同步串行通信和异步串行通信
串行通信的数据是逐位传送的，发送方发送的每一位都具有因定的时
间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅
如此，接收方还要确定一个信息组的开始和结束。为此，串行通信对传送数据
的格式作了严格的规定。不同的串行通信方式具有不同的数据格式。下面简单
介绍一下常用的两种基本串行通信方式：同步通信和异步通信及其数据传送格式。同步通信所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收
端的时钟信号频率和相信始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送
和接收数据时具有完全一致的定时关系。同步通信把许多字符组成一个信
息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方
采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用
时钟信号来确定每个信息位。同步通信要求在传输线路上始终保持连续的
字符位流，若计算机没有数据传输，则线路上要用专用的空闲字符或同步字符
填充。同步通信传送信息的位数几乎不受限制，通常一次通信传的数据有
几十到几千个字节，通信效率较高。但它要求在通信中保持精确的同步时钟，
所以其发送器和接收器比较复杂，成本也较高，一般用于传送速率要求较高的
场合。用于同步通信的数据格式有许多种，(a)单同步格式，会送一帧数据
仅使用一个同步字符。当接收端收到并识别出一个完整同步字符后，就连续接
收数据。一帧数据结束，进行CRC 校验。同步字符数据CRC1 CRC2(b) 双同步字格式，这时利用两个同步字符进行同步。同步字符1 同步字符2
数据CRC1 CRC2(c)同步数据链路控制(SDC)规程所规定的数据格式。标志符01111110 地址符8 位数据CRC1 CRC2 标志符01111110(d)则是一种外同步方式所采用的数据格式。对这种方式，在发送的一帧数据中不包含同步字
微机原理与应用实验报告6 实验9 串行通信技术 实验10A 模拟信号转换接口 实验报告
实验九串行通信技术 一、实验目的 1. 了解异步串行通信原理； 2. 掌握MSP430异步串行通信模块及其编程方法； 二、实验任务 1. 了解MSP430G2553实验板USB转串口的通信功能，掌握串口助手的使用 （1）利用PC机的串口助手程序控制串口，实现串口的自发自收功能 为实现PC串口的自发自收功能，须现将实验板上的扩展板去下，并将单片机板上的BRXD和BTXD用杜邦线进行短接，连接图如下所示： 由此可以实现PC串口的自收自发功能。 （2）思考题：异步串行通信接口的收/发双方是怎么建立起通信的 首先在异步通信中，要求接收方和发送方具有相同的通信参数，即起始位、停止位、波特率等等。在满足上面条件的情况下，发送方对于每一帧数据按照起始位数据位停止位的顺序进行发送，而接收方则一直处于接受状态，当检测到起始位低电平时，看是采集接下来发送方发送过来的数据，这样一帧数据（即一个字符）传送完毕，然后进行下一帧数据的接受。这样两者之间就建立起了通信。 2. 查询方式控制单片机通过板载USB转串口与PC机实现串行通信 （1）硬件连接图
（2）C语言程序 采用SMCLK=1.0MHz时，程序如下：
其中SMCLK=1MHz，波特率采用的是9600，采用低频波特方式，则N=1000000/9600=104.1666…，故UCA0BR1=0，UCA0BR0=104，UCBRS=1； 当采用外部晶振时，时钟采用默认设置即可，程序如下：
也是采用了低频波特率方式，所以关于波特率设置的相关计算和上面是一样的。 （3）思考：如果在两个单片机之间进行串行通信，应该如何设计连线和编程？ 由于在上面的连线中将单片机上的P1.2和BRXD相连，P1.1和BTXD相连，所以若要在两个单片机之间进行通信，首先应该将两个单片机的P1.2和P1.1交叉相连，并根据上面的程序进行相同的关于端口和波特率相关的设置即可实现两个单片机之间的通信。 3. （提高）利用PC机RS232通信接口与单片机之间完成串行通信 （1）硬件连接图 在实验时，采用了将PC机的串口com1直接连接至MSP430F149的孔型D9连接器上，G2553单片机的输出引脚P1.1和P1.2分别与F149单片机上的URXD1和UTXD1相连接，连接图如下所示：
同步传输与异步传输的区别 数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须严格地规定它们的时 列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列，以 同步传输的特点：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地 异步传输是数据传输的一种方式。由于数据一般是一位接一位串行传输的，例如在传送一串字符信息时，每个字符代码由7位二进制位组成。但在一串二进制位中，每个7位又从哪一个二进制位开始算起呢?异步传输时，在传送每个数据字符之前，先发送一个叫做开始位的二进制位。当接收端收到这一信号时，就知道相继送来7位二进制位是一个字符数据。在这以后，接着再给出1位或2位二进制位，称做结束位。接收端收到结束位后，表示一个数据字符传送结束。这样，在异步传输时，每个字符是分别同步的，即字符中的每个二进制位是同步的，但字符与字符之间的间隙长度是不固定的。 异步传输的特点：将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的 从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主
异步传输，英文名AsynchronousTransfer Mode，ATM，是实现B-ISDN的一项技术基础，是建立在电路交换和分组交换的基础上的快速分组交换技术。ATM的主要特点是面向连接;采用小的、固定长度的单元(53字节);取消链路的差错控制和流量控制等，这些措施提高了传输效率。。ATM 的突出优点是可以为每个虚连接提供相应的服务质量(QOS)，可以有效地支持视、音频多媒体传输，包括语音、视频和数据等;另外，ATM可以实现局域网和广域网的平滑无缝连接。 [2] 异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每一 异步传输 字符代码时，前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元，极性为“0”，即空号的极性；字符代码后面均加上一个“止”信号，其长度为1或者2个码元，极性皆为“1”，即与信号极性相同，加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”，也就是实现了串行传输收、发双方码组或字符的同步。 综上所述，同步传输与异步传输的简单区别：1、异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。 2,异步传输的单位是字符，而同步传输的单位是帧。
串行接口同步通信协议 [摘要]：接口在微型计算机系统的设计和应用中占有极为重要的地位。在微型计算机系统中，CPU要与存储器和输入/输出设备之间交换信息，这些信息的交换要借助接口来实现。接口是沟通微处理机和外部设备之间的桥梁，它减轻了CPU的负担，使CPU能够充分的发挥任务管理和逻辑判断作用，使CPU和外部设备能更加协调的完成输入/输出工作，从而提高整机的工作效率和系统功能。串行接口是使用串行方式进行数据传输的输入/输出接口，根据在串行通信中数据的定时的不同，串行通信可分为同步通信和异步通信。同步通信中为保证通信的正确，发送装置和接收装置事先必须有一个双方共同遵守的协议，这就是串行接口同步通信协议。 [关键词]：输入/输出接口，串行接口，同步通信，协议，SDLC/HDLC 规程 一、串行接口 在计算机领域内，有两种数据传送方式：串行传送和并行传送。并行数据传送中，数据在多条并行1比特宽的传输线上同时由源传送到目的，这种传送方式也称为比特并行或字节串行。串行数据传送中，数据在单条1比特宽的传输线上，1比特1比特
的按顺序分时传送。 串行通信一般使用在计算机与计算机之间、计算机和远程终端之间、终端与终端之间的通信中，传输距离通常从几米到数千公里。与典型设备相关的串行接口，数据传输的速率每秒在0～2百万比特的范围内。串行传输的速率和距离成反比，数据传输速率和距离的关系如图所示。 串行通信接口的信号电平常采用RS-232-C信号电平或20mA 电流环路操作方法。 串行数据的发送由发送时钟控制。数据发送过程：把并行的数据序列送入移位寄存器，然后通过移位寄存器由发送时钟触发进行移位输出，数据位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。发送时钟、待发送的二进制数据和出现在传输线上的信号波形三者的关系如图所示。
针对数字系统的设计，我们经常会遇到复位电路的设计，对初学者来说不知道同步复位与异步复位的区别与联系，今天我对这个问题简要的阐述下，希望对初学者有一定的参考意义，若有不正确的地方愿大家明示。 同步复位原理：同步复位只有在时钟沿到来时复位信号才起作用，则复位信号持续的时间应该超过一个时钟周期才能保证系统复位。 异步复位原理：异步复位只要有复位信号系统马上复位，因此异步复位抗干扰能力差，有些噪声也能使系统复位，因此有时候显得不够稳定，要想设计一个好的复位最好使用异步复位同步释放。 同步复位与异步复位的优劣：异步复位消耗的PFGA逻辑资源相对来说要少些，因此触发器自身带有清零端口不需要额外的门电路，这是其自身的优势，通常在要求不高的情况下直接使用异步复位就OK。 下面我用verilog来演示下同步复位与异步复位。 同步复位的verilog程序如下： module D_FF (
//Input ports SYSCLK, RST_B, A, //Output ports B ); //========================================= //Input and output declaration //========================================= input SYSCLK; input RST_B; input A; output B; //========================================= //Wire and reg declaration //=========================================
双机串行通信的设计与实现 一、设计要求 1.单机自发自收串行通信。接收键入字符，从8251A 的发送端发送，与同 一个8251A 的接收端接收，然后在屏幕上显示出来。 2.双机串行通信，在一台PC 机键入字符，从8251A 的发送端发送给另一台PC 机，另一台PC 机的8251A 的接收端接收，然后在屏幕上显示出来。 二、所用设备 IBM-PC 机两台（串行通信接口8251A 两片，串行发送器MC1488 和串行接收器MC1489 各两片，定时器/计数器8253，终端控制器8259 等），串口线一根 串行直连电缆用于两台台电脑通过串行口直接相连，电缆两 端的插头都是9 针的母插头： 三、硬件方案 1.设计思想 计算机传输数据有并行和串行两种模式。在并行数据传输方式中，使用8 条或更多的导线来传送数据，虽然并行传送方式的速度很快，但由于信号的衰减或失真等原因，并行传输的距离不能太长，在串行通信方式中，通信接口每次由CPU 得到8 位的数据，然后串行的通过一条线路，每次发送一位将该数据放送出去。 串行通信采用两种方式：同步方式和异步方式。同步传输数据时，一次传 送一个字节，而异步传输数据是一次传送一个数据块。 串口是计算机上一种非常通用设备串行通信的协议。大多数计算机包含两
个基于RS232 的串口。串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。典型地，串口用于ASCII 码字符的传输。通信使用3 根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： RS-232（ANSI/EIA-232 标准）是IBM-PC 及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，RS-232 只限于PC 串口和设备间点对点的通信。 IBM PC 及其兼容机提供了一种有较强的硬件依赖性，但却比较灵活的串行口I/O 的方法，即通过INT 14 调用ROM BIOS 串行通信口的例行程序。该例行程序。该例行程序包括将串行口初始化为指定的字节结构和传输速率，检查控制器的状态，读写字符等功能。 14 号中断的功能总结如下： 串行口服务(Serial Port Service——INT 14H) 00H —初始化通信口03H —读取通信口状态 01H —向通信口输出字符04H —扩充初始化通信口 02H —从通信口读入字符 (1)、功能00H：初始化通信口 入口参数：AH＝00H DX＝初始化通信口号(0＝COM1，1＝COM2，……)
同步通信与异步通信区别 1.异步通信方式的特点：异步通信是按字符传输的。每传输一个字符就用起始位来进来收、发双方的同步。不会因收发双方的时钟频率的小的偏差导致错误。这种传输方式利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步。特点是：每帧内部各位均采用固定的时间间隔，而帧与帧之间的间隔时随即的。接收机完全靠每一帧的起始位和停止位来识别字符时正在进行传输还是传输结束。 2.同步通信方式的特点：进行数据传输时，发送和接收双方要保持完全的同步，因此，要求接收和发送设备必须使用同一时钟。优点是可以实现高速度、大容量的数据传送；缺点是要求发生时钟和接收时钟保持严格同步，同时硬件复杂。可以这样说，不管是异步通信还是同步通信都需要进行同步，只是异步通信通过传送字符内的起始位来进行同步，而同步通信采用共用外部时钟来进行同步。所以，可以说前者是自同步，后者是外同步。---------------------------- 同步通信原理 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不
同，通常含有若干个数据字符。 采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息（通常称为帧）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间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应5～8位。当然，对同一个传输过程，所 有字符对应同样的数位，比如说n位。这样，传输时，按每n位划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。 同步传输时，一个信息帧中包含许多字符，每个信息帧用同步字符作为开始，一般将同步字符和空字符用同一个代码。在整个系统中，由一个统一的时钟控制发送端的发送和空字符用同一个代码。接收端当然是应该能识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，把此后的数位作为实际传输信息来处理。 异步通信原理 异步通信是一种很常用的通信方式。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然，
在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。 1. 异步传输（Asynchronous Transmission）：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。 异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。 异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。因此，异步传输常用于低速设备。 2. 同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。 数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。 帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。
摘要 进入21世纪之后，数字化浪潮正在席卷全球，数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）正是这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还是深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。 DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing）,也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。前者是理论和计算方法上的技术,后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。 本文就是就是基于DSP原理及应用编写设计的同步串口通信在TMS320C643上实现。其集成开发环境为CCS，工作平台是SEED-DTK 。CCS 是TI公司推出的用于开发DSP芯片的集成开发环境，它采用Windows风格界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试以及实时跟踪等功能于一体，极大地方便了DSP芯片的开发与设计，是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。SEED-DTK（DSP Teaching Kit）是一套可以满足大学本科、研究生和教师科研工作的综合实验设备。SEED-DTK 是我公司在总结以往产品的基础上，以独特的多DSP 结构、强大的DSP 主板功能、丰富的外围实验电路、精心设计的实验程序、精湛的产品工艺形成的高性能产品。 关键字：同步串口通信 DSP CCS SEED-DTK
目录 一．功能描述 ---------------------------------------------------------- 3二．概要设计 ---------------------------------------------------------- 3 2.1 McBSP 介绍------------------------------------------------- 3 2.2 设计目的------------------------------------------------------ 4 2.3 设计概要------------------------------------------------------ 4三．详细设计 ---------------------------------------------------------- 4 3.1 实验程序功能与结构说明 -------------------------------- 4 3.2 程序流程图 ---------------------------------------------------- 5四．调试过程及效果 ------------------------------------------------- 5 4.1 实验准备------------------------------------------------------ 5 4.2 调试过程及效果 -------------------------------------------- 6 4.2.1 创建源文件 -------------------------------------------- 6 4.2.2 创建工程文件 ----------------------------------------- 7 4.2.2 设置编译与连接选项 -------------------------------- 8 4.2.3 工程编译与调试 ------------------------------------ 10 五．存在问题 -------------------------------------------------------- 12 六. 心得-------------------------------------------------------------- 12 七．参考文献 -------------------------------------------------------- 12 附录（源程序） ----------------------------------------------------- 13
1. OLED只能写入，不能读出。4线串行模式：D0——串行时钟线CLK，D1——串行数据线DA TA，P/S——模式选择、高为并行、低为串行。 并行模式需要使用全部数据及控制脚，串行模式只需要CLK、DA TA、RES、DC、CS共5个控制脚（WR、RD不用了）。 2.最常用配置方式： 3.同步串行通讯：时钟线、数据线，通过时钟保持数据同步。异步串行通讯：只有一根数据线，通过波特率保证数据同步。无线通信一般均为异步串行通信（一根天线）。 4.串行总线分三类：单总线（1—Wire）、SPI总线、I2C总线。单总线：用一根线数据收发和时钟信号，可以提供电源。SPI总线3根或4根线组成，数据收发，器件选择，时钟信号。I2C总线，两根线，数据收发，时钟信号。单总线特点：一、单总线芯片通过一根信号线传递控制信号、地址信号、数据信号。二、每个单总线芯片都有全球唯一序列号，当多个单总线芯片挂在一根总线上，根据不同序列号选择访问。三、单总线芯片在总线上可以获得电源。SPI：同步串行外设接口。SPI总线一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效的从机选择线SS。系统主机与从设备串行方式，高位在前，低位在后。SPI从设备MISO与系统主机MOSI相连，SPI从设备MOSI与系统主机MISO相连。SPI从设备用独立的片选信号控制信号使能端。片选无效时输出高阻态以不影响其他SPI设备工作。 1.OLED串行通信SPI 4—wire：CS低电平，同步时钟上升沿有效，传送8位数据。SPI 3 —wire：CS低电平，同步时钟上升沿有效，传送D/C共9位数据。 2.OLED4线串行SPI方式。一、使用的信号线有：CS（OLED片选信号）、RET（硬件复 位OLED）、DC（命令/数据标志（0：读写命令，1：读写数据））、SCLK（串行时钟线，D0信号线作为串行时钟线）、SDIN（串行数据线，D1信号线作为串行数据线）。二、模块的D2需要悬空，其他引脚可以接到GND。三、在此模式下，只能往模块写数据而不能读数据。四、在此模式下，每个数据长度均为8位，在SCLK的上升沿，数据从SDIN 移入到SSD1306，并且高位在前。DC线还是用作命令或数据的标志线。写操作时序：
同步传输和异步传输的区别 在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。 1. 异步传输（Asynchronous Transmission）：异步传输将比特分成小组进行传 送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。 异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。 异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。因此，异步传输常用于低速设备。 2. 同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它 不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。 数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。 帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。
课程设计 课程名称_电子技术综合设计与实训 题目名称基于VHDL的串行同步通信SPI设计学生学院_ 自动化____________ 专业班级_电子信息科学与技术____ 学号__3107001554__________ 学生姓名____陈振添_____________ 指导教师____蔡述庭__________ 2009年12 月21 日
广东工业大学课程设计任务书 题目名称基于VHDL的串行同步通信SPI设计 学生学院自动化 专业班级电子信息科学与技术 姓名陈振添 学号3107001554 一、课程设计的内容 设计一个同步串行通讯SPI 二、课程设计的要求与数据 设计要求包括： 1.深入了解串行通信的方案内容和协议，思考设计方法。 2.设计串行通信方案，并写好传输程序VHDL。 3.下载到DE2板调试，检测其可行性。 三、课程设计应完成的工作 1. 利用VHDL语言编程实现SPI； 2. 利用DE2板对所设计的思想进行验证； 3. 总结VHDL设计结果，撰写课程设计报告。
四、课程设计进程安排 五、应收集的资料及主要参考文献 [1] PIC单片机原理及应用（第3版）北京航天航空大学出版社 [2] 黄智伟，王彦·FPGA系统设计与实践[M]·北京：电子工业出版社，2005 发出任务书日期：年月日指导教师签名： 计划完成日期：年月日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：
摘要 本设计是用Quartus作为开发环境，以DE2板为硬件平台实现的SPI同步串行通讯。设计过程方便。根据接收和发送两个主要部分实现了SPI的基本功能。此外，该设计还实现了波特率发生器，数码管显示的功能。用DE2板实现具有电路简洁，开发周期短的优点。充分利用了EDA设计的优点。开发过程用了VHDL硬件描述语言进行描述，从底层设计，分模块进行，充分提高了设计者的数字逻辑设计的概念。 关键词：SPI，同步串行通讯，Quartus，DE2板，VHDL硬件描述语言。
------分隔线---------------------------- 这里所讲的同步传输和异步传输不同于VC 串口编程时的同步和异步，这里只讲串口硬件层传输的两种模式，有关VC 串口编程的同步模式和异步模式我将另外写一篇文章。 这里所讲的同步和异步是从硬件层级来讲的。首先要知道什么串行传输，串行传输是指数据的二进制代码在一条物理信道上以位为单位按时间顺序逐位传输的方式。串行传输时，发送端逐位发送，接收端逐位接受，同时，还要对所接受的字符进行确认，所以收发双方要采取同步措施（即判断什么时候有数据，数据是什么，什么时候结束传输）。 同步措施有两种，一种在传输的每个（帧）数据前（数据可能是5~8位）加一个起始位，后面加一位校验位及一位或两位的停止位组成一帧数据，这各方式称为异步传输；另一种是在一次传输（可能是多个字节）前加同步字节，可能不止一个字节，最后加校验字节或代表结束标志的字节，这种方式称为同步传输方式。 异步传输 异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它
们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII 代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。 异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化。最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。 异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。因此，异步传输常用于低速设备。
同步通信与异步通信有何不同？ 串口通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。 同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。如图： 单同步字符帧结构 +-----+------+-------+------+-----+--------+-------+-------+ |同步|数据|数据|数据| ... |数据|CRC1|CRC2| |字符|字符1|字符2|字符3| |字符N| | | +-----+------+-------+------+-----+--------+-------+-------+ 双同步字符帧结构 +-----+--------+------+-------+---+-------+-------+--------+ |同步|同步|数据|数据| ... |数据|CRC1|CRC2| |字符1|字符2|字符1|字符2| |字符N| | | +-----+--------+------+-------+---+-------+-------+--------+ 它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步
字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。 同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。 异步通信 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。 接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开始发送数据，每当接收端收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符已经发送完毕。 在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。 (1)字符帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。如图： 无空闲位字符帧 +--+---+---+---+---+--+--+--+--+--+--+--+---+---+---+--+--+ |D7|0/1| 1 | 0 |D0|D1|D2|D3|D4|D5|D6|D7|0/1| 1 | 0 |D0|D1| +--+---+---+---+--+--+--+--+--+--+--+--+---+---+---+--+--+ 奇偶停起奇偶停起 校验止始校验止始 位位位位
三、SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 SPI概述 SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行. SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200. SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI 和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。 SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。 （1）SDO –主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI –主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK –时钟信号，由主设备产生 （4）CS –从设备使能信号，由主设备控制 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。 接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO 线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。 要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。 在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。 AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。 SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。 [编辑本段] SPI协议举例
第9章串行接口及串行通信技术 U 难点 ?串行通信的四种工作方式 @要求 掌握： ?串行通信的控制寄存器 ?串行通信的工作方式0和方式1 了解： ?串行通信的基础知识 ?串行通信的工作方式2和方式3 9.1 串行通信的基础知识 9.2 MCS-51单片机串行通信的控制寄存器 9.3 MCS-51单片机串行通信工作方式 9.1 串行通信的基础知识 串行数据通信要解决两个关键技术问题，一个是数据传送，另一个是数据转换。所谓数据传送就是指数据以什么形式进行传送。所谓数据转换就是指单片机在接受数据时，如何把接收到的串行数据转化为并行数据，单片机在发送数据时，如何把并行数据转换为串行数据进行发送。 9.1.1 数据传送 单片机的串行通信使用的是异步串行通信，所谓异步就是指发送端和接收端使用的不是同一个时钟。异步串行通信通常以字符（或者字节）为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端一帧一帧地传送，接收端通过传输线一帧一帧地接收。 1. 字符帧的帧格式 字符帧由四部分组成，分别是起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。如图9.1所示： 1）起始位：位于字符帧的开头，只占一位，始终位逻辑低电平，表示发送端开始发送一帧数据。 2）数据位：紧跟起始位后，可取5、6、7、8位，低位在前，高位在后。 3）奇偶校验位：占一位，用于对字符传送作正确性检查，因此奇偶校验位是可选择的，共有三种可能，即奇偶校验、偶校验和无校验，由用户根据需要选定。 4）停止位：末尾，为逻辑“1”高电平，可取1、1.5、2位，表示一帧字符传送完毕。 图9.1 字符帧格式 异步串行通信的字符帧可以是连续的，也可以是断续的。连续的异步串行通信，是在一个字符格式的停止位之后立即发送下一个字符的起始位，开始一个新的字符的传送，即帧与帧之间是连续的。而断续的异步串行通信，则是在一帧结
异步通信”是一种很常用的通信方式。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然，接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源都没有加上，那么发送端发送字符就没有意义，因为接收端根本无法接收）。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始位和停止位的开销所占比例较大）。 异步通信也可以是以帧作为发送的单位。接收端必须随时做好接收帧的准备。这是，帧的首部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始。这也称为帧定界。帧定界还包含确定帧的结束位置。这有两种方法。一种是在帧的尾部设有某种特殊的比特组合来标志帧的结束。或者在帧首部中设有帧长度的字段。需要注意的是，在异步发送帧时，并不是说发送端对帧中的每一个字符都必须加上开始位和停止位后再发送出去，而是说，发送端可以在任意时间发送一个帧，而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的。在一帧中的所有比特是连续发送的。发送端不需要在发送一帧之前和接收端进行协调（不需要先进行比特同步）。每个字符开始发送的时间可以是任意的t0 0 1 1 0 1 1 0起始位结束位t每个帧开始发送的时间可以是任意的以字符为单位发送以帧为单位发送帧开始帧结束 “同步通信”的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。但这时还有两种不同的同步方式。一种是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步。另一种是使用准同步，各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。 同步方式是在传送一组字符前加入1个或2个同步字符SYN。同步字符后可以连续改善任意多个字符，每个字符间不需要附加位。故此传输方法效率较高，但双方要事先约定同步的字符个数及同步字符代码,且中间传输有停顿时会失去同步，造成传输错误。 串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。 串行通信的分类 串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种利用字符的再同步技术的通信方式。 同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。 它们均由同步字符、数据字符和校验字符（CRC）组成。其中同步字符位于帧开头，用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后，个数没有限制，由所需传输的数据块长度来决定；校验字符有1到2个，用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。 异步通信 异步通信中，在异步通行中有两个比较重要的指标：字符帧格式和波特率。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。 接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑"0"（即字符帧起始位）时，确定发送端已开