专利名称：串行通信的方法
技术领域：
本发明涉及一种串行通信的方法。
背景技术：
在数据通信以及计算机网络系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。1969年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m)和传送速率不太高(最大位速率为20Kb/s)的问题。远距离串行通信必须使用Modem，这增加了传输成本。在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(小于等于20m)和远距离(大于2km)之间的情况，这时RS-232C(25脚连接器)不能采用，用Modem又不经济。
1977年EIA制定了RS-449。它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率、增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。其中，RS-422、RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。
RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。
RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m)。
因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。
在上述通信标准中，串行通信由于接线少、成本低，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用，产品也多种多样。如图1所示，为目前常用几种串行通信的编码方式，从上至下的脉冲依次为不归零制编码、曼彻斯特编码(自同步)、微分曼彻斯特编码和时钟信号。然而，作为上述标准的串行通信协议，都比较复杂，尤其是协议标准及接收方的同步处理等，对于特定的传送信息比较少的情况，就显得相当冗繁，传输速度不够快，带宽利用率不高。但如果不定义接口协议、接受方不作同步处理，又无法保证信息传递的准确性。如果采用并行通信方式，又需要较多的传输数据线，大大增加了传输系统的复杂度，增加了通信成本。
发明内容
针对上述现有通信方法所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种可简便快捷传输较短信号的串行通信的方法。
本发明是这样实现的一种串行通信的方法，串行连接的两通信设备上设置有信号发生设备和计数器，该方法包括以下步骤以信号的时钟频率和放大倍数作为所述串行两端设备的通信协议；发送端通过信号发生设备将欲发送的信号以所述通信协议中的放大倍数进行放大并通过串行数据线发送；接收端通过所述信号发生设备和计数器提取并保存所述放大信号，进行分析后得到所述发送端准确的放大信号，并将该放大信号除以所述通信协议中的放大倍数，得到原始信号。
进一步地，所述以信号的时钟频率作为其通信协议具体为，发送端和接收端时钟频率相同或接近。
进一步地，所述信号发生设备具体为单片机或FPGA。
进一步地，所述各信号间还有间隔信号。
进一步地，所述信号及间隔信号均为通过脉冲宽度表现的信号。
进一步地，所述信号包括有间隔信号和有效信号两部分。
本发明通过信号发生设备直接发送放大的信号，简化了常用串行通信的实现方法，使得通信实体无需复杂协议和设施即可确保通信的可靠性和及时性，从而实现了简化设计、降低了通信成本。本发明通过对信号进行放大然后再还原，可不必要求信号的特定相位关系，而且不必要求精确的频率。本发明特别适合于需传送较少信息时，或者对于传送的及时性要求较高时。尤其是应用在只要可以通过单片机或者可编程逻辑(FPGA)等的输入输出接口进行互连的设备之间，应用的范围比较广。本发明大大提高了数据传输速率。
下面结合附图，对本发明作出详细描述。
图1为常用串行通信的编码方式时序图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明的编码方式时序图。
具体实施例方式如图2所示，本发明仅需在两个设备实体之间，通过串行数据线相连。即将各通信设备物理接口通过数据线直接串接，建立通信的硬件传输通道。这里的数据线是能够传送串行电平信号的任何通信线，可以是普通硬质板电路中的走线，也可以是两个分离实体间的信号线，传输距离由具体电路和信号线的性能而定，与传送其他电平信号的性能相同。与本发明物理接口连接的还有信号发生设备和计数器，这里的串行信号发生设备可以为单片机或者可编程逻辑器件(FPGA)等，只要可以发送、分析信号即可。本发明的数据通过串行信号的脉冲宽度表现。本发明接收时，通过相同或者相近频率的时钟来测量串行信号的脉冲宽度，即可完成信息的传送。
本发明以信号的基准时钟频率和放大倍数作为所述串行两端设备的通信协议。具体如下发送端按照通信协议，将欲发送的信号按通信协议中的放大倍数转换成有效信号，发送时连续地发送间隔信号和有效信号，二者均通过脉冲的宽度来表现。接收端收取脉冲信号，通过计数器提取并保存有效信号，并对该有效信号进行分析、计算，得到传送的原始信息。下面以几个信号为例进行说明。
如果发送端欲发送数据“0001”，为了确保传送数据的可靠性，发送的有效信号(高电平)的宽度采用4倍发送信息长度，即4个时钟周期的宽度，在有效信号之间，采用2个时钟周期的宽度的低电平相间隔，如图3所示。如果发送端欲发送数据“0010”，同样为了确保传送数据的可靠性，发送的有效信号(高电平)的宽度采用4倍发送信息长度，即为8个时钟周期的宽度，在有效信号之间，采用2个时钟周期的宽度的低电平相间隔，如图3所示。同样地，如果发送方要发送数据“0011”，为了确保传送数据的可靠性，发送的有效信号(高电平)的宽度采用4倍发送信息长度，即为12个时钟周期的宽度，在有效信号之间，采用2个时钟周期的宽度的低电平相间隔，如图3所示。这里，之所以要对发送的信号进行放大，是因为收发两端的时钟频率及相位关系不可避免地会存在一定的偏差，导致发送和接收信号不完全同步，造成接收方不能精确的采集到发送过来的有效信号，而将发送信息放大4倍以后，接收方就可以通过对采集数据的处理，屏蔽掉±1个时钟周期的传输误差。如果传输误差为±2个时钟周期的，将发送信息放大8倍进行传送就可以对其进行屏蔽，当然，这样传送相同信息的时间也需要翻倍。
在接收端，根据其通信协议的相同频率的时钟对接收到的有效信号进行计数，通过间隔的低电平对计数器进行清零，这样接收到的有效信号的长度，由于传输中免不了的时钟频率误差，其数结果可能会出现信息长度比发送时长1或短1的情况，当然也可能是刚好与发送时相等，这时，对信息长度长1或短1的情况，均还原为发送时信息长度，再除以该有效信息的放大倍数，即可得到有效信息的真实值，从而完成了信息的传递。下以“0010”为例对本发明的传输严谨性进行说明。如果对该信息进行放大4倍，间隔信号的宽度为2，那么，经过计算的得到的有效信号为“0010”×4＝“1000”，即信号由二进制的2变到二进制的8，因此，在传输时需连续地发送2个时钟周期的低电平和8个时钟周期的高电平来传送该二进制的8，如图3。而在接收端，由于时钟频率的误差，可能接收到的有效信号为“0111”、“1001”或“1000”，这时，需要对接收到的有效信号进行分析，由于通信协议中放大倍数为4倍，所以接收到的有效信号应该为4的整数倍，而“0111”和“1001”为非4整数倍的信号，均为错误信号，其应该为与其最接近的4的整数倍的信号，所以直接将他们还原为“1000”，再除以通信协议中放大倍数4，即得到了原始信号“0010”，这保证了通信的准确性。
当然，本发明根据时钟频率误差的大小来调整相应的放大倍数，对于相同或相近的时钟频率，即在传送和接收时的时钟周期误差个数在±1时，放大4倍就足以解决其传送的准确性了。本发明特别适合于需传送较少信息时，或者对于传送的及时性要求较高时。
权利要求
1.一种串行通信的方法，串行连接的两通信设备上设置有信号发生设备和计数器，其特征在于，该方法包括以下步骤以信号的时钟频率和放大倍数作为所述串行两端设备的通信协议；发送端通过信号发生设备将欲发送的信号以所述通信协议中的放大倍数进行放大并通过串行数据线发送；接收端通过所述信号发生设备和计数器提取并保存所述放大信号，进行分析后得到所述发送端准确的放大信号，并将该放大信号除以所述通信协议中的放大倍数，得到原始信号。
2.如权利要求1所述的串行通信的方法，其特征在于，所述以信号的时钟频率作为其通信协议具体为，发送端和接收端时钟频率相同或接近。
3.如权利要求1所述的串行通信的方法，其特征在于，所述信号发生设备具体为单片机或FPGA。
4.如权利要求1所述的串行通信的方法，其特征在于，所述各信号间还有间隔信号。
5.如权利要求4所述的串行通信的方法，其特征在于，所述信号及间隔信号均为通过脉冲宽度表现的信号。
6.如权利要求1所述的串行通信的方法，其特征在于，所述信号包括有间隔信号和有效信号两部分。
全文摘要
本发明公开了一种串行通信的方法，串行连接的两通信设备上设置有信号发生设备和计数器，该方法包括以信号的时钟频率和放大倍数作为所述串行两端设备的通信协议；发送端通过信号发生设备将欲发送的信号以所述通信协议中的放大倍数进行放大并通过串行数据线发送；接收端通过所述信号发生设备和计数器提取并保存所述放大信号，进行分析后得到所述发送端准确的放大信号，并将该放大信号除以所述通信协议中的放大倍数，得到原始信号。本发明特别适合于需传送较少信息时，或者对于传送的及时性要求较高时。尤其是应用在只要可以通过单片机或者可编程逻辑等的输入输出接口进行互连的设备之间，应用的范围比较广。
文档编号H04L29/06GK1561064SQ20041000847
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月12日 优先权日2004年3月12日
发明者周恩松 申请人:港湾网络有限公司