規(guī)定有空閑位、起始位、資料位、奇偶校驗位、停止位。
異步通訊的時序，如圖5-1。
其中各位的意義如下：
起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”信號，表示傳輸字符的開始。
資料位：緊接著起始位之后。資料位的個數可以是4、5、6、7、8等，構成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。
奇偶校驗位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數應為偶數（偶校驗）或奇數（奇校驗），以此來校驗資料傳送的正確性。
停止位：它是一個字符數據的結束標志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。
空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當前線路上沒有資料傳送。
波特率：是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進制位數。例如資料傳送速率為120字符/秒，而每一個字符為10位，則其傳送的波特率為10×120＝1200字符/秒＝1200波特。
注：異步通信是按字符傳輸的，接收設備在收到起始信號之后只要在一個字符的傳輸時間內能和發(fā)送設備保持同步就能正確接收。下一個字符起始位的到來又使同步重新校準（依靠檢測起始位來實現發(fā)送與接收方的時鐘自同步的）。
二、資料傳送方式
根據資料傳送方向的不同有以下三種方式。如圖5-2所示。
（1）單工方式 （2）半雙工方式 （3）全雙工方式
圖5-2 資料傳送方式
1、單工方式
資料始終是從A設備發(fā)向B設備。
2、 半雙工方式
資料能從A設備傳送到B設備，也能從B設備傳送到A設備。在任何時候資料都不能同時在兩個方向上傳送，即每次只能有一個設備發(fā)送，另一個設備接收。但是通訊雙方依照一定的通訊協議來輪流地進行發(fā)送和接收。
3、 全雙工方式
允許通信雙方同時進行發(fā)送和接收。這時，A設備在發(fā)送的同時也可以接收，B設備亦同。全雙工方式相當于把兩個方向相反的單工方式組合在一起，因此它需要兩條數據傳輸線。在計算機串行通訊中主要使用半雙工和全雙工方式。
三、信號傳輸方式
1、基帶傳輸方式
在傳輸線路上直接傳輸不加調制的二進制信號，如圖所示。它要求傳送線的頻帶較寬，傳輸的數字信號是矩形波。
基帶傳輸方式僅適宜于近距離和速度較低的通信。
2、頻帶傳輸方式
傳輸經過調制的模擬信號
在長距離通信時，發(fā)送方要用調制器把數字信號轉換成模擬信號，接收方則用解調器將接收到的模擬信號再轉換成數字信號，這就是信號的調制解調。
實現調制和解調任務的裝置稱為調制解調器（MODEM）。采用頻帶傳輸時，通信雙方各接一個調制解調器，將數字信號寄載在模擬信號（載波）上加以傳輸。因此，這種傳輸方式也稱為載波傳輸方式。這時的通信線路可以是電話交換網，也可以是專用線。
常用的調制方式有三種：
調幅、調頻和調相，分別如下圖所示。
四、串行接口標準
串行接口標準：指的是計算機或終端（資料終端設備DTE）的串行接口電路與調制解調器MODEM等（數據通信設備DCE）之間的連接標準。
RS-232C標準
RS-232C是一種標準接口，D型插座，采用25芯引腳或9芯引腳的連接器，如圖5-5所示。
圖5-5
微型計算機之間的串行通信就是按照RS-232C標準設計的接口電路實現的。如果使用一根電話線進行通信，那幺計算機和MODEM之間的聯機就是根據RS-232C標準連接的。其連接及通信原理如圖5-6所示
圖5-6
RS232信號定義
RS-232C標準規(guī)定接口有25根聯機。只有以下9個信號經常使用。
引腳和功能分別如下：
1. TXD（第2腳）：發(fā)送資料線，輸出。發(fā)送資料到MODEM。
2. RXD（第3腳）：接收資料線，輸入。接收資料到計算機或終端。
3. （第4腳）：請求發(fā)送，輸出。計算機通過此引腳通知MODEM，要求發(fā)送資料。
4. （第5腳）：允許發(fā)送，輸入。發(fā)出 作為對 的回答，計算機才可以進行發(fā)送資料。
5. （第6腳）：資料裝置就緒（即MODEM準備好），輸入。表示調制解調器可以使用，該信號有時直接接到電源上，這樣當設備連通時即有效。
6. CD（第8腳）：載波檢測（接收線信號測定器），輸入。表示MODEM已與電話線路連接好。
7. 如果通信線路是交換電話的一部分，則至少還需如下兩個信號：
8. RI（第22腳）：振鈴指示，輸入。MODEM若接到交換臺送來的振鈴呼叫信號，就發(fā)出該信號來通知計算機或終端。
9. （第20腳）：資料終端就緒，輸出。計算機收到RI信號以后，就發(fā)出 信號到MODEM作為回答，以控制它的轉換設備，建立通信鏈路。
10. GND（第7腳）：信號地
邏輯電平
RS-232C標準采用EIA電平，規(guī)定：
“1”的邏輯電平在-3V~-15v之間
“0”的邏輯電平在+3V~+15V之間。
由于EIA電平與TTL電平完全不同，必須進行相應的電平轉換，MCl488完成TTL電平到EIA電平的轉換，MCl489完成EIA電平到ITL電平的轉換。還有MAX232可以同時完成TTL-》EIA和EIA-》TTL的電平轉換。
除了RS-232C標準以外，還有一些其它的通用的異步串行接口標準，如：
RS-423A標準
為了克服RS-232C的缺點，提高傳送速率，增加通信距離，又考慮到與RS-232C的兼容性，美國電子工業(yè)協會在1987年提出了RS-423A標準。該標準的主要優(yōu)點是在接收端采用了差分輸入。而差分輸入對共模干擾信號有較高的抑制作用，這樣就提高了通信的可靠性。RS-423A用-6v表示邏輯“1”，用+6v表示邏輯“0”，可以直接與RS-232C相接。采用RS-423A標準以獲得比RS-232C更佳的通信效果。圖5-7是RS423A的連接示意圖。
圖5-7
RS-422A標準
RS-422A總線采用平衡輸出的發(fā)送器，差分輸入的接收器。如圖5-8所示。
圖5-8
RS-422A的輸出信號線間的電壓為±2v，接收器的識別電壓為±0.2v。共模范圍±25v。在高速傳送信號時，應該考慮到通信線路的阻抗匹配，一般在接收端加終端電阻以吸收掉反射波。電阻網絡也應該是平衡的，如圖5-9所示。
圖5-9 為RS-422A平衡輸出差分輸示意圖
RS-485標準
RS-485適用于收發(fā)雙方共享一對線進行通信，也適用于多個點之間共享一對線路進行總線方式聯網，但通信只能是半雙工的，線路如圖5-10所示。
圖5-10
典型的RS232到RS422/485轉換芯片有：MAX481/483/485/487/488/489/490/491，SN75175/176/184等等，它們均只需單一+5v電源供電即可工作（芯片內部采用電荷泵方式升壓）。具體使用方法可查閱有關技術手冊。
S3C2410內部具有3個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或DMA（直接內存訪問）模式，也就是說UART控制器可以CPU與UART控制器傳送資料的時候產生中斷或DMA請求。并且每個UART均具有16字節(jié)的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可達到230.4Kbps
圖5-11是S3C2410內部UART控制器的結構圖
圖5-11
UART的操作
UART的操作分為以下幾個部分，分別是：資料發(fā)送、資料接收、產生中斷、產生波特率、Loopback模式、紅外模式以及自動流控模式。
資料發(fā)送
發(fā)送的資料幀格式是可以編程設置的。它包含了起始位、5~8個資料位、可選的奇偶校驗位以及1~2位停止位。這些都是通過UART的控制寄存器 ULCONn 來設置的。
資料接收
同發(fā)送一樣，接收的資料幀格式也是可以進行編程設置的。此外，還具備了檢測溢出出錯、奇偶校驗出錯、幀出錯等出錯檢測，并且每種錯誤都可以置相應的錯誤標志。
自動流控模式
S3C2410的UART0和UART1都可以通過各自的nRTS和nCTS信號來實現自動流控。
在自動流控（AFC）模式下nRTS取決于接收端的狀態(tài)，而nCTS控制了發(fā)送斷的操作。具體地說：只有當nCTS有效時（表明接收方的FIFO已經準備就緒來接收資料了），UART才會將FIFO中的資料發(fā)送出去。在UART接收資料之前，只要當接收FIFO有至少2-byte空余的時候，nRTS就會被置為有效。圖5-12是UART 自動流控模式的連接方式
圖5-12
中斷/DMA請求產生
S3C2410的每個UART都有7種狀態(tài)，分別是：溢出覆蓋（Overrun）錯誤、奇偶校驗錯誤、幀出錯、斷線錯誤、接收就緒、發(fā)送緩沖空閑、發(fā)送移位器空閑。它們在UART狀態(tài)寄存器 UTRSTATn / UERSTATn 中有相應的標志位。
波特率發(fā)生器
每個UART控制器都有各自的波特率發(fā)生器來產生發(fā)送和接收資料所用的序列時鐘，波特率發(fā)生器的時鐘源可以CPU內部的系統時鐘，也可以從CPU的 UCLK 管腳由外部取得時鐘信號，并且可以通過 UCONn 選擇各自的時鐘源。
波特率產生的具體計算方法如下：
當選擇CPU內部時鐘時：
UBRDIVn=（int）（PCLK/（bps*16））-1，bps為所需要的波特率值，PCLK為CPU內部外設總線（APB）的工作時鐘。
當需要得到更精確的波特率時，可以選擇由 UCLK 引入的外部時鐘來生成。
UBRDIVn=（int）（UCLK/（bps*16））-1
LoopBack操作模式
S3C2410 CPU的UART提供了一種測試模式，也就是這里所說的LoopBack模式。在設計系統的具體應用時，為了判斷通訊故障是由于外部的數據鏈路上的問題，還是CPU內驅動程序或CPU本身的問題，這就需要采用LoopBack模式來進行測試。在LoopBack模式中，資料發(fā)送端TXD在UART內部就從邏輯上與接收端RXD連在一起，并可以來驗證資料的收發(fā)是否正常。
UART控制寄存器
下面將針對UART的各個控制寄存器逐一進行講解，以期對UART的操作和設置能有更進一步的了解。
ULCONn （UART Line Control Register）見圖5-13
圖5-13
Word Length ：資料位長度
Number of Stop Bit ：停止位數
Parity Mode ：奇偶校驗位類型
Infra-Red Mode ：UART/紅外模式選擇（當以UART模式工作時，需設為“0”）
UCONn （UART Control Register）見圖5-14
Receive Mode ：選擇接收模式。如果是采用DMA模式的話，還需要指定說使用的DMA信道。
Transmit Mode ：同上。
Send Break Signal ：選擇是否在傳1幀資料中途發(fā)送Break信號。
Loopback Mode ：選擇是否將UART置于Loopback測試模式。
Rx Error Status Interrupt Enable ：選擇是否使能當發(fā)生接收異常時，是否產生接收錯誤中斷。
Rx Time Out Enable ：是否使能接收超時中斷。
Rx Interrupt Type ：選擇接收中斷類型。
選擇0：Pulse（脈沖式/邊沿式中斷。非FIFO模式時，一旦接收緩沖區(qū)中有資料，即產生一個中斷；為FIFO模式時，一旦當FIFO中的資料達到一定的觸發(fā)水平后，即產生一個中斷）
選擇1：Level（電平模式中斷。非FIFO模式時，只要接收緩沖區(qū)中有資料，即產生中斷；為FIFO模式時，只要FIFO中的資料達到觸發(fā)水平后，即產生中斷）
Tx Interrupt Type ：類同于Rx Interrupt Type
Clock Selection ：選擇UART波特率發(fā)生器的時鐘源。
圖5-14
UFCONn （UART FIFO Conrtol Register）見圖5-15
FIFO Enable ：FIFO使能選擇。
Rx FIFO Reset ：選擇當復位接收FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Tx FIFO Reset ：選擇當復位發(fā)送FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Rx FIFO Trigger Level ：選擇接收FIFO的觸發(fā)水平。
Tx FIFO Trigger Level ：選擇發(fā)送FIFO的觸發(fā)水平。
圖5-15
UMCONn （UART Modem Control Register）見圖5-16
Request to Send ：如果在AFC模式下，該位將由UART控制器自動設置；否則的話就必須由用戶的軟件來控制。
Auto Flow Control ：選擇是否使能自動流控（AFC）。
圖5-16
UTRSTATn （UART TX/RX Status Register）見圖5-17
Receive buffer data ready ：當接收緩沖寄存器從UART接收端口接收到有效資料時將自動置“1”。反之為“0”則表示緩沖器中沒有資料。
Transmit buffer empty ：當發(fā)送緩沖寄存器中為空，自動置“1”；反之表明緩沖器中正有資料等待發(fā)送。
Transmitter empty ：當發(fā)送緩沖器中已經沒有有效資料時，自動置“1”；反之表明尚有資料未發(fā)送。
圖5-17
UERSTATn （UART Error Status Register）見圖5-18
Overrun Error ：為“1”，表明發(fā)生Overrun錯誤。
Frame Error ：為“1”。表明發(fā)生Frame（幀）錯誤。
圖5-18
UFSTATn?。海║ART FIFO Status Register）見圖5-19
Rx FIFO Count ：接收FIFO中當前存放的字節(jié)數。
Tx FIFO Count ：發(fā)送FIFO中當前存放的字節(jié)數。
Rx FIFO Full ：為“1“表明接收FIFO已滿。
Tx FIFO Full ：為“1“表明發(fā)送FIFO已滿。
圖5-19
UMSTATn?。海║ART FIFO Status Register）見圖5-20
Clear to Send ：為“0”表示CTS無效；為“1”表示CTS有效。
Delta CTS ：指示自從上次CPU訪問該位后，nCTS的狀態(tài)有無發(fā)生改變。
為“0”則說明不曾改變；反之表明nCTS信號已經變化了。
圖5-20
UTXHn 和 URXHn 分別是UART發(fā)送和接收資料寄存器
這兩個寄存器存放著發(fā)送和接收的資料，當然只有一個字節(jié)８位資料。需要注意的是在發(fā)生溢出錯誤的時候，接收的資料必須要被讀出來，否則會引發(fā)下次溢出錯誤
UBRDIVn ：（UART Baud Rate Divisor Register）見圖5-21
圖5-21
關于UART波特率的計算方法，在前面的內容中已經有詳細的闡述，此處不做多余說明。
小結：讀寫狀態(tài)寄存器UTRSTAT 以及錯誤狀態(tài)寄存UERSTAT，可以反映芯片目前的讀寫狀態(tài)以及錯誤類型。FIFO 狀態(tài)寄存器UFSTAT 和MODEM 狀態(tài)寄存器UMSTAT，通過前者可以讀出目前FIFO 是否滿以及其中的字節(jié)數；通過后者可以讀出目前MODEM 的CTS狀態(tài)。
工商網監(jiān)
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