10. 資料通訊

星光樱梦發表於2024-03-07

一、資料通訊方式

  按 資料通訊方式 分類,可分為 序列通訊並行通訊 兩種。序列和並行的對比如下圖所示:

資料通訊方式

  序列通訊 的基本特徵是 資料逐位順序依次傳輸,優點是傳輸線少、佈線成本低、靈活度高等優點,一般用於近距離人機互動,特殊處理後也可以用於遠距離,缺點就是傳輸速率低。

  而 並行通訊資料各位可以透過多條線同時傳輸,優點是傳輸速率高,缺點就是佈線成本高,抗干擾能力差,適用於短距離、高速率的通訊。

二、資料傳輸方向

  根據 資料傳輸方向,通訊又可分為 全雙工半雙工單工通訊。全雙工、半雙工和單工通訊的比較如下圖所示:

資料傳輸方向

  • 單工 是指資料傳輸僅能沿一個方向,不能實現反方向傳輸,如校園廣播。
  • 半雙工 是指資料傳輸可以沿著兩個方向,但是需要分時進行,如對講機。
  • 全雙工 是指資料可以同時進行雙向傳輸,日常的打電話屬於這種情形。

這裡注意全雙工和半雙工通訊的區別:半雙工通訊是共用一條線路實現雙向通訊,而全雙工是利用兩條線路,一條用於傳送資料,另一條用於接收資料

三、資料同步方式

  根據 資料同步方式,通訊又可分為 同步通訊 和 非同步通訊。同步通訊和非同步通訊比較如下圖所示:

資料同步方式

  同步通訊要求通訊雙方共用同一時鐘訊號,在匯流排上保持統一的時序和週期完成資訊傳輸。優點:可以實現高速率、大容量的資料傳輸,以及點對多點傳輸。缺點:要求傳送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步,收發雙方時鐘允許的誤差較小,同時硬體複雜。

  非同步通訊不需要時鐘訊號,而是在資料訊號中加入開始位和停止位等一些同步訊號,以便使接收端能夠正確地將每一個字元接收下來,某些通訊中還需要雙方約定傳輸速率。優點:沒有時鐘訊號硬體簡單,雙方時鐘可允許一定誤差。缺點:通訊速率較低,只適用點對點傳輸。

四、通訊速率

  在數字通訊系統中,通訊速率(傳輸速率)指 資料在通道中傳輸的速度,它分為兩種:傳信率傳位元速率

  • 傳信率每秒鐘傳輸的資訊量,即每秒鐘傳輸的二進位制位數,單位為 bit/s(即位元每秒),因而又稱為位元率
  • 傳位元速率每秒鐘傳輸的碼元個數,單位為 Baud(即波特每秒),因而又稱為波特率

  波特率被傳輸的是碼元,碼元是訊號被調製後的概念,每個碼元都可以表示一定 bit 的資料資訊量。舉個例子,在 TTL 電平標準的通訊中,用 0V 表示邏輯 0,5V 表示邏輯 1,這時候這個碼元就可以表示兩種狀態。如果電平訊號 0V、2V、4V 和 6V 分別表示二進位制數 00、01、10、11,這時候每一個碼元就可以表示四種狀態。

  由上述可以看出,碼元攜帶一定的位元資訊,所以位元率和波特率也是有一定的關係的。位元率和波特率的關係可以用以下式子表示:

\[位元率 = 波特率 * log_2M \]

五、常見的序列通訊介面

通訊介面 介面引腳 資料同步方式 資料傳輸方向
UART TXD:傳送端
RXD:接收端
GND:公共地
非同步通訊 全雙工
1-wrie DQ:傳送/接收端 非同步通訊 半雙工
I2C SCL:同步時鐘
SDA:資料輸入/輸出端
同步通訊 半雙工
SPI SCK:同步時鐘
MISO:主機輸入,從機輸出
MOSI:主機輸出,從機輸入
CS:片選訊號
同步通訊 全雙工

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