小议一下串口通信相关概念（新家）

只看该作者 · 2010-2-5 10:15

前一段时间维护旧代码(别人写的)，用到了串行通信技术，有I2C、SPI、UART、还有MODBUS，那时候对这些概念总是朦朦胧胧的，似懂非懂，一直记在心上，平时就注意搜索相关的资料，发现网上资料非常多，但是有系统介绍的却不多。

先提几个当时的疑问
1.RS232协议RS485协议，和I2C协议、SPI协议、UART协议还有MODBUS协议有什么不同？
2.经常说单片机资源有I2C、SPI、UART，此时这些名词是指什么，和1中的协议又有什么区别？
3.PC上的COM是怎么定义的？

以上只是个人当时的一部分困惑，现在也逐渐有个整体大概的认识，在这里说说自己的认识，希望大家都来谈一谈，就当作抛砖引玉。

只看该作者 · 2010-2-5 10:16

从基本的开始说
1.首先就是通信了，通信魅力无穷，就好比人于人之间的交流一样妙趣横生，通信分串行通信和并行通信。
用的多的就是串行通信了。
2.串行通信的基本方式分异步和同步就是看时钟源是否相同
3.从串行通信的数据传送方向上看有单工，半双工，全双工之分。
  单工就相当于单方向单车道，车只能从A端开到B端
  半双工相当于双方向单车道，车可以从A开到B，也可以从B开到A，只是一次只能有一个方向
  全双工相当于双方向双车道，这个和我们生活中的就很像了，不过生活中的基本是4车道或更多，当然也有不按方向开的车，这个另当别论 :D

只看该作者 · 2010-2-5 10:17

;P4.串行通信的组网方式
  a点对点  这个就好比家教一对一，至于你们直接的交流方式，是老师问你答(没问不答/说)，还是老师没问你就答/说  这就是半双工和全双工的区别我想家教里就不会有单工通信吧
  b.一主多从  大教室上课，一个老师许多学生，这里就通信方式就多了有单工半双工全双工，我大学上课时基本是单工通信 :lol
c.多主多从  自由讨论每个人都可以自主发言  更像宿舍的卧谈会

只看该作者 · 2010-2-5 10:18

那么.RS232协议RS485协议，和I2C协议、SPI协议、UART协议还有MODBUS协议有什么不同？说这个问题前先说一说OSI模型

只看该作者 · 2010-2-5 10:21

OSI模型
主机A                                           主机B
应用层 <-------应用层协议---------> 应用层
表示层 <-------表示层协议--------->  表示层
会话层 <-------会话层协议---------> 会话层
传输层 <-------传输层协议--------->  传输层
网络层 <-------网络层协议---------> 网络层
数据链路层 <----数据链路层协议---> 数据链路层
物理层 <-------物理层协议--------->  物理层

只看该作者 · 2010-2-5 10:21

这里就只说物理层和数据链路层
物理层：定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层
协议提供了一个传输数据的物理媒体。
　　在这一层，数据的单位称为比特（bit）。
　　属于物理层定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。
数据链路层：在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、
流量控制、数据的检错、重发等。
　　在这一层，数据的单位称为帧（frame）。
　　数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。

在这里我们就可以解答第一个问题了，RS232协议RS485协议RS422协议是属于物理层它定义了通信的电气特性（逻辑0和逻辑1的定义）还有使用的接口等。而I2C、SPI、UART协议是属于数据链路层上的协议，至于他们的下一层使用的是什么协议数据链路层是不管的，通常I2C SPI的传输电平是TTL（通常用于芯片间的通信，通信距离叫近）所以暂且说他们的物理层的协议是TTL协议（呵呵，个人的说法）；而UART协议的下一层协议也就是他物理层上的协议我们通常采用RS232或RS485，这样传输距离远，我们通常拿来做集中控制。

只看该作者 · 2010-2-5 10:21

那么MODBUS呢，先申明一下这里只讨论MODBUS(RTU)和MODBUS(ASCII)模式，他属于哪一层呢，
在MODBUS协议书里有提到，标准MODBUS使用RS-232-C兼容串口，还规定了数据成帧格式，以及控制机制（详细的见协议书），这里就可以看出MODBUS包含了物理层和数据链路层。

只看该作者 · 2010-2-5 10:22

由于是想到什么就写什么所以写的会比较散一些

希望大家都来说一说自己的认识或疑惑

只看该作者 · 2010-2-5 10:22

第二个问题我们经常说的单片机上的I2C SPI UART 这些是指硬件资源那么和I2C协议 SPI协议 UART协议的区别是什么做个比喻不同的协议就好比不同的语言规定如果说I2C协议是汉语的规定，规定了汉字怎么写什么意思怎么读，而SPI协议可能是英文规定，规定了单词怎么读怎么写什么意思；那么I2C硬件资源SPI硬件资源就是通晓汉语、英文的能力了。呵呵这个比喻可能不是很恰当

只看该作者 · 2010-2-5 10:22

3.PC上的COM是怎么定义的？

早期IBM把串行通信接口引入到PC上，使用了RS-232-C接口，后来沿用至今。

而我们通常说串口通信，并为指明物理层上的协议是什么，可能是RS-232-C RS485等。

所以PC串口是指数据链路层使用UART协议物理层使用RS232C的串行通信接口。

只看该作者 · 2010-2-5 10:22

个人觉得这里面的一个思想很重要，就是分层思想。在写程序模块用到分层思想，这样程序的结构更清晰，移植行更强。还有就是生活中也有很多分层思想，就说公司吧，这里的分层思想最明显，BOSS-->主管--->......-->员工，不同的部门就相当于程序里不同的模块，各个部门里又有部门经理、小兵等等，这里就是分层思想了，不同的部门负责不同的事务，各部门各司其职，不可越权；部门里由经理下达任务给主管，主管在下达任务给员工，这里经理是“看不到”员工的，他只看到主管，任务的反馈信息则由员工反馈给主管，主管反馈给经理，
经理------>主管------>员工
经理<----- 主管<-----员工
这里是不允许越级行为发生的，当通常我们默认由上至下的越级是可以的，而由下至上的越级是要坏事的，由其但你的主管知道后呵呵

同样在模块的分层里，假设我们分为应用层-------驱动层-------硬件接口层，在这里则是严格的遵循由上至下或由下至上一步一步走，这样当我们移植到不同单片机或使用单片机不同的IO口此时我们只要修改硬件接口层；当我们需要不同的功能时此时我们修改应用层。

以上纯属个人愚见，大家参考参考

只看该作者 · 2010-2-5 10:24

再来说一说，在UART配置里有个数据位的选择5/6/7/8/9位，这个不同的配置是什么意思呢，为什么会有这些区别，又是怎么实现的呢？
/*********************************************************************
* 声明一下：一下内容都是基于PIC单片机的，不过我想51也差不了多少 *
**********************************************************************/
数据位就是包含用户有用信息的数据位数，在UART发送过程中，用户把要发送的数据写入TXREG内，然后硬件自动控制把数据从TXREG装载到TSR，并且与来自寄存器TXSTA的TS9D位共同构成9位数据（如果选定9位格式），再在前面添加一位0在后面添加一位停止位1，构成一个完整的结构；最后在波特率时钟的控制下，有移位寄存器TSR吧数据一位一位地依次发送出去（LSB先发送）。

只看该作者 · 2010-2-5 10:24

好了下面我们来选择不同的配置
1. 8位数据位，1位奇偶校验位那么一帧数据是怎么组成的呢，
  起始位 0 + 8位数据位（LSB--->MSB）  + 奇偶校验位（1位）  + 停止位 1
硬件添加    用户写入                      用户写入             硬件添加

2.9位数据位，无奇偶校验

  起始位 0 + 8位数据位（LSB--->MSB）  + 第9位数据（1位）  + 停止位 1
硬件添加    用户写入                      用户写入             硬件添加

好了，从1和2中我们可以看出第9位数据和奇偶校验位使用的是同一位置，所以这二者只能取一，就没有9位数据位+1位奇偶校验位这种配置了。

3. 5位数据位+奇偶校验位
是方式一
  起始位 0 + 8位数据位（LSB--->MSB）  + 奇偶校验位（1位）  + 停止位 1
硬件添加    用户写入                      用户写入             硬件添加
还是方式二
  起始位 0 + 5位数据位（LSB--->MSB）  + 奇偶校验位（1位）  + 停止位 1
硬件添加    用户写入                      用户写入             硬件添加

这个这是我的困惑之处，个人认为是方式一，在硬件接收到数据以后在进行自动处理，将8位数据转为5位数据..........

欢迎大家来讨论一下